第章噪声与干扰

第2章噪声与干扰

2.1概述2.2噪声2.3干扰2.4发射机和接收机的主要性能指标2.5本章小结清华大学出版社2.1概述在通信、电子设备中，接收机和放大器的输出端除了输出有用的信号之外，还会在信号中夹杂着有害的噪声（noise）和干扰（interference）。如：在电视机屏幕上看到的“雪花点”。通过车载收音机收听节目时，若附近恰好有高压电线路，收听到的声音会出现“呲呲”的声音。电视机上能隐约看到其他电台的图像轮廓收音机上能隐约听到其他电台的声音

2.2噪声噪声，总的来说就是一个随机信号。它由振幅随机和相位随机的频率分量组成。虽然可以测定其长周期的均方根值，但在某一时刻的确切幅度是不可预见的。如果可以预见噪声的瞬时幅度，那么，噪声问题就不复存在了。理论上讲，任何电子线路都有电子噪声，但是通常电子噪声的强度比有用信号的强度小很多，因此噪声的影响主要出现在有用信号比较弱的场合，因为在这种场合，噪声的大小和有用信号的大小是可比拟的。

2.2.1电阻的热噪声

电阻中的带电微粒（自由电子）在一定温度下，受到热激发后，在导体内部作大小和方向都无规则的运动（热骚动）。若以S(f)表示噪声的功率谱密度，则由热运动理论和实验证明，对于电阻的热噪声，其功率谱密度为：(2-1)式中，R表示电阻的阻值，k表示波尔兹曼常数（Boltzmannconstant）,等于1.38×10-23J/K，T表示电阻的绝对温度，单位为K。2.2.1电阻的热噪声

假设我们所考虑的设备的通频带是理想的矩形，宽度为B，则电阻R的热噪声均方值电压可表示为：即 (2-2)如果R为1KΩ，B为100KHz，则在室温情况下（T≈300K），电阻R的噪声电压为：可见，电阻的噪声电压很小。2.2.1电阻的热噪声

电阻噪声的等效电路，可以用一个理想的无噪声电阻R和一个均方值为的噪声电压源的串联来表示，或者用一个理想的无噪声电阻R和一个起伏噪声电流源来表示，如图2.1所示。

(a)（b）图2.1电阻热噪声等效电路根据等效电路的原理，可以求出，在通频带B内，噪声电流的均方值为：或写成其中，表示电导。2.2.2电容的噪声

一般，电容噪声在电路设计中不是什么问题。一个理想的电容是没有噪声的。它不是一个热噪声源。然而，一个实际的电容不是完全无耗的，有一定的串联电阻和并联漏阻。阻抗中的这些实数分量贡献热噪声，但通常可以忽略不计。电容的噪声模型是一个噪声电流发生器与电容器的阻抗相并联。其主要噪声贡献是在低频，这时，电容的电抗不能有效旁通内部噪声。低频过剩噪声是主要的噪声来源。在低频电路应用中，通常需要较大的电容量。往往采用电解电容，因为它们的体积小些。钽电电解电容可用于低噪声电路。铝电解电容因其漏电严重、变形电流大，故不太理想。电解电容主要有两种用法：旁路电容和耦合电容。从来都没有发现过旁路电容给电路带来噪声，它本身的阻抗便有效地旁路了噪声发生器。2.2.3二极管的噪声

二极管的工作状态可分为正偏和反偏两种。在正偏二极管中，主要是直流电流通过P-N结时所产生的散粒噪声。半导体材料的体电阻热噪声可以忽略不计。

硅二极管工作电压在4V以下是齐纳二极管，7V以上是雪崩二极管，4V~7V之间两种二极管都有。为了降低系统噪声，最好选用低压齐纳二极管。

2.2.4晶体三极管的噪声

在晶体管内部，带电粒子（电子和空穴）也经常处于无规则的运动状态，产生相应的“无规则”的电压和电流，从而形成了晶体管的管内噪声。一般来说，在一个放大电路中，晶体管的噪声往往比电阻热噪声或电容噪声要强得多，是影响接收机或测量仪器灵敏度的重要因素。主要有：电阻热噪声、散粒噪声、分配噪声、闪烁噪声(噪声)等。2.2.5场效应管的噪声

场效应管的工作原理与晶体三极管不同。场效应管不是依靠少数载流子的运动形成电流，因而散粒噪声的影响非常小。场效应管的沟道热噪声是由沟道中多数载流子的随机热运动引起的；栅极散粒噪声是由于栅极泄漏电流Ig是通过栅—源P-N结产生的；场效应管的闪烁噪声是由于空间电荷层内电荷的产生与复合，使得沟道电流产生波动而引起的。同时，在高频情况下，沟道载流子无规则的热运动产生的热噪声，除了产生沟道热噪声之外，还将通过栅电容将沟道电势分布的起伏耦合到栅极上，从而使栅极电压出现相应起伏，形成感应栅噪声，这种感应栅噪声与沟道热噪声相关。

2.2.6天线的热噪声

天线的等效电路由辐射电阻Ra和电抗Xa组成。辐射电阻只表示天线接收或辐射信号功率，它不同于天线导体本身的电阻（天线导体本身的损耗近似等于零）。所以就天线本身而言，热噪声是非常小的。但是，天线周围的介质微粒时刻处于热运动状态。这种热运动产生扰动的电磁辐射（噪声功率），而这种扰动辐射被天线接收，然后又由天线辐射出去。当接收与辐射的噪声功率相等时，天线和周围的介质处于热平衡状态，因此天线中存在噪声的作用。热平衡状态下，天线中的热噪声电压为：

式中，Ra为天线的辐射电阻；Ta为天线等效噪声温度。

2.2.7噪声系数

衡量一个电子设备的噪声性能，不能考虑设备的输出噪声功率的大小，输出噪声功率大，性能不一定不好，输出噪声功率小，性能不一定就好。信号和噪声的相互关系通常用它们的功率之比来表示，即（或），简称信噪比。其中，S为有用信号的平均功率；N为噪声的平均功率。2.2.7噪声系数

噪声系数的定义：一个线性四端网络的噪声系数Fn定义如下：当网络输入端接上一个标准信号源时，它的输入端信噪比与输出端信噪比之比值，就叫做该网络的噪声系数。即：用分贝表示为：

2.2.7噪声系数

噪声系数的计算：额定功率，是指信号源所能输出的最大功率，它是一个度量信号容量大小的参数，是信号源的一个属性，它只取决于信号源本身的参数——内阻和电动势，与输入电阻和负载无关。为了使信号源输出最大功率，要求信号源内阻RS和负载电阻RL相匹配，即RS=RL。也就是说，只有在匹配时负载才能得到额定功率值。而在网络输入端匹配时，信号源内阻RS给出的热噪声功率Ni为最大，即：同理，额定输出噪声功率为：2.2.7噪声系数

噪声系数的计算：额定功率增益KPm是指四端网络的输出额定功率Psmo和输入额定功率Psmi之比，即：根据噪声系数的定义，分子和分母都是同一端点上的功率比，因此将实际功率改为额定功率，并不影响噪声系数的定义，根据式（2-13）可得：

2.安2.尝8减小史噪声忠的措驾施目前厘常用缸的减窗小噪轿声的桐措施斥有以渣下几活种：1.选用阀低噪厌声器锁件和住元件2.正确辞设置盲晶体患管放燃大电息路的穿静态绩工作绳点3.降低茎工作瞧温度4.选择上合适涝的工赌作带舰宽及趋信号谁源内付阻2.阿3干扰无线丙电干掩扰通疯常按仁干扰肌源的害性质络区分漂，分煎为自镰然干横扰和甚人为午干扰绵两大葱类。阅自然考干扰首来源鬼于自喘然现泪象，终是不抱可控宇制的职。主讯要有缓天电敬干扰冤、宇掠宙干牢扰、僵大地招干扰遇等。辱人为岸干扰祝来源属于机震器或旁其它佣人工刷装置或，是揪可控扑制的扇。人族为干辱扰又杠可区挂分为摘无线锦电设足备干塞扰和程非无疼线电固设备苗干扰齿两类幻玉。天电末干扰自然泄界的收雷电山现象兆是天好电干沙扰的足主要圣来源掘，除斯此之锁外，割带电男的雨尽雪和府灰尘相的运墓动，脆以及贩他们尾对接耀收天获线的垃冲击血都可屡能引御起天眯电干竿扰。曲一般鸡在地孙面接寨收时阅主要乐的天傲电干投扰时歇雷电敌引起咱的。天电毁干扰遮场的覆大小轰通常切与地完理位汇置（伍如发扑生雷液电较意多的芒赤道使、热挑带、显高山狂等地行质，鼓天电木干扰抵较多或）、饮季节罩（夏帝季比秃冬季蔑多、圣夜间妄比白姜天多党）等低有关顷。克服功天电库干扰输时困蒜难的斩，因发为不绸可能岩在产贤生干栋扰的盖地方乘进行泪抑制杰，只草能在财接收检机上血采取蔽一些着措施经，如植电源执线加滑接滤增波电仓路，蒜采用坟窄频石带，爹加接临抗脉煌冲干酒扰电退路等谱。宇宙乎干扰宇宙额中银猛河星谦系及河太阳立的电棒磁辐牵射会外对地思球上凤的通数信设坊备及牌电子顺设备淹形成修一定恋的干泽扰，羊其中讽太阳势活动俘造成他的干筋扰较英强。氧在太吊阳黑挖子活津动期牺．黑摧子的滨爆发妄．可廊产生味比平密稳期册高数六千倍柳的强脏烈噪贡声．想致使亦地面腾通信阵中断婆。一就般来滥讲，鸟能够萌到达清地面亮的宇鄙宙干贱扰的枪频率省较高效，是匹超短轧波波选段干高扰的习重要骄来源碰。具划测量警，在18连MH盈z-悬16曾0M跃Hz波段纳内银及河系还干扰购的电予平和皇频率求的立瞎方成柔正比捡。工业纠干扰工业熊干扰砖是由遗各种哭电器验装置祥中发龄生的晋电流雪（或令电压驻）急尸剧变市化所澡形成坛的电粮磁辐辨射，瓦并作弃用在赴接收裤机天鹅线上尝锁形舌成的练。例络如，鹅马达穴、电聋焊机模、高妹频电勇气装吊置、海电疗纺机、X光机芳、电租气开帽关等倦，它璃们在胡工作否过程垮中，旱或者刘由于辆产生符火花渐放电河而伴肉随电虾磁波肚辐射背，或竿者本作身就循存在简电磁总波辐椅射。工业乡丰干扰北的强熟弱取臂决于军产生管干扰姿的电恩气设马备的仙多少纽奉、性哀质及殿分布弯情况久。当顾这些弃干扰倍源离饲接收捧机很水近时潮，产猪生的爹干扰咐时很赚难消悲除的词。工哪业干雷扰的碰传播饼途径退，除伤了直谱接辐米射外辟，更块主要某的是泉沿电培力线像传输最，并彩通过与交流速接收贡机的纤电源怕直接顺进入洞接收迈机。送也可家能通勿过天乌线与垄有干画扰的狼电力返线之达间的块分布吉电容刚耦合护而进遇入接毅收机淘。无线顺电干骗扰无线议电干列扰是送由于到在各窗种无局线通患信方青式中栗，不仅同电瞎台之樱间发够射信胡号的摊相互陕影响朗造成牲的干邻扰。鹿例如贩在蜂晚窝移泪动通盖信中梳，目钟前多刃采用氧频率油复用小方式桶以提钞高频填率利硬用率吵。这叨虽然推增加袖了系涂统的费容量王，但纽奉同时杆也增号加了捧系统嗓的干闷扰程翠度。掉这些注干扰沟主要记包括居同频犹干扰牺、邻郑频干猜扰和棉互调酒干扰昌。（1）同艰频干抹扰。（2）邻乱频干蛋扰。（3）交帆调干分扰。2.舍4发射婚机和欺接收垮机的寨主要巨性能竹指标2.抬4.侦1发射弟机的警主要割性能飞指标发射蕉机的骗主要手技术验指标奥有工怒作种下类、林调制辆方式落、频且率范链围、扇频率园稳定洲度及肯准确厌度、误输出水功率杂、效痰率、团杂散笼辐射勒等。1.工作胞种类2.调制吃方式3.频率冠范围坡、频冲率准咳确度袭与频恰率稳抽定度4.输出欢功率夫与效模率5.预加堆重6.杂散苗辐射2.港4发射训机和颠接收汁机的拿主要规性能剖指标2.丘4.傅2接收志的主向要性哄能指弊标接收兽机的盼主要婆技术禁指标悲有工使作种饺类、宫频率严范围脾、频感率准胁确度裕与稳并定度邪、灵软敏度斯、保在真（甘或失扯真）敬度、旷选择汉性以唤及工柴作稳两定性降等。卵其中泡，接低收机绳的工异作种脚类和爽频率咏范围兵的含踪蝶义与着发射练机的紫类似踪蝶。1.灵敏险度2.选择移性3.中频参频率4.保真倾度5.频率砌范围扶、频阿率稳帜定度6.工作券稳定溜性7.接收换机抗羊干扰犯指标本章哪小结1、电企子设练备的屡性能凡很大竟程度验上与太设备她对干宫扰或槐噪声罩的抑足制程匆度有酱关。何在通妻信系富统中卡，接弦收机嘴的灵洒敏度橡与噪泰声有研关，催提高所接收吊机的蜜灵敏妥度有献时比魂增加绩发射葛机的简功率笼更有火效。少因此船，研