噪声电路

通信电子线路第三章

By LiPtP

Note: 本文内容主要基于《通信电子线路》教材第一、二章内容整理,主要介绍了噪声系数、接收灵敏度、阻断点等概念。

噪声系数和接收灵敏度

噪声功率 \(N\)

噪声来源于外部噪声和内部噪声。这里重点讨论内部噪声。电路中的电阻是无源器件噪声源,而二极管、三极管、MOSFET 等是有源器件噪声源。我们重点考虑电阻热噪声

热噪声平均功率 \(N\) 满足:

\(N = kTB\) , i.e. \(N_{(dBm)} = 10\log_{10}\frac{KTB}{0.001}\)

值得一提的是,17 摄氏度时,有

\[N_{(dBm)} = -174+10 \log_{10} B \, (dBm)\]

有这个功率以后,我们能计算噪声电压

\[u\_{N}^2 = 4kTRB\]

这个噪声电压是电路中所有电阻的总噪声电压。

噪声系数 \(N_F\)

\[N_F = 10\log_{10}F = 10\log_{10}\frac{SNR_i}{SNR_o}\]

其中,\(SNR_i\) 是输入信号的信噪比,\(SNR_o\) 是输出信号的信噪比。

\(S_i\) 是输入信号功率,\(S_o\) 是输出信号功率。对于一个功率增益为\(G\),内部噪声功率为\(N_A\)的放大器来说,有以下关系:

\[S_o = G\cdot S_i\] \[N_o = G\cdot N_i + N_A\]

注意量纲统一。

多级级联电路噪声因数计算:

\[F = F_1 +\frac{F_2-1}{G_1}+\frac{F_3-1}{G_1G_2}+\frac{F_4-1}{G_1G_2G_3}+\cdots\]

因此第一级必须是 LNA,否则整个系统的噪声系数都会变高。

等效噪声温度 \(T_N\)

  • 和噪声因数 F 的对应关系: \(T_N = (F-1)T\)
  • 线性电路产生的热噪声输出: \(N_A = GkT_N B\)

接收灵敏度 \(S\)

指的是:保证必要的输出信噪比\(D\)的情况下,接收机输入端所需要的最小有用信号电平\(S_i\)。

表达式:\(S_i = kTB_N FD\)

dBm 单位(室温 17 摄氏度,常用):

\[S_{(dBm)} = -174(dBm) + 10 \log_{10} B_N + N_F + D(dB)\]

使用电压幅度\(E_A\)描述的接收灵敏度:

\[E_A = 4 \times 10^{-3} \times \sqrt{R_A DB_N F} (\mu V)\]

这里的\(D\)是无量纲 SNR,\(B_N\) 使用通道带宽计算,单位 kHz。\(F\)为无量纲的噪声系数。

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