天線噪聲系數(shù).pdf

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1、4.8接收機(jī)的噪聲系數(shù)與等效噪聲溫度￠噪聲來源￠熱噪聲￠太陽輻射￠宇宙輻射￠其他￠電火花、電磁泄漏、電磁輻射等￠（注：除了熱噪聲外，其他的噪聲在一定條件下是可以認(rèn)為消除的）14.8熱噪聲（1）￠原理：自由電子的熱運(yùn)動￠建模：白平穩(wěn)遍歷高斯過程￠均值：En????(t)=0N0￠功率功率譜密度：Pf()=n2￠其中NK0=TN0￠自相關(guān)函數(shù)：REn()τ=+????n(t)n(tτδ)=()τ22￠帶寬B內(nèi)的噪聲功率σ=KTB2n￠概率密度函數(shù)1?2fn()=e2σ22πσ24.8.1熱噪聲（2）￠電子熱運(yùn)動造成￠分析和實(shí)驗(yàn)表明￠阻值為R的電阻兩端所呈現(xiàn)的熱噪聲電壓呈

2、高斯分布，其均值為0，方差為2，2(πkT)其單邊功率譜密度為R3h4Rhf2RNf()=()V/Hzhf/kTe?134.8.1熱噪聲功率譜密度4Rhf2Nf()=()V/Hzhf/kTe?1￠其中￠T為物體的絕對溫度；-34￠h為普朗克常數(shù)，6.6254×10(J.s)－23￠k為玻爾茨曼常數(shù)，1.38054×10（J/K）44.8.1輸出噪聲功率譜密度￠匹配輸出噪聲功率譜密：2N(f)H(f)KTNP===o（W）anHzR22RR匹配:N(f)/4R大部分溫度和頻帶下Nk=T0當(dāng)T＝290kN＝1.38054×10－23×2900=4.002×10－21(W

3、/Hz)54.8.2噪聲系數(shù)（1）￠噪聲系數(shù)F=(S/N)i/(S/N)o￠F的定義：若一個電阻與線性網(wǎng)絡(luò)匹配連接，當(dāng)該電阻處于室溫（290K）下，輸入信噪比與輸出信噪比的比值?！椋ㄗⅲ寒?dāng)匹配電阻不在常溫下時(shí)，不能使用噪聲系數(shù)，而應(yīng)該使用等效噪溫）SGSGSS11Soiiii====NoiGN++PnGkTiBGkTeBNi1+TeNiFTi64.8.2噪聲系數(shù)（2）￠F反映網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的噪聲，將它折合到輸入端后，相當(dāng)于總輸入噪聲增大到F倍，成為KTBF，網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的噪聲所折合的那部分輸入是KTB(F-1)?！閷τ诩壜?lián)系統(tǒng)噪聲系數(shù)可等效為F?1F?1F?123nF=F++

4、+"+1kkkkk"kpa1pa1pa2pa1pa2pa(n?1)74.8.3等效噪聲溫度￠網(wǎng)絡(luò)的等效噪聲溫度Te：把網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的噪聲看成是輸入的電阻升溫Te度￠天線的等效噪聲溫度Ta：把天線輸出的噪聲看成是一個溫度為Ta的電阻所產(chǎn)生。84.8.3網(wǎng)絡(luò)的等效等效噪聲溫度Te￠信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)時(shí)，除了輸入端的噪聲經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)，另外網(wǎng)絡(luò)本身也產(chǎn)生熱噪聲，因此輸出端的熱噪聲變多了?！閷⒕W(wǎng)絡(luò)內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲在輸入端等效成一個具有一定溫度的熱噪聲通過無噪的網(wǎng)絡(luò)，該等效溫度即為等效噪聲溫度?！榈刃г肼暅囟缺硎玖艘粋€網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部噪聲情況。94.8.3網(wǎng)絡(luò)的等效等效噪聲溫度T（2）e￠設(shè)內(nèi)部產(chǎn)生

5、噪聲功率為P=kTBGnePnT=ekBG￠其中:G為網(wǎng)絡(luò)增益?！闊o源網(wǎng)絡(luò)可以通過計(jì)算各電阻在工作溫度下產(chǎn)生的噪聲，然后根據(jù)電路等效得到輸出的噪聲功率，￠但是對于有源網(wǎng)絡(luò)的噪聲分析就復(fù)雜多了。104.8.3噪聲系數(shù)F與等效噪溫T的關(guān)系e￠表示了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部噪聲的情況TF=1+eT0￠級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的等效噪溫TTe2e3TT=+++...ee1GGG112?其中?T是第i級網(wǎng)絡(luò)的等效噪溫，ei?G是第i級網(wǎng)絡(luò)的增益i?思考：換成噪聲系數(shù)的表示形式？114.8.3天線等效噪溫T(1)a￠天線噪聲通過饋線進(jìn)入接收機(jī)，當(dāng)饋線損耗足夠小、接收機(jī)采用了LNA后，天線噪聲就限制了接收系統(tǒng)噪

6、聲的進(jìn)一步降低?！樘炀€噪溫的定義為Ta＝Pa/kB￠其中Pa是在B帶寬內(nèi)天線在匹配情況下所接收到的噪聲功率，該噪聲功率來源與熱噪聲不同，它可以是￠（1）天線固有的電阻特性損耗引起的噪聲￠（2）太陽系噪聲￠該部分噪聲與太陽活動、天線仰角、方向等均有關(guān)系￠（3）宇宙噪聲￠（4）大氣噪聲及降雨噪聲￠（5）地面噪聲124.8.3天線等效噪溫T(2)a￠典型值：￠12GHz,線極化,1.8m天線，仰角為30度以上時(shí)等效噪溫為30K￠4GHz，圓極化，30m天線，仰角大于30度時(shí)等效噪溫約為22K?！轲伨€的噪聲系數(shù)￠在匹配的情況下，饋線的噪聲系數(shù)為￠F=L￠其中，L是饋線損耗（

7、功率）13舉例（衛(wèi)星通信中的等效噪聲溫度）￠以衛(wèi)星通信接收機(jī)的輸入端作為參考點(diǎn)￠Te=Ta/L+(1-1/L)Tk+Ter￠這里￠T是天線等效噪溫a￠L是饋線損耗￠T是饋線環(huán)境溫度k￠T是接收機(jī)等效噪溫er￠以饋線輸入點(diǎn)作為參考點(diǎn)的等效噪溫為￠T=T+(L-1)T+Lteaker￠可以看到如果要減小衛(wèi)星系統(tǒng)的等效噪溫，需要減小L和T。er14接收機(jī)的噪聲功率譜￠無線通信，接收機(jī)與天線相連噪聲功率譜NK0=+(TaeT)(=+K(TaF?1)T)=KTF￠注：￠T是天線等效噪溫a￠F是噪聲系數(shù)￠T是室溫（絕對溫度）￠T是接收機(jī)等效噪溫e￠無線通信中的典型參數(shù)：GS