高频和微波噪声计量概述

出处:按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第397页(1999字)

高频和微波噪声计量是指对10MHz至几百GHz频率范围内电子元器件、网络系统的噪声特性的计量。噪声是一种降低有用信号传输质量和系统性能的随机起伏信号,按其来源分为自然噪声、人为噪声和电路噪声,后者又分为热噪声和散粒噪声。

1.噪声功率谱密度和噪声定理

(1)噪声功率谱密度

噪声信号作为一种电的随机过程,也可用富氏变换分解为一系列频率分量。由各频率分量构成的频谱的幅度称为噪声功率谱密度,它表示频率为f的单位带宽内的平均噪声功率,单位为W/Hz。

(2)尼奎斯特噪声定理

尼奎斯特定理描述电阻元件中噪声功率谱密度和温度之间的关系,为:

N=kT (7.10-1)

式中 N——当温度为T时电阻所产生的噪声功率谱密度(W/Hz);k——玻尔兹曼常数,

k=1.38×10-23(J/K);T——电阻的温度(K)。

当通过频带宽度为B(Hz)的理想矩形带通滤波器时,噪声功率为:

P=kTB(W) (7.10-2)

2.网络噪声特性

(1)噪声系数F

噪声系数是从网络输入端到输出端信噪比减小的量度。根据使用条件不同,又分点(频)噪声系数和(在一定带宽内定义的)平均噪声系数两种。

(2)等效输入噪声温度Te

等效输入噪声温度是在特定输入频率下,当这一噪声温度接在等效无噪声网络的输入端时所引起的输出资用噪声功率,等于接入零噪声温度时,这一有噪声网络所引起的输出资用噪声功率。

等效输入噪声温度Te与噪声系数F的关系为:

Te=T0(F-1) (7.10-3)

式中 T0=290K——为标准噪声温度,290K是约定值。

(3)超噪比ENR

超噪比定义为单端口网络的噪声功率(Tn)超过其室温内阻的热噪声功率的倍数,通常用分贝表示,为:

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