射频通信电路第二章噪声ppt课件.ppt

第二章 噪声与非线性失真,噪声限制了系统所能处理的最低信号电平,噪声系数与非线性失真是描述射频系统性能优劣的两个重要指标。,噪声来源于射频系统的各个元器件，一个线性系统，当它处于小信号工作时，它的许多性能指标都与噪声有关，如：信噪比、误码率、解调器的最低可解调门限等。,非线性失真限制了系统所能处理的最高电平,本章主要内容:,一.噪声,1. 起伏噪声的基本特性,2.电子器件内部噪声的来源及等效电路,3. 衡量系统噪声性能的指标噪声系数与等效噪 声温度,大信号工作时，由于二极管和三极管的非线性特性，会产生一系列非线性失真，如：增益压缩、交叉调制、互相调制等。,二. 非线性,1.非线性器件的描述方法,2.器件非线性对线性放大器的影响及衡量指标,3.非线性器件在频谱搬移中的应用,2.1 起伏噪声,描述起伏噪声的几个重要概念：,起伏噪声的特点（以电阻热噪声为例）：,随机性、电流脉冲持续时间短、平均值为零,（1）频谱 极宽，几乎占据整个无线电频段,（2）功率谱密度 单位：dBm/Hz,频带 内的功率：,噪声电压均方值 ：,噪声电流均方值 ：,电流功率谱密度,电压功率谱密度,和 代表单位电阻上的功率,（3）等效噪声带宽,白噪声: 是常数,输入功率谱密度,系统传递函数,输出功率谱密度,噪声通过线性系统,白噪声通过线性系统,等效噪声带宽定义：,系统总输出噪声：,2.2 电路器件的噪声,3. 有噪电阻的串并联,（B为系统带宽）,4. 额定噪声功率,条件: 噪声源与系统匹配,1 . 基区电阻 热噪声 白噪声,2. 散粒噪声功率谱密度,1. 沟道电阻热噪声 ,3. 闪烁噪声 噪声,2.2.2 双极型晶体管的噪声,3. 噪声等效电路,2.2.3 场效应管的噪声,2. 噪声等效电路,2.2.4 电抗元件的噪声,电抗元件的噪声来源于它的损耗电阻热噪声,2.2.5 两端口网络的等效输入噪声源,和 的计算步骤:,(1) 将线性网络中的所有元件均用其噪声等效电路代入。,（2）计算出所有的噪声源在系统输出端的噪声功率总和 。,（3）求等效输入噪声电压源 。输入端短路，等效输入噪声电流源 开路，则,(AV 为系统电压增益）,其中Zi为系统输入阻抗，一般和是相关的。,（）求等效输入噪声电流源。输入端开路，则,此方法适用于低噪声电路设计，用来具体分析电路中每个元件的噪声对电路整体产生的影响。,例2.2.1：如图所示，场效应管放大器的场效应管输出 噪声电流为,负载电阻 的热噪声,解：（1）首先求放大器的增益,放大器交流等效电路图,求：该放大器对应的等效输入噪声源 和,电压增益,（2）求放大器总输出噪声,放大器,（3）求等效输入噪声电压源,输入端短路,此时输出噪声均由 产生，则：,不考虑负载噪声,（4）求等效输入噪声电流源,输入端开路：,此时输出端的噪声均由 产生：,则,不考虑负载噪声,和 是相关的,2.3 噪声系数,2.3.1 噪声系数定义,2.3.2 噪声系数与等效输入噪声源的关系,1,2.3.2 噪声系数与等效输入噪声源的关系,对噪声系数的理解,例2.3.1：图示的两端口网络只是一个电阻，求该网络的噪声系数。,解: 根据公式,该网络的电压增益为:,求网络总输出噪声电压均方值,等效噪声电路如图,根据噪声系数定义有:,与功率最大传输共轭匹配不同,在带宽B 内输出噪声电压均方值为:,2.3.3 无源有耗网络的噪声系数,根据噪声系数的定义,结论：无源有耗网络的噪声系数在数值上等于它的损耗,信号源内阻 产生的额定噪声功率为,输出电阻 产生的额定噪声功率为,2.4 等效噪声温度,条件：有噪线性网络、 产生白噪声、匹配,2.4.1等效噪声温度定义,定义：将网络内部的噪声折合到输入源端， 等效为由某电 阻在温度 时产生的电阻热噪声，将网络视为无噪的。,有噪网络输出噪声，和等效噪声温度的关系：,2.4.2 等效噪声温度与噪声系数的关系,已知条件:,源端匹配 、,信号源输入噪声为：,功率增益 、,等效噪声温度,总输入噪声为,由噪声系数定义,或,因网络视为无噪，所以总输出噪声为,2.5 多级线性网络级联的噪声系数,已知：各级间均匹配，带宽均为B,额定功率增益、噪声系数、等效噪声温度,第一级输入噪声功率,第一级的输出噪声功率是,求：总噪声系数 、等效噪声温度,第二级输出噪声功率是：,两级总的输出噪声功率又可表示为,所以,相等,多级线性网络级联总噪声系数,2. 增大第一级的增益可以减少后级对系统噪声系数的影响,1. 系统前级、特别是第一级的噪声系数对系统影响最大,结论：,