接收机射频热噪声分析
目前主流接收机噪声测试方案分析
目前主流接收机噪声测试方案分析
1.KEYSIGHT/R&S/Anristru等微波测试仪器巨头目前普遍采用噪声头（雪崩源）
+噪声分析仪
优点
✓测试速度快
缺点:
✓工作在140GHz以下，无法在太赫兹频段使用
✓重复性差
✓设备成本高
2.英国卢瑟福实验室，荷兰宇航局也采用泡在液氮中的吸波材料作为冷源+常
温黑体组合进行Y因值测试
优点
✓温差大，可以用于测试灵敏度较高的低温接收机
缺点:
✓测试精确度不高，液氮反射系数较高会增加测试误差
✓系统结构复杂，测试效率低
3.法国VIVA公司也采用低温杜瓦做作为冷源+常温黑体组合进行Y因值测试
优点
✓温差大，可以用于测试灵敏度较高的低温接收机
缺点:
✓测试精确度不高，低温波导出现结露结霜的问题直接影响测试灵敏度
✓系统结构复杂，设备成本高
4.航天203所自研CNAS系列液氮低温黑体作为冷源+常温黑体组合进行Y因
值测试
优点
✓温差大，可以用于测试灵敏度较高的低温接收机
缺点:
✓测试精确度不高，低温波导出现结露结霜的问题直接影响测试灵敏度
✓黑体材料反射特性不稳定，无法在太赫兹宽频段工作。
目前仅工作到220GHz ✓系统结构复杂，设备成本高
5.CHARLMES、ESA、NIST 、电子科技大学、中电13所、ALMA目前均采用TK
热源+常温黑体组合方案进行噪声测试
优点
✓精度高可追溯，校准黑体+测试黑体
✓自动化测试
✓国内有成功案列
缺点:
✓温差不够大，测试分辨率有待提高
✓对低温接收机的噪声测试无能为力。
接收机射频热噪声分析
接收机射频热噪声分析摘要：本文首选介绍了电路噪声理论基础，通过建立了接收机射频通道的简化模型，推导了射频通道的噪声系数表达式，并分析了接收机射频通道的热噪声特性。
关键词：射频热噪音分析在电子系统中，噪声被用来描述附加在电信号上面的、任何不希望出现的扰动。
在无线电通信、雷达和导航系统中，信号传递过程的各个环节，都会附加各种各样的噪声。
这些噪声对通信、雷达和导航系统的性能起着制约作用。
实现低噪声设备的前提是发展电路噪声理论，设计低噪声电路及器件。
目前随着集成电路一类器件的发展及应用，对复杂电路的噪声分析计算以及设计，已经越来越具有重要性。
1接收机射频热噪声概述1.1热噪声含义在实际接收机系统中，由于自然或者人为的原因，存在各种起伏不定的随机的电压或者电流波动，这些波动叠加在有用信号上面会对系统的信息传递产生影响。
而这些随机的波动往往是人们不希望出现的，因此被称为噪声。
接收机输出的信号上面叠加的噪声一部分是在进入接收机前就已经具有的，称为外部噪声，另一部分是接收机内部产生的，称为内部噪声。
外部噪声是信号在传输介质中传播时引入的噪声，包括人为噪声、大气噪声和空间噪声等。
内部噪声是由接收机自身引入的，如电阻中的自由电子热运动引起的热噪声，晶体管中的载流子随机产生、复合和扩散引起的散弹噪声等，也称之为起伏噪声。
其中，热噪声是由于导体内部自由电子和振动粒子的热相互作用而产生的。
热相互作用导致电阻两端电子到达速度随机变化，因此电阻两端的电位差也随机变化，在某个值附近上下波动。
电子设备的电阻总会产生热噪声。
1.2热噪声特征1928年J.B.Johnson首先研究了热噪声，所以热噪声也被称为约翰逊噪声。
由于热噪声的频率可以覆盖全部频段，并且在整个频域的功率谱密度为一恒定值，因此也被称为白噪声。
一个阻值为R的电阻，在噪声频带宽度B内，产生的电压均方值是：一个实际电阻可以等效为一个理想电阻和一个电压源串联的形式，如图一（a）所示，其中R是无噪声的理想电阻，用戴维南定理可以将该电路变换为一个电阻和一个电流源并联的形式，如图一（b）所示。
接收机噪声系数测试方法
接收机噪声系数测试方法（实用版4篇）篇1 目录1.引言2.噪声系数的定义和重要性3.传统噪声系数测量方法的局限性4.多通道射频接收机测量噪声系数的方法5.结论篇1正文接收机噪声系数测试方法是一种用于评估射频接收机性能的重要技术手段。
噪声系数是描述接收机前端放大器噪声特性的参数，它直接影响到接收机的灵敏度和信噪比。
因此，对接收机噪声系数的精确测量具有重要的实际意义。
一、引言射频接收机广泛应用于通信、广播、导航等领域，其性能指标直接影响到整个系统的性能。
噪声系数是描述接收机前端放大器噪声特性的参数，它直接影响到接收机的灵敏度和信噪比。
因此，对接收机噪声系数的精确测量具有重要的实际意义。
二、噪声系数的定义和重要性噪声系数（Noise Figure，NF）是指接收机前端放大器在输入信号一定时，输出信号噪声功率与输入信号噪声功率之比。
噪声系数越小，表示接收机前端放大器的噪声性能越好，灵敏度和信噪比越高。
因此，噪声系数是评估接收机性能的重要参数之一。
三、传统噪声系数测量方法的局限性传统的噪声系数测量方法主要包括噪声源法、噪声桥法和反射法等。
这些方法在测量低噪声系数的接收机时存在一定的局限性，主要表现在以下几个方面：1.测量范围有限：传统方法的测量范围通常在 100 MHz 以下，对于高频噪声系数的测量能力较弱。
2.测量精度受限：传统方法的测量精度受到噪声源、测试环境和被测器件等因素的影响，难以实现高精度测量。
3.测量时间较长：传统方法的测量时间通常较长，不利于高效、快速地评估接收机性能。
四、多通道射频接收机测量噪声系数的方法针对传统噪声系数测量方法的局限性，研究人员提出了多种针对多通道射频接收机的噪声系数测量方法。
这些方法主要利用多通道切换、噪声注入和数字信号处理等技术来实现高精度、高效率的噪声系数测量。
1.多通道切换测量法：通过设计多个射频开关，实现不同通道之间的切换，从而在不同通道切换的过程中测量噪声系数。
射频实验报告结论
射频实验报告结论射频实验报告结论射频实验是现代通信领域中不可或缺的一环，通过对射频信号的调制、解调、传输和接收等过程的研究，可以更好地理解和应用无线通信技术。
在本次射频实验中，我们主要研究了射频信号的传输和接收过程，并通过实验数据的分析得出以下结论。
1. 调制技术对信号传输的影响在实验中，我们使用了不同的调制技术，包括调幅（AM）、调频（FM）和相位调制（PM）。
通过对比实验结果，我们发现不同的调制技术对信号传输的影响是不同的。
首先，调幅技术在传输过程中对信号的幅度进行调整，使得信号的能量集中在一定的频率范围内。
这种调制技术适用于音频信号的传输，但在传输距离较远时容易受到干扰的影响。
其次，调频技术通过改变信号的频率来传输信息。
相比于调幅技术，调频技术在传输过程中对信号的抗干扰能力更强，适用于长距离的无线通信。
但是，调频技术对带宽的要求较高，需要更宽的频率范围来传输相同的信息。
最后，相位调制技术通过改变信号的相位来传输信息。
相位调制技术对噪声的抑制能力较强，适用于高质量的音频和视频信号的传输。
然而，相位调制技术对传输距离和带宽的要求都较高。
综上所述，不同的调制技术在信号传输过程中具有各自的优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的调制技术。
2. 信号接收中的噪声问题在实验中，我们还研究了信号接收中的噪声问题。
噪声是指在信号传输和接收过程中引入的随机干扰信号，会对信号的质量和可靠性产生影响。
首先，我们观察到在接收信号时，存在着不同类型的噪声。
其中，热噪声是由于接收器自身的热运动引起的，是一种统计性的噪声，可以通过增加接收器的信噪比来减小其影响。
另外，还有其他类型的噪声，如亚稳噪声、亚稳噪声和外界干扰噪声等。
其次，我们发现信号接收中的噪声会对信号的解调和恢复造成困扰。
噪声会使得信号的幅度和相位发生变化，从而导致解调过程中的错误和失真。
为了减小噪声的影响，我们可以采取一系列的噪声抑制技术，如滤波、增益控制和误码纠正等。
无线通信接收机的热噪声功率电平底噪分析
无线通信接收机的热噪声功率电平底噪分析无线通信接收机的热噪声功率电平底噪分析任何一个无线通信接收机能否正常工作，不仅取决于所能获得的输入信号的大小，而且也与其内部噪声以及外部噪声和干扰的大小有关。
接收机内部噪声也称为热噪声，它是由电子运动所产生的，其定义是指当温度为290?K(17?C)时，由接收机通带(通常由接收机中频带宽所决定)所截获的热噪声功率电平。
这个热噪声功率电平也称为接收机的底噪，是计算接收机的噪声的基本参数。
No=KTB(W)接收机带宽绝对温度值290?K玻尔兹曼常量1.37×10如用dBW表示，可写为No(dBw)=-204dBW+10lgB或=-174dBm+10lgB对于G网，B=200KHz(53dB)，No=-121dBm通常决定无线接收机的灵敏度主要器件是输入射频放大器，因此，放大器的噪声系数也同样可用来衡量接收机灵敏度指标。
放大器噪声系数N=最大可能信噪比是把信号源内阻作为系统中唯一噪声源时输出端产生的信噪比，此时相当于负载开路状态;实测信噪比即将放大器的噪声与信号源内阻相加作为噪声源时输出端产生的信噪比。
所以N=式中:kTB-带宽为B(Hz)时的热噪声Ni-输入端噪声功率电平Na-放大器内部噪声功率电平g-放大器放大量以输入电动势表示的灵敏度(e)与N的关系可以表示为: e=式中:R为输入阻抗(50)N为接收机噪声系数B为噪声宽带(通常即接收机的中频带宽)C/N:为门限载噪比(通常与数据速率有关)在工程设计中，通常仅需知道接收机输入端(开路)的信号功率Pi(dBm)即Pi(dBm)===-174(dBm)+10lgB+N(dB)+C/N 对于G网，当B=200KHzN=4dBC/N=12dB时Pi(dBm)=-174+53+4+12 =-105dBm在扩频数字通信接收机中，链路的度量参数Eb/No(每比特能量与噪声功率谱密度的比值)与达到某预期接收机灵敏度所需的射频信号功率值的关系是从标准噪声系数F的定义中推导出来的。
雷达接收机的噪声系统及灵敏度
雷达接收机的噪声系统及灵敏度接收机是雷达系统中必不可少的的一部分，而接收机性能也关系到雷达的正作。
接收机根据其系统架构可以分成：超外差接收机、宽带中频接收机、零中频接收机、数字中频接收机等。
接收机在朝着高集成度、低功耗、射频前端的软件化、数字化发展。
雷达接收机的射频前端主要进行的是滤波、放大、频率转换等信号处理，而固有噪声存在于整个接收机前端系统，从而对接收的雷达信号产生影响，降低了输入射频信号的信噪比。
而噪声系数(NF)就是对这种影响的度量。
所有接收机的灵敏度都受到热噪声的限制，而在雷达中，主要是来自接收机的热噪声(而不是外部噪声源)。
噪声系数系统的噪声系数决定了最小可检测有用信号或者接收机的灵敏度。
噪声系数的线性描述-噪声因子，是一个无单位的量，它是接收机所有的输出噪声(包括输入信号引入的噪声和接收器本身产生的噪声)和仅有输入噪声产生的输出噪声之比。
式中，SNRin是接收机输入信噪比，SNRout是接收机输出信噪比。
级联系统的噪声系数可由如下公式表征。
假设在一系列放大器链路中，第一级放大器的增益是G1、噪声系数为F1，第二级放大器的的增益是G2、噪声系数为F2，第三级放大器的增益是G3、噪声系数为F3，以此类推，那么总的噪声系数F如下式所示：如果G1值很高，那么除了F1之外，其他项的贡献都可以忽略不计，这是一个良好设计系统追求的目标。
因此，系统噪声系数很大程度上取决于接收机链路的第一级。
在大多数现代雷达系统中，采用基于砷化镓(GaAs)或氮化镓(GaN)的半导体低噪声放大器(LNA)。
这些部件彻底改变了雷达接收机的设计，使雷达接收机噪声系数轻松提高1dB，这比以前的系统好10倍左右。
当然，做任何事情都是需要代价的，避免失真也是至关重要的，因此低噪声放大器具有线性是至关重要的。
一个非常高的增益器件(大的G1)往往缺乏线性度，因此，在线性度和噪声系数之间进行权衡是接收机设计的一个重要方面。
在有源电子扫描阵列(AESA)雷达中，通常在阵列的每个发射/接收模块中包含一个低噪声放大器，这减少或消除了在后续接收机的输入端接入低噪声放大器的需求。
超高频RFID零中频接收机噪声分析
图 １ 耦合到接收电路的信号
图 １ 是采用收发共用天线模式下的各条耦合通路的示意图， 其中包括本振耦合到接收电路用于下变频的信号功率 P0 ，电子标 签返回的有用信号 Pt ，发射信号经环形器泄露到接收机电路的功 率 PZ ，天线口驻波不好反射回来的功率 Pr ，以及周围环境包括墙 面和其他物反射回的功率 P1 、 每条通路都与本振信号相 P2 ……。 信号进行调制以后耦合进入阅读器接收电路。因此，除了标签反 射通路以外，其他各条耦合通路可以建立如图２所示数学模型。 其 中用于混频的本振信号经过增益 G0 ，第 ｉ 条通路经过增益 Gi ，相 关，可以看作是本振信号经过增益 Gi 、相位延迟 φi ，或者对本振
P tran 前向发射连续波电平， I 为收发天线隔离度， L ( f ) 为本振相
j [ ω L O t + θ LO ( t ) +ψ ( t )]
R e { A LO G i M LPF ∑
i =1 n
( t ) M i ( t )[1 + m k ( t )] e
}
位噪声单边带功率谱密度， S n 为混频器同频相噪抵消程度。 假设 反向接收的最高速率为 ６４０ｋｂｐｓ，工作情况下的 ＦＭ０ 主瓣带宽为 １ ． ２ ８ Ｍ Ｈ ｚ ，主瓣中心频率为 ６ ４ ０ ｋ Ｈ ｚ ， 若泄露与本振相对时延为 ５０ｎｓ，则接收子载波信号相对载波中心频率偏移与抵消度关系为：
《 自 动 化 技 术 与 应 用 》２ ０ ０ ９ 年 第 ２ ８ 卷 第 ３ 期
通信与信息处理
Communication and Information Processing
接收机噪声系数测试方法
接收机噪声系数测试方法接收机噪声系数测试方法接收机噪声系数是评估接收机的性能指标之一，用于衡量接收机对于输入信号噪声的抑制能力。
现阐述几种常用的接收机噪声系数测试方法。
1. 差模法通过把差模信号与互模信号进行比较，来计算接收机的噪声系数。
差模法由于其测量方法简单易行，被广泛应用于接收机噪声系数的测试。
2. 自相关法自相关法是通过信号与其自身相互比较，从而计算出接收机的噪声系数。
这种方法对于噪声系数测量具有较高的精度和可靠性。
基于相关器的自相关法基于相关器的自相关法是将接收机信号与其输入信号进行相关操作，得到相关功率，进而计算出噪声系数。
基于功率谱的自相关法基于功率谱的自相关法是通过信号的功率谱密度来计算接收机的噪声系数。
这种方法相对简单，并且适用于单频信号和宽带信号。
3. 热噪声法热噪声法是通过测量接收机的输出噪声功率和输入信号功率之比，来计算接收机的噪声系数。
这种方法在实际应用中被广泛采用，尤其适用于高频接收机的噪声系数测试。
电压法电压法通过测量接收机输出的噪声电压和输入信号的噪声电压之比，来计算接收机的噪声系数。
带宽法带宽法通过测量接收机输出的噪声功率和输入信号的功率之比以及输入信号的带宽，来计算接收机的噪声系数。
4. 效果评估方法除了上述的测试方法外，还可以通过评估接收机的性能指标来间接评估接收机的噪声系数。
例如，接收机的灵敏度、选择性、抗干扰能力等指标都与噪声系数有一定的相关性。
以上是几种常用的接收机噪声系数测试方法，不同的方法适用于不同的场合和需求。
在进行测试时，需要根据具体情况选择合适的方法，并结合其他评估指标来全面评估接收机的性能表现。
5. 精确度评估方法在进行接收机噪声系数测试时，除了选择合适的测试方法外，还需要考虑测试的精确度。
以下是几种常用的精确度评估方法：相对精确度评估法相对精确度评估法是通过比较测试结果与参考值之间的差异，来评估测试的精确度。
可以使用统计方法来计算与参考值之间的误差，例如均方根误差、绝对相对误差等。
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接收机射频热噪声分析
摘要：本文首选介绍了电路噪声理论基础，通过建立了接收机射频通道的简化
模型，推导了射频通道的噪声系数表达式，并分析了接收机射频通道的热噪声特性。
关键词：射频热噪音分析
在电子系统中，噪声被用来描述附加在电信号上面的、任何不希望出现的扰动。
在无线
电通信、雷达和导航系统中，信号传递过程的各个环节，都会附加各种各样的噪声。
这些噪
声对通信、雷达和导航系统的性能起着制约作用。
实现低噪声设备的前提是发展电路噪声理论，设计低噪声电路及器件。
目前随着集成电路一类器件的发展及应用，对复杂电路的噪声
分析计算以及设计，已经越来越具有重要性。
1接收机射频热噪声概述
1.1热噪声含义
在实际接收机系统中，由于自然或者人为的原因，存在各种起伏不定的随机的电压或者
电流波动，这些波动叠加在有用信号上面会对系统的信息传递产生影响。
而这些随机的波动
往往是人们不希望出现的，因此被称为噪声。
接收机输出的信号上面叠加的噪声一部分是在
进入接收机前就已经具有的，称为外部噪声，另一部分是接收机内部产生的，称为内部噪声。
外部噪声是信号在传输介质中传播时引入的噪声，包括人为噪声、大气噪声和空间噪声等。
内部噪声是由接收机自身引入的，如电阻中的自由电子热运动引起的热噪声，晶体管中的载
流子随机产生、复合和扩散引起的散弹噪声等，也称之为起伏噪声。
其中，热噪声是由于导
体内部自由电子和振动粒子的热相互作用而产生的。
热相互作用导致电阻两端电子到达速度
随机变化，因此电阻两端的电位差也随机变化，在某个值附近上下波动。
电子设备的电阻总
会产生热噪声。
1.2热噪声特征
1928年J.B.Johnson首先研究了热噪声，所以热噪声也被称为约翰逊噪声。
由于热噪声的
频率可以覆盖全部频段，并且在整个频域的功率谱密度为一恒定值，因此也被称为白噪声。
一个阻值为R的电阻，在噪声频带宽度B内，产生的电压均方值是：
一个实际电阻可以等效为一个理想电阻和一个电压源串联的形式，如图一（a）所示，
其中R是无噪声的理想电阻，用戴维南定理可以将该电路变换为一个电阻和一个电流源并联
的形式，如图一（b）所示。
图一电阻热噪声模型
电流源的电流均方值为：
1.3热噪声的表示
（1）噪声系数。
对于一个二端口网络，假设输入端的噪声温度是T0=290K，网络输入端
的信噪比与网络输出端信噪比的比值就是噪声因子F，即：
噪声因子的对数形式称为噪声系数，用NF表示。
噪声因子和噪声系数只是同一个量的
不同表示形式，对于选定频率的线性系统而言,噪声系数是两个噪声功率之比,即在输出端得
到的单位带宽总噪声功率(在相应的输出频率上)与在输入频率上由输入终端产生的那部分噪
声功率之比。
输入终端的噪声温度在任何频率上都是标准温度290°K。
（2）等效噪声温度。
与噪声系数相同，等效噪声温度也是一个反映系统对噪声恶化程度
的指标，噪声温度的定义从另外一个角度来理解系统的噪声模型。
噪声温度的定义如下：将
输入端等效为温度为T0=290K的电阻，二端口网络的可获噪声功率为No=Na+GkT0B。
假设二
端口网络不产生内部噪声，只经过一个理想放大器，输出的可获噪声功率为GkT0B。
然后，
增大输入端电阻的温度，使得输出端的可获噪声功率等于No，这时输入端增加的温度为Te，Te就是等效噪声温度。
由等效噪声温度可以很容易表示系统的内部噪声功率，即Na=kTeB，
这就是系统自身产生并附加到输出信号中的那部分噪声功率。
2射频噪声特性分析
2.1级联系统的噪声特性
接收机是个多级网络级联的系统，每一级在系统性能中的作用是不同。
一个由n个二端
口网络级联组成的系统，组成它的第i级网络的增益是Gi，噪声因子是Fi，其中n=1,2,3,…，
i=1,2,3,…n。
该系统作为一个二端口网络，其增益是G，噪声系数为F。
其噪声系数的表达式为：
如果第一级网络的放大倍数比较高，那么后面各级的噪声系数对系统噪声系数的影响很小，第一级的噪声系数几乎决定了整个系统的噪声特性。
这一结论在指导接收机的设计实践
中具有非常重要的意义，它表明提高第一级低噪声放大器的放大倍数和降低其噪声系数可以
有效地提高系统的噪声性能。
2.2射频通道的噪声系数
无线电接收机的种类很多，一般都需要进行下变频，下变频接收机的变频次数不确定，
下变频所采用的本振频率可以低于信号频率，也可以高于信号频率。
如果本振频率高于信号
频率，那么变频后的信号频带就会发生倒置，原来的高频端被变换到低频端，原来的低频端，变换到高频端。
如果变频采用的是一路本振信号，变频后的中频输出信号也只有一路。
如果
变频采用的是两个正交本振信号，变频后的中频输出信号有两路，这两路信号比一路信号保
留了更多的信息。
为了便于分析，首先对系统进行简化，将混频器前面的部分等效为一个低
噪声放大器和镜频抑制滤波器，混频器后面的中频滤波器和中频放大器一般对整体噪声系数
的影响较小，在这里将其等效为混频器的一部分。
如图二，整个射频通道简化为由低噪声放
大器（LNA）、镜频抑制滤波器（IRF）和混频器三部分组成。
图二接收机射频通道简化模型
在实际应用中放大器和滤波器都可以有很多级，这里是对射频通道作了适当的简化，目
的是更加清晰地体现各个主要环节在整机的噪声系数中的作用。
低噪声放大器的前级应该尽
量减少无源器件，否则噪声系数会恶化。
因此在该模型中，低噪声放大器位于滤波器的前级。
2.3特殊网络的噪声系数
在射频通道中，各组成部分的噪声特性不同，根据是否有源可以分为有源网络和无源网络，根据端口数量可以分为二端口网络和多端口网络。
有关热噪声源的关系式可推广到任一
无源二端口网络。
若该无源网络包含若干个电阻，每个电阻都是热噪声源。
应用戴维南等效
电路，根据网络等效输出电阻的热噪声来计算网络输出的总可获噪声功率。
接收机中的混频
器是不可缺少的部分，其输入输出频率不同，下变频过程中要考虑镜像频率的影响。
所以它
的噪声系数的计算比其它部分复杂，并且混频器引入的噪声是很大的，因此在接收机的各个
部分中它的噪声系数是要重点考虑的。
混频器是将射频信号变换到中频信号的器件，输入信
号的频率为fs，它与频率为fLO的本振频率经过混频后输出频率fi的中频信号，与fs相对于fLO对称的频率为fm（镜像频率），该频率的信号也会经混频器后变频到fi。
3结语
噪声是一种随机信号，其频谱分布在这个无线电频率范围，它是影响各类接收机性能的
主要因素之一。
通过对介绍及射频噪声型号的分析，计算出接收机在大动态范围内的噪声系数，以正确地完成射频通道的低噪声设计。
参考文献：
[1]戴彬,陈迪平,刘文用.一种新型超宽带CMOS低噪声放大器设计[J].微计算机信息.2007(29)
[2]高雅.超宽带接收机射频前端电路设计[D].广西大学2014
[3]王刚.噪声系数再分配对优化无线通信接收机结构的分析研究[D].上海交通大学2007。