噪声系数分析仪课程讲解
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《噪声系数和测量》课件
设置测量参数：频率、功率、温度等
记录数据：记录测量得到的噪声系数、频率、功率等数据
连接测量仪器：将信号源、功率计、噪声系数分析仪等连接起来
分析数据：分析噪声系数与频率、功率的关系，得出结论
测量结果分析
噪声系数：衡量信号传输过程中噪声的影响程度
测量方法：使用噪声系数测量仪，测量信号的输入和输出噪声
测量结果：噪声系值，表示信号传输过程中噪声的影响程度
噪声系数的应用：在通信、电子、声学等领域都有广泛的应用
噪声系数的计算公式：噪声系数=输出信号功率/输入信号功率
噪声系数的测量
测量原理
噪声系数的定义：描述信号传输过程中噪声增加的程度
测量步骤：首先设置测量参数，然后输入信号，最后读取输出信号并计算噪声系数
注意事项：测量过程中要保证信号的稳定性和准确性，避免干扰因素影响测量结果
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噪声系数测量设备的智能化和自动化
噪声系数测量技术的不断发展和完善
噪声系数测量标准的不断提高和统一
噪声系数测量技术的应用领域不断扩展，如航空航天、电子通信等
展望
噪声系数测量技术的发展：更加精确、快速、便捷
噪声系数测量设备的发展趋势：智能化、小型化、便携化
噪声系数测量在环保领域的应用：更加广泛，更加重要
测量方法：使用噪声系数测量仪，通过测量输入信号和输出信号的功率比来计算噪声系数
测量设备
声级计：测量噪声的强度和频率
频谱分析仪：分析噪声的频率成分
噪声源定位仪：确定噪声源的位置
噪声剂量计：测量噪声暴露剂量
测量步骤
准备测量仪器：噪声系数分析仪、信号源、功率计等
启动测量：启动信号源，调整功率，观察噪声系数分析仪的读数
10.噪声系数分析仪(NFA)
0
Rg
P no
Rg (2900 K ) vg
ve2
无噪网络
G pm
2 v 实际网络 (T0 = 290 K ) 用一无噪声网络和一噪声源 e 等效。 2 设 ve 是由信号源内阻R g 在一假想温度Te 下产生的噪声电压。
v e2 = 4 KT e R g ∆ f
此温度 T e 是网络的等效噪声温度。
当噪声源中的二极管没有偏置时，只有噪声源中的衰减器产生的 热噪声，称为“冷态”； 当二极管有反向偏置并进入雪崩状态时，噪声大大增加，称为 “热态”。
Agilent提供的SNS系列噪声源指标如下图所示。
噪声源（续1）
噪声信号源的超噪比ENR（Excess Noise Ratio）的定义：
or ( ENR ) dB = 10 lg [(TSON − TSOFF ) / T0 ]
10.3.1 噪声源
大多数通用的噪声源是采用低结电容的二极管，当二极 管反向偏置并进入雪崩状态时，二极管产生的噪声是常 数。 精密噪声源（例如：Agilent的SNS系列）的输出端加入 衰减器，以降低SWR，减少测量中失配带来的误差。 利用噪声源的两种状态（on和off）可以测量噪声系数。
上式说明：级联网络的噪声系数，主要由网络前级的噪声系 数确定。前级的噪声系数越小，功率增益越高，则级联网络 的噪声系数就越小。
网络的噪声性能也可以用噪声温度来表示。但要注意的是， 网络的噪声温度不是该网络的实际物理温度，而是用以表征 该网络噪声性能的一种假想温度。
噪声温度
实际网络
vg G pm , PnA
ENR = (TSON − TSOFF ) / T0
噪声源（续2）
Rg
P no
Rg (2900 K ) vg
ve2
无噪网络
G pm
2 v 实际网络 (T0 = 290 K ) 用一无噪声网络和一噪声源 e 等效。 2 设 ve 是由信号源内阻R g 在一假想温度Te 下产生的噪声电压。
v e2 = 4 KT e R g ∆ f
此温度 T e 是网络的等效噪声温度。
当噪声源中的二极管没有偏置时，只有噪声源中的衰减器产生的 热噪声，称为“冷态”； 当二极管有反向偏置并进入雪崩状态时，噪声大大增加，称为 “热态”。
Agilent提供的SNS系列噪声源指标如下图所示。
噪声源（续1）
噪声信号源的超噪比ENR（Excess Noise Ratio）的定义：
or ( ENR ) dB = 10 lg [(TSON − TSOFF ) / T0 ]
10.3.1 噪声源
大多数通用的噪声源是采用低结电容的二极管，当二极 管反向偏置并进入雪崩状态时，二极管产生的噪声是常 数。 精密噪声源（例如：Agilent的SNS系列）的输出端加入 衰减器，以降低SWR，减少测量中失配带来的误差。 利用噪声源的两种状态（on和off）可以测量噪声系数。
上式说明：级联网络的噪声系数，主要由网络前级的噪声系 数确定。前级的噪声系数越小，功率增益越高，则级联网络 的噪声系数就越小。
网络的噪声性能也可以用噪声温度来表示。但要注意的是， 网络的噪声温度不是该网络的实际物理温度，而是用以表征 该网络噪声性能的一种假想温度。
噪声温度
实际网络
vg G pm , PnA
ENR = (TSON − TSOFF ) / T0
噪声源（续2）
《射频噪声系数分析仪》
射频噪声系数分析仪AV3984A射频噪声系数分析仪是针对射频段噪声系数的测试需求开发的一款具有较高性价比测量仪器。
整机采用嵌入式PC兼容的硬件平台、Windows 2000操作系统软件平台、低噪声前置放大器、全数字中频处理等技术，配合固态噪声源，可实现10MHz〜3GHz频率范围内噪声系数单边带、高精度、快速扫频测量。
是射频段线性和准线性二端口网络或系统噪声系数测量的理想设备。
具有噪声系数、增益、Y因子、等效噪声温度和冷、热功率等多种参数的测量功能，并提供测量模式设置向导功能，可方便用户使用，适合于实验室，生产线等多种测量现场！主要特点：•用户界面灵活而直观•全彩LCD双通道显示噪声系数及相关参数和增益随频率的变换曲线•具备六种分辨率带宽供用户选择•完善的测量功能，能实现对放大器、上下变频器类的器件或系统的噪声系数和增益测量•具有损耗补偿功能。
能以固定、表格或组合的形式补偿被测件前后的损耗，用于解决需要去嵌的射频管芯的测试难题•外设接口丰富，复用性强•具有双噪声源驱动能力，支持普通噪声和智能噪声源。
智能噪声源即插即用，超噪比白动加载■用户界面灵活直观用户界面直观便于使用，所有按键按功能分类排放，一目了然，易于查找。
专用功能键的层数简单，母菜单子菜单分层明确，屏幕上实时显示仪器测试状态，使测量更具准确性，及时的测量提示和向导对话框使测量更加准确快速!•全彩LCD高清显示AV3984A毫米波噪声系数分析仪配备17cm的全彩色LCD显示器，同时显示噪声系数和增益随频率的变化，大大提高了使用的舒适度和清晰度。
同时具备多种显示效果：三种显示格式、两个独立通道、多种组合曲线图形，多达六类的测量结果等等。
•可变测量带宽对于现代的许多应用，4MHz带宽在噪声测试系统中仍然适用。
然而，无线通信的迅猛发展和射频频谱的日益拥塞逐渐对窄带噪声系数测量提出了需求。
AV3984A毫米波噪声系数分析仪采用可变测量带宽，可以实现4MHz , 2MHz , 1MHz , 400kHz , 200kHz 和100kHz不同分辨率带宽下的实际测量，这点对于提高窄带测量精确度尤为重要! •完善的损耗补偿损耗补偿功能，能以固定、表格或组合的形式补偿补偿被测件前后通道中的损耗。
噪声系数分析仪浅析
故 障 的维 修 方 法 及 其 关 键 技 术 。 尤 其 是 Ｈ ８７ Ｂ噪声 分 析 仪 ， 生产 厂家 维 修 ， 用 比 较 昂 贵 。摸 索 出 了 一 套 简 便 高 效 的 维 Ｐ９０ 送 费 修 方法 ， 自行 设 计 的 放 大 器有 关 电 路 替代 原 件 ， 功 地 进 行 了 修 复 ， 此 进 行 了重 点 介 绍 。 用 成 对
关 键词 噪声 系数 ； 频 ； 混 Ｙ因 子 ； 扩频
中图分类号 Ｔ ５． Ｂ ３１ 文献标识码 Ａ
Ａｎ ｌｓｓｏ ｈｅ Ｎｏ ｓ ｃｏ ａｙ ｅ ａ ｙ ｉ ｆｔ ｉｅ Ｆａ ｔ ｒ Ａｎ ｌ ｚ ｒ
Ｗ ＥＩＦ ｎ － ｉ ｇ ｅ ｇ ｙｎ
（ ｈ ４ｈＲｓａ ｈｏ Ｅ Ｃ，ｈｉ ｈ ｎ ｅ ｉ ５０ １ Ｃ ｉ Ｔｅ５ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ ｆＣ Ｔ Ｓｉ ｚｎ ｇＨ ｂ ０８ ， ｈ ａ） ｊ ａ ａ ｅ０ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｎ ｉｅ ａ ｔｒ ａ ａｙ ｅ ｓｒ ｃ ｅ ｏｓ ｆｃｏ ｎ ｌｚ ｒ’ｓ ｐ ｒ ｔ ｎ ｐｒ ｃｐ ｅ ｎｄ ｈ ｂ ｓｃ ｏｓ ｆｃｏ ｍｅ ｕ ｅ ｎ ｍｅ ｏ ｏ ｅａｉ ｉ ｉｌ ａ ｔｅ ａ ｉ ｎ ｉｅ ａ ｔｒ ｏ ｎ ｓ ａ ｒ ｍｅ ｔ ｈ ｔ ｄ， Ｙ ａ ｔｒ ｍｅ ｏ ， ａｅ ｆｃｏ ｔｄ ｈ ｒ ｄ ｓ ｒｂ ｄ．Ｒｅ ａｒｎ ｔｏ ｓａ ｄ ｋ ｙ ｔｃ ｎｑ ｅ ｆｔ ｅ ｆｍｉａ ａ ｌ ｆｔ ｅ ｎ ｉｅ ｆｃｏ ａ） ｒ ａ ｎｒｄｕ ｅ ｅｃ ｅ ｉ ｐ ｉｉｇ ｍｅ ｄ ｅ ｅ ｈ ｉｕ ｓｏ ａ ｌ ｒｆｕ ｔ ｏ ｏｓ ａ ｔｒａ １ｚ ｒ ｉｔｏ ｃ ｄ．Ｅｓ ｅ ｉｌｙ， ｉ ８ ７ ｈ ｎ ｈ ｉ ｓ ｈ ｎ ｒ ｅ ｅ ｐ ｃａｌ ｆＨＰ ９ ０Ｂ
噪声系数分析仪噪声系数量程及准确度测量结果的不确定度评定
・
１ ４ ０ ・
科技 论 坛
噪声系数分析仪噪声系数量程及准确度测量结 果 的不确 定度评 定
张 萌 杨 婷 （ 中国 电子科技 集团公 司第三十八研 究所播 、 通信、 电子对抗 以及 电子元 器件等技术领域都 涉及到噪声 系数的测试 ， 因此噪声 系数分析仪被 广泛应 用在各 种测量 中。噪声 系数分析仪在测量过程 中各个步骤 均能产生无法避免的误 差， 如何 有效减 少这些影响来减少不确定度 ， 提 高测量 的重复 性 与准确性至关重要 。本 文通过具体的计算和分析对噪声 系数分析仪噪声 系数量程及准确度 测量 结果 的不确定度评定进行详 细阐述 。 关键词 ： 噪声 系数分析仪 ； 噪声 系数量程及 准确度 ； 测量误 差； 不确定度
１概 述
１ ． １ 测 量 依 据 ：依 据 Ｊ Ｊ Ｇ （ 电子） １ ５ ０ ０ １ — ８ ７ ｛ Ｈ Ｐ ８ ９ ７ ０ Ａ型噪声系数仪试行检定规程》 及Ｊ Ｊ Ｇ （ 电子） ３ ０ ３ ０ １ — ２ ０ ０ ７ （ 噪声系数测量仪检定规程》 。
Ｉ ． ２ 环 境 条 件 ：温 度 （ ２ ０± ２ ） ℃ ：相 对 湿 度 ：
（ ４ ５ — ７ ５ ） ％。 图 １
１ ． ３ 测量标 准 ： 微 波信 号 源（ Ｅ ８ ２ ５ ７ Ｄ ） ， 测量 范 围： ２ ５ ０ ｋ Ｈ ｚ ～ ４ ０ Ｇ Ｈ ｚ ，一 １ ３ ０ ｄ Ｂ ｍ 一 １ ０ ｄ Ｂ ｍ， 最大允许误差： ±２ ｄ Ｂ ； 步 进 衰减 器 （ Ｈ Ｐ ８ ４ ８ ４ ／ ８ ４ ９ ６ ， ８ ４ ９ ４／ ０ ８ ４ ９ ０ ６ Ｌ ） ， 测 量范 围： Ｄ Ｃ ～ ４ ０ Ｇ Ｈ ｚ ，０ ｄ Ｂ 一 ８ ０ ｄ Ｂ ；功 率 计 和 探 头
１ ４ ０ ・
科技 论 坛
噪声系数分析仪噪声系数量程及准确度测量结 果 的不确 定度评 定
张 萌 杨 婷 （ 中国 电子科技 集团公 司第三十八研 究所播 、 通信、 电子对抗 以及 电子元 器件等技术领域都 涉及到噪声 系数的测试 ， 因此噪声 系数分析仪被 广泛应 用在各 种测量 中。噪声 系数分析仪在测量过程 中各个步骤 均能产生无法避免的误 差， 如何 有效减 少这些影响来减少不确定度 ， 提 高测量 的重复 性 与准确性至关重要 。本 文通过具体的计算和分析对噪声 系数分析仪噪声 系数量程及准确度 测量 结果 的不确定度评定进行详 细阐述 。 关键词 ： 噪声 系数分析仪 ； 噪声 系数量程及 准确度 ； 测量误 差； 不确定度
１概 述
１ ． １ 测 量 依 据 ：依 据 Ｊ Ｊ Ｇ （ 电子） １ ５ ０ ０ １ — ８ ７ ｛ Ｈ Ｐ ８ ９ ７ ０ Ａ型噪声系数仪试行检定规程》 及Ｊ Ｊ Ｇ （ 电子） ３ ０ ３ ０ １ — ２ ０ ０ ７ （ 噪声系数测量仪检定规程》 。
Ｉ ． ２ 环 境 条 件 ：温 度 （ ２ ０± ２ ） ℃ ：相 对 湿 度 ：
（ ４ ５ — ７ ５ ） ％。 图 １
１ ． ３ 测量标 准 ： 微 波信 号 源（ Ｅ ８ ２ ５ ７ Ｄ ） ， 测量 范 围： ２ ５ ０ ｋ Ｈ ｚ ～ ４ ０ Ｇ Ｈ ｚ ，一 １ ３ ０ ｄ Ｂ ｍ 一 １ ０ ｄ Ｂ ｍ， 最大允许误差： ±２ ｄ Ｂ ； 步 进 衰减 器 （ Ｈ Ｐ ８ ４ ８ ４ ／ ８ ４ ９ ６ ， ８ ４ ９ ４／ ０ ８ ４ ９ ０ ６ Ｌ ） ， 测 量范 围： Ｄ Ｃ ～ ４ ０ Ｇ Ｈ ｚ ，０ ｄ Ｂ 一 ８ ０ ｄ Ｂ ；功 率 计 和 探 头
《信噪比和噪声系数》课件
2 信号功率计算
掌握信号的功率计算方法，它对于噪声系数的准确计算至关重要。
3 噪声系数的计算公式
探索噪声系数的数学公式，有助于理解信号与噪声之间的相对关系。
应用案例分析
通讯领域
深入了解信噪比和噪声系数在通讯网络中的实际应 用，如无线通信和数据传输。
音频处理领域
探索信噪比和噪声系数在音频处理中的重要性，如 音频编码和音乐制作。
《信噪比和噪声系数》 PPT课件
本课件介绍信噪比和噪声系数的概念、计算方法及在通讯和音频处理领域的 应用。加深你对这一重要概念的理解。
什么是信噪比和噪声系数
信噪比的概念及作用
了解信噪比如何衡量信号与噪声之间的相对强度， 以及其在通讯系统中的重要作用。
噪声系数的定义及作用
掌握噪声系数的含义，它是一种衡量信号受到噪 声干扰程度的指标。
总结与展望
信噪比和噪声系数的重要性
总结信噪比和噪声系数在现代通讯和音频处理中 的关键作用，为你的专业知识和噪声系数的未来，揭示追求更高质 量和更低干扰的方向。
信噪比的计算方法
1 信号强度计算
学习如何计算信号的强度，这是计算信噪比的关键步骤之一。
2 噪声强度计算
探索噪声的强度计算方法，为计算信噪比提供必要的数据。
3 信噪比的计算公式
了解信噪比的数学公式，可以直观地评估信号质量的优劣。
噪声系数的计算方法
1 噪声功率计算
学习如何计算噪声的功率，这是计算噪声系数所需的基本步骤之一。
掌握信号的功率计算方法，它对于噪声系数的准确计算至关重要。
3 噪声系数的计算公式
探索噪声系数的数学公式，有助于理解信号与噪声之间的相对关系。
应用案例分析
通讯领域
深入了解信噪比和噪声系数在通讯网络中的实际应 用，如无线通信和数据传输。
音频处理领域
探索信噪比和噪声系数在音频处理中的重要性，如 音频编码和音乐制作。
《信噪比和噪声系数》 PPT课件
本课件介绍信噪比和噪声系数的概念、计算方法及在通讯和音频处理领域的 应用。加深你对这一重要概念的理解。
什么是信噪比和噪声系数
信噪比的概念及作用
了解信噪比如何衡量信号与噪声之间的相对强度， 以及其在通讯系统中的重要作用。
噪声系数的定义及作用
掌握噪声系数的含义，它是一种衡量信号受到噪 声干扰程度的指标。
总结与展望
信噪比和噪声系数的重要性
总结信噪比和噪声系数在现代通讯和音频处理中 的关键作用，为你的专业知识和噪声系数的未来，揭示追求更高质 量和更低干扰的方向。
信噪比的计算方法
1 信号强度计算
学习如何计算信号的强度，这是计算信噪比的关键步骤之一。
2 噪声强度计算
探索噪声的强度计算方法，为计算信噪比提供必要的数据。
3 信噪比的计算公式
了解信噪比的数学公式，可以直观地评估信号质量的优劣。
噪声系数的计算方法
1 噪声功率计算
学习如何计算噪声的功率，这是计算噪声系数所需的基本步骤之一。
(优选)近代电子测量技术噪声系数分析仪
10
噪声系数（一）
噪声总是伴随着信号出现。信号与噪声的功率比值S/N 简称“信噪比”。决定检测能力的是接收机输出端的信 噪比。
噪声系数的定义是：接收机输入端信号噪声比与输出端 信号噪声比的比值。
F Si / Ni So / No
定义1
噪声系数F有明确的物理意义：它表示由于接收机内部 噪声的影响，使接收机输出端的信噪比相对其输入端的 信噪比变坏的倍数。
（优选）近代电子测量技术噪 声系数分析仪
噪声系数测试的基本概念
2
器件性能对信号质量的影响（一）
3
器件性能对信号质量的影响（二）
4
噪声的来源
5
噪声的分类
热噪声(Thermal Noise/Johnson Noise) 散粒噪声（Shot Noise） 闪烁噪声1/f噪声（Flicker）
1.7 0.75 0.025
2.475
22
噪声系数测试原理
23
Y值法（一）
一种较为普遍地测试噪声系数的方法（也是 最为精确的方法，即Y值法）已知输出噪声的计算 公式：N0 NiGa N kT0BnGa N
24
Y N 2 kGa Bn (Te Thot ) Te Thot N1 kGa Bn (Te Tcold ) Te Tcold
若接收机的噪声性能用等效噪声温度 Te表示，则它与各级
噪声温度之间的关系为：
Te
T1
T2 G1
T3 G1G2
Tn G1G2G3 Gn1
20
级联电路的噪声系数（三）
结论：
为了使接收机的总噪声系数小，要求各级的嗓声 系数小、额定功率增益高。而各级内部噪声的影 响并不相同，级数越靠前，对单噪声系数的影响 越大。
噪声系数（一）
噪声总是伴随着信号出现。信号与噪声的功率比值S/N 简称“信噪比”。决定检测能力的是接收机输出端的信 噪比。
噪声系数的定义是：接收机输入端信号噪声比与输出端 信号噪声比的比值。
F Si / Ni So / No
定义1
噪声系数F有明确的物理意义：它表示由于接收机内部 噪声的影响，使接收机输出端的信噪比相对其输入端的 信噪比变坏的倍数。
（优选）近代电子测量技术噪 声系数分析仪
噪声系数测试的基本概念
2
器件性能对信号质量的影响（一）
3
器件性能对信号质量的影响（二）
4
噪声的来源
5
噪声的分类
热噪声(Thermal Noise/Johnson Noise) 散粒噪声（Shot Noise） 闪烁噪声1/f噪声（Flicker）
1.7 0.75 0.025
2.475
22
噪声系数测试原理
23
Y值法（一）
一种较为普遍地测试噪声系数的方法（也是 最为精确的方法，即Y值法）已知输出噪声的计算 公式：N0 NiGa N kT0BnGa N
24
Y N 2 kGa Bn (Te Thot ) Te Thot N1 kGa Bn (Te Tcold ) Te Tcold
若接收机的噪声性能用等效噪声温度 Te表示，则它与各级
噪声温度之间的关系为：
Te
T1
T2 G1
T3 G1G2
Tn G1G2G3 Gn1
20
级联电路的噪声系数（三）
结论：
为了使接收机的总噪声系数小，要求各级的嗓声 系数小、额定功率增益高。而各级内部噪声的影 响并不相同，级数越靠前，对单噪声系数的影响 越大。
06章噪声系数分析仪
现代微波工Leabharlann 测量6.1概述 近年来，部分国外公司开始在频谱分析仪、网络分 析仪等仪器中加入选件，无须繁杂的操作步骤和数 学计算即可实现一定范围内噪声系数和增益的快速 测量，成为性能和价格折中考虑的简易解决方案。 随着我国军用电子技术的不断发展，在装备的研制 、生产、验收、维护维修等阶段均需要一种系统配 置简洁、用户界面友好、测量精度高、速度快、超 噪比测量方便并具有多种外设接口的噪声系数分析 仪。 新一代微波噪声系数分析仪在测量功能和性能指标 上都有了新的突破，满足了军用和民用技术领域对 噪声系数日益增长的测试需求，代表着国内噪声系 数测量技术的最高水平。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
常见的噪声是由大量短促脉冲叠加而成的随机过程 ，它符合概率论的规律，可以用统计的方法进行处 理。 通信技术中常把噪声分为自然界噪声（大气噪声、 宇宙噪声）、人为噪声、电路噪声（热噪声、散弹 噪声）等几种类型。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
（ 1）
热噪声。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
注意：在噪声系数的定义中，规定输入端（源阻抗 ）处于290 K。 有些系统对应于每个输入频率有不只一个输出频率 ，噪声系数是针对每一对相应频率定义的。 对于具有单个输入和输出频率的单响应线性二端口 网络，其等效输入噪声温度与噪声系数的关系可由 式（6.7）求得。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
由式（6.7）求出实际网络的等效输入噪声温度为
式中， Ti 为网络输入端电阻（或等效输入电阻）的 噪声温度。
现代微波工程测量
6.2
相关基础知识
噪声系数。 当规定输入端温度处于T0= 290 K时，网络输入端信 号 / 噪声功率比与输出端信号 / 噪声功率比的比值定 义为噪声系数，计算公式为 式中，F是噪声系数，N0是输出的总噪声功率，B是 接收带宽，k是玻尔兹曼常数 (1.38×10-23J/K)，T是 输入噪声温度，G是被测件的资用增益（KTB）是热 噪声，存在于不为 0K的所有导体中）。
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资用噪声功率（Pout=KTB）
– 是单端口网络所能传输到负载上的最大功率，只与噪声发生器特 性有关而与负载无关
资用噪声功率谱密度（PO=KT）
– 定义为单位带宽内的资用噪声功率
噪声温度
– 电阻的资用热噪声功率是温度的普适函数，故一个噪声源可以使 用噪声温度来表示，噪声温度是人们约定的噪声功率谱密度的单 位，用热力学单位K表示。
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现代微波测量技术
7
控制噪声的方法
• 另一种抑制噪声的途径是使接收机组件中产生 的噪声最小化 – 接收机前置电路本身的噪声会进一步恶化系统 的信噪比，噪声一旦混入信号，接收机就不可 能在信号频段中将噪声从信号中区分出来。
– NF增加，会导致接收机的灵敏度下降。
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• 热噪声 • 散弹噪声
与频率相关的噪声
• 低频1/f 噪声 • 高频噪声
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现代微波测量技术
15
5.2.1 热噪声
由导体材料中束缚电荷和电子的热运动引起 的，存在于所有的无源或有源器件中。
又称为Johnson噪声或Nyquist噪声。
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现代微波测量技术
成都信息工程学院电子工程学院
现代微波测量技术
10
噪声电压的均值
• 噪声电压（或者电流）幅度的均值为0，即
1 vn = lim T →∞ T
∫
t1 +T
t1
vn (t ) dt = 0
vn 为噪声电压均值；
vn (t )为噪声电压的瞬时值；t 为任意时刻； 1
T为任意一个时间周期（理想情况下为无穷大）。
现代微波测量技术
8
噪声测量技术
• 噪声系数对于系统至关重要 • 本章主要内容 – 介绍微波射频集成电路中噪声的种类和特征 – 噪声系数的定义 – 噪声系数的测量技术 ★
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现代微波测量技术
9
5.1 噪声的特性
自然界存在的随机过程导致了噪声的产生。 随机过程的主要类型有： 半导体器件中原子、电子和分子在绝对温度0 K 以上的热运动。 导线或器件中电荷（电子/空穴）的偏移运动。 电荷（电子/空穴）在物体表面的发射运动。 大气或其他气体中波的传播。
或者
2 n
v
2 n , rms
=v
2 n
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现代微波测量技术
13
噪声电压的均方根值和噪声功率成正比。 噪声通常随机分布在零电压两侧，均值趋近于零。
图5-1、均方根值分别为0.5和1的随机噪声电压示意图
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现代微波测量技术
14
5.2 噪声的种类
电路中的噪声主要包括两类 与频率无关的噪声
即
N a + kT0 BG F= kT0 BG
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现代微波测量技术
34
噪声系数也可以表述为在标准温度T=290K情况 下，网络总输出噪声功率和由源噪声引起的网 络输出噪声功率之比。 噪声系数与输入信号大小无关。
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现代微波测量技术
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5.3.2 噪声源噪声的表征参数
T − T0 ENR = T0
T − T0 ENR(dB ) = 10 lg T0
ENR的物理意义为单端口网络中存在的噪声超过不可避 免的热噪声的倍数。 一般固态噪声源和气体放电管的等效输出噪声温度通常 为10000-20000K，即15.2-18.3dB。
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现代微波测技术
噪声系数与调制解调无关、与调制方式无关，与调制器的性能也无关。
噪声系数与增益无关
因为放大器将同时放大噪声功率和信号功率
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现代微波测量技术
32
放大器输入端的信号频谱和输出端的信号频谱
例如：进入放大器之前，信噪比为40dB，经过放大器之后，信号被放大了 20dB，噪声也被放大了20dB，但是输出信噪比只有30dB，说明了噪声系 数为10dB。 如果输入信噪比为30dB，比上面的情况小10dB，那么输出信噪比应该相 应为20dB，噪声系数为10dB。
如果差损为IL（dB）的无源二端口网络只包含电阻热 噪声，那么有
NF = IL
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5.3.4 级联网络的噪声系数
RS (T = To )
G1 N a1 (Te1 ) F1
N o1
G2 N a 2 (Te 2 ) F2
No2
F2 − 1 噪声系数： F = F1 + G1
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标准噪声温度T0
– 由于微波设备都在一定环境温度下工作，不可避免地 存在噪声。为了度量噪声大小，规定标准噪声温度为 T0=290K。
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超噪比ENR（Excess Noise Ratio）
– 定义为噪声源超过标准噪声温度T0热噪声的倍数
SNRin和SNRout分别为输入和输出端口的信噪比（Signal-Noise-Ratio）； Si和Ni分别为输入信号和噪声功率； So和No分别为输出信号的噪声功率。
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噪声系数的特点
噪声系数是大于零的数 噪声系数只适合用于的网络 这个网络至少有一个输入端口和一个输出端口。本章 讨论的噪声系数都是基于二端口网络的 噪声系数只适用于线性电路，包括准线性电路，即接收机检 波器以前的电路部分。
图5-3 负载噪声功率计算示意图
b)
当负载电阻RL等于信号源内阻R时，负载电阻可以获得噪声最大功率， 输出噪声电压v0等于输入噪声电压的一半vn/2，相应的最大输出功率谱密 度P0为：
2 2 v0 vn P0 = = = kT R 4R
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输出功率谱密度与电阻无关。kT表示功率密度， 其单位是W/Hz。输出功率可表示为：
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4
• 微波射频集成电路、器件和系统中的噪声包括 – 自外部的非本征噪声 – 自身产生的本征噪声。
– 对电路系统性能造成很大的影响，噪声性能直 接决定系统的最小可检测信号功率 – 为了得到电路和系统的最佳性能，需要降低外 部噪声和使内部本征噪声最佳化。
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等效噪声温度： Te = Te1 +
• 噪声因子（没有单位） Noise Factor, 简称F • 噪声系数（dB）
NF = 10 lg F
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5.3.1 噪声系数的定义
• 定义 – 网络的输入信噪比与输出信噪比的比值
SNRin Si / N i F= = SNRout So / N o
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1
第五章 噪声系数分析仪
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3
• 表征接收机系统处理弱信号能量的参数 – 灵敏度、误码率与噪声系数（Noise Figure）
– 噪声系数
• 表征整个系统的噪声性能 • 表征组成系统的诸如放大器、混频器等系统部件的 噪声性能。 • 通过控制系统组件的噪声系数与增益，设计者可以 直接控制整个系统的噪声系数，并且通过噪声系数 和系统带宽可以很容易地估计出系统的灵敏度。
Pout / dBm
图5-4 噪声功率随带宽变化曲线
Pout / dBm
图5-5 噪声功率随温度变化曲线 成都信息工程学院电子工程学院
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22
5.2.2 散弹噪声
散弹噪声又称Schottky噪声
– 由固态器件中穿越半导体结或者其他不连续界面的离 散的随机电荷载流子运动引起的。
– 散弹噪声通常发生在半导体器件中，总是伴随着稳态 电流，实际上稳态电流包含着一个很大的随机起伏， 这个起伏就是散弹噪声。
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闪烁噪声几乎在所有有源器件中均可以发现， 一些无源器件中也可以看到，如碳电阻器等。 闪烁噪声与频率有关，频率越低，闪烁噪声对信 号失真的影响越大。 通常闪烁噪声在DC至500kHz~10MHz的频率范围 内以－10dB每倍频程的速度衰减。
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带宽＝1Hz
带宽＝1Hz 闪烁噪 声电流
Kf
闪烁噪 声电流
电流
频率
闪烁噪声随频率变化曲线
闪烁噪声随电流变化曲线
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5.3 二端口网络的噪声系数
• 接收机系统输出信噪比取决于 – 输入信噪比 – 噪声系数 • 输入信噪比 – 取决于发射功率、发射机天线增益、大气传输 系数、大气温度 • 噪声系数 – 接收机天线增益、接收机内部噪声
Pout = kTB
噪声功率与电路工作的中心频率无关，而与工 作带宽有关。
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随着带宽B的减小，噪声功率成比例减小，也就是说窄带电路的噪声 要比宽带电路小。 随着温度T的降低，噪声功率也成比例减小，即低温下的噪声要低于 较高温度下的电路或器件噪声。 若噪声带宽趋于无穷大，则噪声功率也将趋于无穷大，这种情况下是 不合理的。因此，噪声功率计算式只适用于在1000GHz频率以下。
– 是单端口网络所能传输到负载上的最大功率，只与噪声发生器特 性有关而与负载无关
资用噪声功率谱密度（PO=KT）
– 定义为单位带宽内的资用噪声功率
噪声温度
– 电阻的资用热噪声功率是温度的普适函数，故一个噪声源可以使 用噪声温度来表示，噪声温度是人们约定的噪声功率谱密度的单 位，用热力学单位K表示。
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7
控制噪声的方法
• 另一种抑制噪声的途径是使接收机组件中产生 的噪声最小化 – 接收机前置电路本身的噪声会进一步恶化系统 的信噪比，噪声一旦混入信号，接收机就不可 能在信号频段中将噪声从信号中区分出来。
– NF增加，会导致接收机的灵敏度下降。
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• 热噪声 • 散弹噪声
与频率相关的噪声
• 低频1/f 噪声 • 高频噪声
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5.2.1 热噪声
由导体材料中束缚电荷和电子的热运动引起 的，存在于所有的无源或有源器件中。
又称为Johnson噪声或Nyquist噪声。
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噪声电压的均值
• 噪声电压（或者电流）幅度的均值为0，即
1 vn = lim T →∞ T
∫
t1 +T
t1
vn (t ) dt = 0
vn 为噪声电压均值；
vn (t )为噪声电压的瞬时值；t 为任意时刻； 1
T为任意一个时间周期（理想情况下为无穷大）。
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噪声测量技术
• 噪声系数对于系统至关重要 • 本章主要内容 – 介绍微波射频集成电路中噪声的种类和特征 – 噪声系数的定义 – 噪声系数的测量技术 ★
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5.1 噪声的特性
自然界存在的随机过程导致了噪声的产生。 随机过程的主要类型有： 半导体器件中原子、电子和分子在绝对温度0 K 以上的热运动。 导线或器件中电荷（电子/空穴）的偏移运动。 电荷（电子/空穴）在物体表面的发射运动。 大气或其他气体中波的传播。
或者
2 n
v
2 n , rms
=v
2 n
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噪声电压的均方根值和噪声功率成正比。 噪声通常随机分布在零电压两侧，均值趋近于零。
图5-1、均方根值分别为0.5和1的随机噪声电压示意图
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5.2 噪声的种类
电路中的噪声主要包括两类 与频率无关的噪声
即
N a + kT0 BG F= kT0 BG
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噪声系数也可以表述为在标准温度T=290K情况 下，网络总输出噪声功率和由源噪声引起的网 络输出噪声功率之比。 噪声系数与输入信号大小无关。
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5.3.2 噪声源噪声的表征参数
T − T0 ENR = T0
T − T0 ENR(dB ) = 10 lg T0
ENR的物理意义为单端口网络中存在的噪声超过不可避 免的热噪声的倍数。 一般固态噪声源和气体放电管的等效输出噪声温度通常 为10000-20000K，即15.2-18.3dB。
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噪声系数与调制解调无关、与调制方式无关，与调制器的性能也无关。
噪声系数与增益无关
因为放大器将同时放大噪声功率和信号功率
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放大器输入端的信号频谱和输出端的信号频谱
例如：进入放大器之前，信噪比为40dB，经过放大器之后，信号被放大了 20dB，噪声也被放大了20dB，但是输出信噪比只有30dB，说明了噪声系 数为10dB。 如果输入信噪比为30dB，比上面的情况小10dB，那么输出信噪比应该相 应为20dB，噪声系数为10dB。
如果差损为IL（dB）的无源二端口网络只包含电阻热 噪声，那么有
NF = IL
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5.3.4 级联网络的噪声系数
RS (T = To )
G1 N a1 (Te1 ) F1
N o1
G2 N a 2 (Te 2 ) F2
No2
F2 − 1 噪声系数： F = F1 + G1
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标准噪声温度T0
– 由于微波设备都在一定环境温度下工作，不可避免地 存在噪声。为了度量噪声大小，规定标准噪声温度为 T0=290K。
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超噪比ENR（Excess Noise Ratio）
– 定义为噪声源超过标准噪声温度T0热噪声的倍数
SNRin和SNRout分别为输入和输出端口的信噪比（Signal-Noise-Ratio）； Si和Ni分别为输入信号和噪声功率； So和No分别为输出信号的噪声功率。
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噪声系数的特点
噪声系数是大于零的数 噪声系数只适合用于的网络 这个网络至少有一个输入端口和一个输出端口。本章 讨论的噪声系数都是基于二端口网络的 噪声系数只适用于线性电路，包括准线性电路，即接收机检 波器以前的电路部分。
图5-3 负载噪声功率计算示意图
b)
当负载电阻RL等于信号源内阻R时，负载电阻可以获得噪声最大功率， 输出噪声电压v0等于输入噪声电压的一半vn/2，相应的最大输出功率谱密 度P0为：
2 2 v0 vn P0 = = = kT R 4R
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输出功率谱密度与电阻无关。kT表示功率密度， 其单位是W/Hz。输出功率可表示为：
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• 微波射频集成电路、器件和系统中的噪声包括 – 自外部的非本征噪声 – 自身产生的本征噪声。
– 对电路系统性能造成很大的影响，噪声性能直 接决定系统的最小可检测信号功率 – 为了得到电路和系统的最佳性能，需要降低外 部噪声和使内部本征噪声最佳化。
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• 噪声因子（没有单位） Noise Factor, 简称F • 噪声系数（dB）
NF = 10 lg F
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5.3.1 噪声系数的定义
• 定义 – 网络的输入信噪比与输出信噪比的比值
SNRin Si / N i F= = SNRout So / N o
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• 表征接收机系统处理弱信号能量的参数 – 灵敏度、误码率与噪声系数（Noise Figure）
– 噪声系数
• 表征整个系统的噪声性能 • 表征组成系统的诸如放大器、混频器等系统部件的 噪声性能。 • 通过控制系统组件的噪声系数与增益，设计者可以 直接控制整个系统的噪声系数，并且通过噪声系数 和系统带宽可以很容易地估计出系统的灵敏度。
Pout / dBm
图5-4 噪声功率随带宽变化曲线
Pout / dBm
图5-5 噪声功率随温度变化曲线 成都信息工程学院电子工程学院
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5.2.2 散弹噪声
散弹噪声又称Schottky噪声
– 由固态器件中穿越半导体结或者其他不连续界面的离 散的随机电荷载流子运动引起的。
– 散弹噪声通常发生在半导体器件中，总是伴随着稳态 电流，实际上稳态电流包含着一个很大的随机起伏， 这个起伏就是散弹噪声。
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闪烁噪声几乎在所有有源器件中均可以发现， 一些无源器件中也可以看到，如碳电阻器等。 闪烁噪声与频率有关，频率越低，闪烁噪声对信 号失真的影响越大。 通常闪烁噪声在DC至500kHz~10MHz的频率范围 内以－10dB每倍频程的速度衰减。
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带宽＝1Hz
带宽＝1Hz 闪烁噪 声电流
Kf
闪烁噪 声电流
电流
频率
闪烁噪声随频率变化曲线
闪烁噪声随电流变化曲线
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5.3 二端口网络的噪声系数
• 接收机系统输出信噪比取决于 – 输入信噪比 – 噪声系数 • 输入信噪比 – 取决于发射功率、发射机天线增益、大气传输 系数、大气温度 • 噪声系数 – 接收机天线增益、接收机内部噪声
Pout = kTB
噪声功率与电路工作的中心频率无关，而与工 作带宽有关。
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随着带宽B的减小，噪声功率成比例减小，也就是说窄带电路的噪声 要比宽带电路小。 随着温度T的降低，噪声功率也成比例减小，即低温下的噪声要低于 较高温度下的电路或器件噪声。 若噪声带宽趋于无穷大，则噪声功率也将趋于无穷大，这种情况下是 不合理的。因此，噪声功率计算式只适用于在1000GHz频率以下。