射频易商城-微波电路中的噪声及动态范围和噪声源

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"诸如电子管或固态器件中的电子或空穴流,穿过电离层或其他电离气体的传播,或任意元
件在热力学零度以上的温度下的热振动等这类随机过程,会产生噪声功率。噪声可源千外部源再传递到微波系统,或由系统本身产生。不管那种情况,系统的噪声电平为在噪声存在下可检""测的信号强度设定下限。这样,通常要求使雷达或通信接收机的残留噪声电平最小,以达到其性能。某些情况下,在诸如辐射计和射电天文望远镜的系统中,希望得到的信号实际上是由天线接收到的噪声功率,并且需要把接收到的噪声功率与接收系统本身产生的不想要噪声两者加以区分开。"

"10. 1.1     动态范围和噪声源
在上面的几章中,我们含蓄地假定了所有元件是线性的(即输出正比千输入),而且是确定性的(即从输入可预估输出)。实际上,在输入/输出电平不受限制的范围内,没有一个元件可以做到这样。然而,实际上存在信号电平的一个范围,在此范围内上述这些假定是有效的,这称之为元件的动态范围。
例如,考虑一个现实的微波晶体管放大器,它有增益 10 dB,如图10.1 所示。假如它是一个理想的放大器,输出功率随输入功率的变化关系如下:
Pout=  lOPin
对 凡 的任何值,该关系式保持正确。这样,若p in = 0 ,则会有 Pu。t   =   0  ;而若     有 P in =  l ff'   W,则会有 P OO1  =   10  7   W。显然,这两种条件均不正确。由于噪声产生于放大器本身 ,因而当输入功率为零时,放大器就要送出某一非零的噪声功率。在极高的输入功率下,放大器会被烧毁。因此,输入与输出功率之间的实际关系,将是如图10.1 所示的曲线。在极低输入功率电平下 ,输出主要来自于放大器噪声。该电平常称为该元件或系统  的噪声本底( noise floor) ;其典型值在-60 dBm到- 100 dBm(在系统的带宽上)之间;将元件冷却会达到更低的值。在噪声 本底之上,放大器存在非常接近千p  out   =   lOPin的一段  输入功率范围。这是该元件的可用动态范围。在动态范围的上端,输出开始饱和,换言之,当输入功率再增加时,输出功率不再线性增长。饱和开始的定量蜇度是由 1 dB 压缩点给定的,它被定义为输出低于理想放大器输出的 1 dB 时的输入功率(也可
用对应的输出功率来确定这一点)。若输入功率过大,则放大器将被烧坏。"

"噪声通常是由器件和材料中的电荷或载流子的随机运动所产生的。引起不同噪声来源的几种机制中的任何一种都可造成这样的随机运动:
· 热噪声( them叫  noise ) 是最基本的一种噪声 ,它是由束缚电荷的热振动造成的。也称之为
Johnson 或 Nyquist 噪亩。
· 散粒噪声 (sh ot  noise ) 是由电子管或固态器件中载流子的随机涨落所引起的。
· 闪烁噪声( flicker  noise ) 发生在固态元件和真空  电子管中,闪烁噪声功率与频率  J 成反比,所以常称为 1/f 噪声。
· 等离子体噪声( plasma  noise )是由在电离气体(诸如等离子体、电离层或火 花放电)中的电荷的随机运动造成的。
· 量子噪声( quantum  noise ) 是由载流子和光子的扯子化性  质所造成的,相对于其他的噪声源,它常是无关紧要的。
为了测量目的,有时需要有一个经过校正的噪声源。在温度可控的加热炉中或在低温杜瓦
瓶中保持恒定温度的电阻,可组成这样的无源噪声源。用放电管或雪崩二极管可做成有源噪声源;这样的噪声源与无源噪声源相比,一般可给出大得多的噪声功率。"

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