来源 | 雷达信号处理matlab

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雷达接收机噪声的来源主要分为两种，即内部噪声和外部噪声。内部噪声主要由接收机中的馈线、放电保护器、高频放大器和混频器等产生。接收机内部噪声在时间上是连续的，而振幅和相位是随机的，通常称为“起伏噪声”，简称为噪声。

外部噪声是指从雷达天线进入接收机的各种人为干扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰和天线热噪声等，其中以天线热噪声影响最大，天线热噪声也是一种起伏噪声。

• 电阻热噪声

电阻热噪声是由于导体中自由电子的无规则热运动形成的噪声。因为导体具有一定的温度，导体中每个自由电子的热运动方向和速度不规则地变化，因而在导体中形成了起伏噪声电流，在导体两端呈现起伏电压。

根据奈奎斯特定律，电阻产生的起伏噪声电压均方值为 

 式中：  为玻尔兹曼常数，  ；  为电阻的热力学温度，以绝对温度（  ）计量，对于 17 ℃ 的室温，  ，称为标准噪声温度；  为电阻的阻值；  为测试设备的通带，在这里就是接收机的带宽。

上式表明电阻热噪声的大小与电阻的阻值  ，温度  和测试设备的通带  成正比。电阻热噪声的功率谱密度  是表示噪声频谱分布的重要统计特性，其表示式为 

显然，电阻热噪声的功率谱密度是与频率无关的常数。通常把功率谱密度为常数的噪声称为“白噪声”，电阻热噪声在无线电频率范围内就是白噪声的一个典型例子。

• 额定噪声功率

根据电路基础理论，对于电动势为  而内阻抗为  的信号源，当其负载阻抗  与信号源内阻匹配，即其值为  （匹配）时，信号源输出的信号功率最大，此时输出的最大信号功率称为“额定”信号功率（有时也称为“资用”功率，或“有效”功率），用  表示，其值是 

又因为  ，故额定噪声功率  ，显然额定噪声功率只与电阻的热力学温度和测试设备的通带有关。

注：任何无源二端网络输出的额定噪声功率只与  （温度）和通带  有关。

• 天线噪声

天线噪声是外部噪声，它包括天线的热噪声和宇宙噪声，前者是由天线周围介质微粒的热运动产生的噪声，后者是由太阳及银河星系产生的噪声，这种起伏噪声被天线吸收后进入接收机，就呈现为天线的热起伏噪声。天线噪声的大小用天线噪声温度  表示，其电压均方值为  ，其中  为天线等效电阻。

• 噪声宽度

功率谱均匀的白噪声，通过具有频率选择性的接收线性系统后 ，输出的功率谱  就不再是均匀的了，如下图所示。

通常把这个不均匀的噪声功率谱等效为在一定频带内的均匀功率谱。这个频带称为“等效噪声功率谱宽度”，一般简称“噪声带宽”。因此，噪声带宽可由下式求得 

 即

 其中  为线性电路在谐振频率  处的功率传输函数，噪声带宽  与信号带宽  （即半功率带宽）一样，只由电路本身的参数决定。

由下表可见，当谐振电路的级数越多时，  就越接近于  。在雷达接收机中，通常可用信号带宽  直接代替噪声带宽  。

• 噪声系数和噪声温度

内部噪声对检测信号的影响，可以用接收机输入端的信号功率与噪声的功率之比（简称输入信噪比  ）通过接收机后的相对变化来衡量。

假如接收机中没有内部噪声，称为“理想接收机”，则其输出信噪比  与输人信噪比  相同。

实际接收机总是有内部噪声的，将使  ，如果内部噪声越大，输出信噪比减小得越多，则表明接收机性能越差。通常用噪声系数和噪声温度来衡量接收机的噪声性能。

噪声系数是指接收机输入端信噪比  和输出端信噪比  的比值。它的物理意义是指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。噪声系数可表示为 

 式中，  为输入噪声功率；  为接收机的额定功率增益，  （该增益适用于噪声增益在内的所有功率增益）。

假设接收机内部噪声的额定功率为  ，输出噪声功率为 

可得噪声系数 

说明：

① 噪声系数只适用于接收机的线性电路或准线性电路，即检波器以前部分。检波器是非线性电路，而混频器可看成是准线性电路，因其输入信号和噪声都比本振电压小很多，输入信号与噪声间的相互作用可以忽略。

② 为使噪声系数具有单值性，规定输入噪声以天线等效电阻  在室温  （开尔文）时产生的热噪声为标准，噪声系数只由接收机本身的参数确定。

③ 噪声系数是没有量纲的数值，通常用分贝（  ）表示，  。

④ 噪声系数是由接收机的附加热噪声而产生的信噪比损失，输出信噪比为  。

⑤ 噪声系数的概念与定义可推广到任何无源或有源的四端网络。

接收机外部噪声可用天线噪声温度  表示，通常取室温值  。额定功率  。

接收机内部噪声  等效到输入端，可看成天线电阻  在  时产生的热噪声，  ，  为“等效噪声温度”或“噪声温度”。由 

 可得

系统的总噪声温度  。

如下图所示的两级级联电路，噪声系数、增益和等效噪声温度分别为（  ）和（  ），输入噪声  。则输入噪声经过第一级电路后的输出噪声功率为  ，内部噪声的功率  ；经过第二级电路后的输出噪声功率为  ，内部噪声功率  。即二级级联电路输出的总的噪声功率为  。

总的噪声系数为 

又  ，故 

若有  级电路级联，则  级电路级联时的总噪声系数为 

  级电路级联时的总噪声系数为

－ The End －

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