噪声系数的理解
之所以会出现这三种迥然相异的观点,关键是不少网友没有分清究竟什么是“信号”,什么是“噪声”。其实,接收通道内的能量可以人为地分成四种成分(原创): 1.基底噪声:也就是电阻的热噪声,在匹配的情况下等于KTB;
2.内部噪声:诸如放大器等有源器件内部带来的噪声,这是信噪比恶化的原因; 3.有用信号:即外来的带有有用信息的能量,也就是人们通常所说的“信号”; 4.外来噪声:外来的不含有用信息的能量,也就是人们通常所说的“噪声”。在频谱仪上表现为一个鼓起的噪声包。
图4显示了能量通过后续放大器后的变动情况。这级放大器同样引入了内部噪声和基底噪声。如果前一级带通滤波器带来的衰减相对来说还是比较小,而低噪放的增益相对来说还是比较大的话,那么这时的噪声包就比较大,新引入的内部噪声和基底噪声相对噪声包来说就比较小。
图5显示了接收机最终输出的有用信号和噪声包情况,这个和后续放大器的输出是一回事情。但是噪声包里的东西要么是红色的基底噪声,要么是蓝色的内部噪声,并不含有绿色的外来噪声成分。因为对接收机整体而言,噪声包就是来自基底噪声和内部噪声的不断放大和累加,并不存在所谓的“外来噪声”。“外来噪声”只是就接收机内部的单个器件而言的,当化零为整地把接收机看作一个整体时,我们对噪声和信号的概念就要再来一个转变。
图2显示了能量通过低噪放后的变动情况。放大器的增益对所有能量产生了作用,基底噪声和有用信号都被放大了相同的倍数,但是放大器还带来了自己内部产生的噪声(蓝色的内部噪声),所以说噪声的增量大于有用信号的增量,信噪比进一步恶化。
图3显示了能量通过后续带通滤波器后的变动情况。请注意,低噪放输出的噪声包原来是红色加蓝色,现在到了带通滤波器输入端,全部变成了绿色。这是因为低噪放输出的基底噪声和内部噪声,对后级滤波器来说全是外来噪声~这些能量对我们人类来说是“噪声”,但对带通滤波器来说全是“信号”。于是绿色的外来噪声便和黑色的有用信号一起被衰减了。所以说,认为噪声通过无源器件会衰减(观点2)的朋友是混淆了外来噪声和基底噪声的概念,对滤波器来说真正的噪声是基底噪声,它是不会被衰减的~
所以说,当把接收机作为一个整体考察时,我们人类和电子设备对信号和噪声的看法就达成了一致:黑色的就是信号,蓝色和红色的就是噪声,信噪比就是有用信号和噪声包的相对比例。而从前面的图解能够准确的看出,这个相对比例在能量经过了预选器和低噪放之后就已经大致确定了,预选器的插损、低噪放的内部噪声和增益就是决定这个相对比例的三个要素。在图4中能够准确的看出,如果噪声包足够大的话,那么后续放大器带来的内部噪声和基底噪声都是比较小的,它们对整机信噪比的影响也很小;如果后面还有放大器的话,那输出的噪声包被放得更大,而内部噪声和基底噪声还是这么点,相对而言更加微不足道。这就是怎么回事说,噪声系数主要根据低噪放和之前的无源器件,越往后的器件,影响越小。
这四种能量中,“外来噪声”是一个最容易混淆的概念,因为它纯粹是一个人为区分的能量。我们人类所说的“信号”指的是有用信号,“噪声”指的是外来噪声基底噪声内部噪声,而电子器件能分辨的“信号”指的是有用信号外来噪声,“噪声”指的是基底噪声内部噪声。人类和器件对信号、噪声两种能量的理解不同,是造成网友们讨论出三种不同观点的原因。如果我们用电子器件的视角来看待信号和噪声,那么事情的真相就浮出了水面。
2.接收机里的能量可大致分为四种成分,哪些属于“信号”,哪些属于“噪声”,在不同情况下
图1显示了能量通过预选器后的变动情况。输入端红色的基底噪声来自信号源的内阻,输出端的基底噪声来自预选器的输出电阻,匹配时都等于额定电阻热噪声,即KTB。所以说,噪声通过无源有耗器件后是不会衰减的,衰减的只是信号,于是信噪比恶化了。无源器件是通过衰减信号而不是增加噪声来恶化信噪比的,这点和放大器是不同的,所以上面所述的观点3不攻自破了。
我发现关于噪声通过无源有耗器件后的情况,一共有三种观点,而这三种观点又截然不同,线。噪声不会衰减,都是KTB,即基底噪声,或者说电阻的热噪声。只有这样,无源器件的噪声系数才会等于它的插损;
2。噪声会衰减。既然信号会衰减,噪声当然也会衰减,而且在频谱仪上可以明显看到噪声衰减了;
为了更清楚地展现信号和噪声是如何在一个接收机内部变化的,下面用几张图片来展现能量通过预选器、低噪放、滤波器、后续放大器后的变动情况。其中不一样的颜色表示的能量成分如下: