所有的射频及微波系统内的元器件在运行时会出现电气噪音及热噪声这一个自然现象。而根据噪声严重程度不同,在射频系统内会引入噪声源可能会降低信号完整性,导致误码率(BER),使接收机过载,减小动态范围,或者导致其他方面的系统性能下降。今天我们来了解射频噪声的类型。
根据噪声产生的机理,大致可以分为五大类:
1)热噪声(Thermal Noise)
热噪声是最基本的一种噪声,就像冬日里北方的霾一样,可以说是无处不在的。热噪声又称为Johanson或Nyquist噪声,是由电子的热运动产生的。在绝对零度以上,就会存在自由电子的热运动。因此,几乎所有的器件/设备,都会产生热噪声。
热噪声的功率谱密度不随频率变化,称为白噪声,又因服从Gauss概率密度分布,所以又称为高斯白噪声。
2)散粒噪声(Shot Noise)
散粒噪声是由电子管或半导体固态设备中载流子的随机波动产生的,比如PN结二极管,当级间存在电压差时,就会发生电子和空穴的移动,此过程中就会产生散粒噪声。其功率谱密度也不随频率变化,也是一种白噪声。
散粒噪声是半导体器件所特有的,无源器件(比如衰减器)是不产生散粒噪声的。
射频噪声源,10 MHz~2 GHz,14 Pin DIP封装,输出功率为 -5 dBm, +15 VDC
3)闪烁噪声(Flicker Noise)
闪烁噪声产生于真空管(阴极氧化涂层)或半导体(半导体晶体表面缺陷)固态设备。噪声功率主要集中在低频段,其功率谱密度与频率成反比,所以又称为1/f 噪声。
高于一定频率时,其噪声功率谱非常微弱,但是平坦的。因此,有时也称为pink noise。
4)等离子体噪声(Plasma Noise)
等离子体噪声是因电离化气体中电荷的随机运动产生,如电离层中或电火花接触时,就会产生等离子体噪声。
5)量子噪声(Quantum Noise)
因载流子或光子的量子化特性所产生。
对于电子器件而言,相对于前面三种噪声,后面两种噪声是可以忽略的。在射频及微波元器件中,无源器件产生的噪声基本是热噪声,比如线缆、转接头、衰减器、滤波器等;半导体器件,比如放大器、混频器等,除产生热噪声外,还会产生散粒噪声、闪烁噪声等