使用等效噪声温度表征射频噪声分量

使用等效噪声温度表征射频噪声分量

噪声系数和等效噪声温度是射频工程中表征噪声性能的两种重要方法。虽然噪声系数更为常用，但等效噪声温度在处理极低噪声水平的系统中具有更高的分辨率，特别是在射电天文学和卫星通信等领域。本文将详细介绍等效噪声温度的概念及其在射频组件和系统中的应用。

单端口设备的噪声温度：天线或噪声源

考虑一个任意的白噪声源，其输出阻抗为R，连接到匹配的负载电阻器RL，如下图所示：

假设噪声源将噪声功率从No传递到RL=R（即，噪声源的最大可用噪声功率为No）。我们知道电阻器的可用噪声功率为kTB。将kTB与No相等，我们可以找到电阻器表现出可用噪声功率为No的温度。

这一观察结果为我们提供了图1（b）所示的噪声模型，其中使用温度为Te的单个电阻器R产生与原始噪声源相同的噪声量，其中Te是噪声源的等效噪声温度。请注意，噪声温度并不表示电阻器的物理温度，就像用温度计测量一样。噪声温度只是一个概念，它使我们能够模拟组件产生的实际噪声水平。

双端口器件的噪声温度：噪声放大器

噪声温度概念也可用于描述双端口网络的噪声性能。考虑一个增益为G、带宽为B的噪声放大器连接到匹配的源电阻器，如图2（a）所示：

通过计算放大器的输入参考噪声，我们可以找到等效温度Te，其中电阻器的可用噪声功率等于方程2中放大器的输入参考噪声：

由此，我们可以假设放大器是无噪声的，而是将Rs的初始温度提高Te，以解释放大器的噪声。如图2（b）所示。

级联系统的噪声温度

由N个双端口设备组成的级联系统如下图3所示：

级联系统的噪声温度可以通过以下公式计算：

天线噪声温度

天线的电气模型如下图所示：

天线噪声温度取决于多个因素，如天线的位置、仰角和感兴趣的频率。例如，在地对地无线电链路中，天线指向地平线，噪声温度约为290 K。而在卫星通信中，天线指向天空，等效噪声温度通常要低得多，通常约为50 K。

总结

噪声系数和噪声温度是噪声性能的可互换特征。噪声温度概念主要用于非地面应用，如射电天文学和处理非常小噪声水平的面向空间的无线电链路。此外，熟悉噪声温度概念可以让我们更清楚地了解噪声系数测量仪器的实际工作原理。