请教级联时各级输入端的噪声中,K*T0*B还存在吗?

yellowtoot · 发表于 2009-8-2 08:34:04

一个无源衰减器,输入端噪声为KT0B,输出端噪声也为KT0B,两者好像都是T0温度下的热噪声功率.

而对于一级放大器时,输入端噪声为KT0B, 输出端噪声为KT0B*G1*NF1

请问此时的输出端噪声,是否已经考虑了输出端本身KT0B这一热噪声呢?

更为特殊的情况, 一个放大器与一个无源衰减器级联,

放大器输入端噪声为KT0B, 输出端噪声为KT0B*G1*F1, 然后送入无源衰减器(衰减为L2),

则此时的衰减器输出噪声应该是什么呢?

KT0B*G1*F1/L2 + KT0B 吗? 其中后一个KT0B为衰减器输出端本身的热噪声功率.

显然,这并不符合噪声级联公式, 如按级联公式,应有:

KT0B*G1*F1/L2 + KT0B *(L2-1)/L2

但我们应该如何理解上式,如何考虑无源器件输出端本身的热噪声功率呢?

请指教,谢谢!

[em05]

enc_operator · 发表于 2009-8-2 13:47:25

输入信号，经第一级放大，输出噪声功率应该为：
N1=(G1)k(T0)B+(G1)k(T1)B (后面的是器件本身的噪声，等效噪声温度）

当放大器与一个无源衰减器相连时，进入衰减器的噪声功率为：
N1=(G1)k(T0)B+(G1)k(T1)B

衰减器输出的噪声功率为：
No=L*N1+L*k(T2)B=L*(G1)kB(T0+T1+T2/G1)

再把后面归为一个等效噪声温度。No=L*(G1)kB(T0+Te)
那么Te=T1+T2/G1
Te=(F-1)T0

带进去就是级联噪声系数的公式了。你没把第一级的等效噪声功率算进去。而且等效噪声温度和等效噪声系数是有换算关系的。[br]+3 RD币

enc_operator · 发表于 2009-8-2 13:48:12

噪声温度只是一个等效的概念，不同级的等效噪声温度不应该都是T0

enc_operator · 发表于 2009-8-2 14:30:18

关于你上一个加LNA改善系统接受灵敏度的问题。其实只用信噪比的概念是可以解释的。假设第一级是一个衰减器，那么信号功率衰减，而本身的噪声是由内阻决定的，都是kTB,所以SNR恶化L倍。

但加上一个LNA之后，输出功率和输出噪声功率都被抬升，而第二级的等效输入噪声功率和被第一级抬升的噪声功率相比，要小的多，那么它对于信噪比的恶化，比不接LNA要更加厉害。这就是为什么加了LNA噪声系数减小的原因。

另外，噪声系数是输入信噪比比上输出信噪比，没错。但是对于第二级衰减器来说，不可以那放大过的输出信号来作为计算，话句话说这个时候的等效噪声温度不对。我理解公式中输入信噪比中的噪声就是kT0B[br]+3 RD币

boming · 发表于 2009-8-2 17:16:53

以下是引用enc_operator在2009-8-2 13:47:25的发言：
输入信号，经第一级放大，输出噪声功率应该为：
N1=(G1)k(T0)B+(G1)k(T1)B (后面的是器件本身的噪声，等效噪声温度）

当放大器与一个无源衰减器相连时，进入衰减器的噪声功率为：
N1=(G1)k(T0)B+(G1)k(T1)B

衰减器输出的噪声功率为：
No=L*N1+L*k(T2)B=L*(G1)kB(T0+T1+T2/G1)

再把后面归为一个等效噪声温度。No=L*(G1)kB(T0+Te)
那么Te=T1+T2/G1
Te=(F-1)T0

带进去就是级联噪声系数的公式了。你没把第一级的等效噪声功率算进去。而且等效噪声温度和等效噪声系数是有换算关系的。

我觉得上面的推导都是正确的，但是关键是Te=(F-1)T0怎么去理解
用等效噪声温度去理解，只不过是为了和空间高斯白噪声KT0B的表达式取得一个统一的分析方法
直接用噪声系数去分析也是对的，没有本质差别，只是分析方法不同而已[br]+1 RD币

yellowtoot · 发表于 2009-8-2 20:15:11

以下是引用enc_operator在2009-8-2 13:47:25的发言：
输入信号，经第一级放大，输出噪声功率应该为：
N1=(G1)k(T0)B+(G1)k(T1)B (后面的是器件本身的噪声，等效噪声温度）

当放大器与一个无源衰减器相连时，进入衰减器的噪声功率为：
N1=(G1)k(T0)B+(G1)k(T1)B

这个偶也同意呀,此时考虑了放大器输入端所处的环境温度T0,对吗?

但好像并未考虑衰减器输入端所处的环境温度,不是吗?

因为第一个T0是放大器输入端的,第二个T1则是放大器的等效噪声温度,都与衰减器输入端的温度无关.

然而,偶就是想知道这个温度,是考虑了还是没考虑 :(

以下是引用enc_operator在2009-8-2 13:47:25的发言：

衰减器输出的噪声功率为：
No=L*N1+L*k(T2)B=L*(G1)kB(T0+T1+T2/G1)

再把后面归为一个等效噪声温度。No=L*(G1)kB(T0+Te)

衰减器输出端所处的温度好像也没有考虑哟 :(

偶想知道的是, 为什么在只有一级无源衰减器时, 需考虑输入和输出端所处的温度 (输入,输出噪声功率都是KT0B)

而在衰减器前加一级放大时,就不考虑衰减器输出端所处的温度了呢?

以下是引用enc_operator在2009-8-2 13:47:25的发言：
那么Te=T1+T2/G1
Te=(F-1)T0

带进去就是级联噪声系数的公式了。你没把第一级的等效噪声功率算进去[/COLOR]。而且等效噪声温度和等效噪声系数是有换算关系的。

偶写的NF1其实就包括了这个第一级的等效噪声温度呀 :)

T1=(NF1-1)/T0 啊[br]+3 RD币

yellowtoot · 发表于 2009-8-2 20:36:12

以下是引用enc_operator在2009-8-2 13:48:12的发言：
噪声温度只是一个等效的概念，不同级的等效噪声温度不应该都是T0

偶想知道物理概念 :(

什么时候要考虑环境温度呢?

即什么时候分子的热运动才需要考虑呢?

一个衰减器的衰减倍数为1/L, 输入端噪声功率为KT0B,输出端也为KT0B,因为输入输出端的分子都在运动,而且温度都为T0,所以其噪声系数为L.

此时如果在其前插入一级放大器, 则输入噪声功率不再是KT0B,而是前面说的KT0B*G1*NF1, 或KB*G1*(T0+T1), 其中T1=(NF1-1)T0

但其输出端噪声功率是什么呢? 还是KT0B吗?

明显不是了, 而是KT0B*G1*NF1/L + (L-1)*KT0B/L 了,

即除由输入引起的左边一项外,还剩右边一项由衰减器额外引入的了: KT0B*(1-1/L)

那偶的问题就是,此时误差器输入端和输出端的分子就不运动了吗? 如果运动,那之前的KT0B哪去了呢??

体现在公式的哪里了呢??[em13][br]+3 RD币

yellowtoot · 发表于 2009-8-2 20:43:55

以下是引用enc_operator在2009-8-2 14:30:18的发言：
关于你上一个加LNA改善系统接受灵敏度的问题。其实只用信噪比的概念是可以解释的。假设第一级是一个衰减器，那么信号功率衰减，而本身的噪声是由内阻决定的，都是kTB,所以SNR恶化L倍。

但加上一个LNA之后，输出功率和输出噪声功率都被抬升，而第二级的等效输入噪声功率和被第一级抬升的噪声功率相比，要小的多，那么它对于信噪比的恶化，比不接LNA要更加厉害。这就是为什么加了LNA噪声系数减小的原因。

这点偶也想明白了,没错,就是这样的 :)

以下是引用enc_operator在2009-8-2 14:30:18的发言：
我理解公式中输入信噪比中的噪声就是kT0B

这是第二点我们有分歧的地方,

观点1: NF是输入输出信噪比的比,NF=(Si/Ni)/(So/No), 所以是任意温度下的,即可以不是T0=290K的;

观点2: NF=(Na+KT0B)/KT0B, 即NF其实是定义到T0=290K的,是个用290K的统一标准,以避免不同温度会造成NF不同.

你好像觉得第二个对吧[em05]

enc_operator · 发表于 2009-8-2 22:59:55

输出端温度的噪声系数需要考虑吗？好像噪声系数F的推导公式本身就是考虑了输出端的热噪声的，如果我没记错的话。

刚才我看到一句话“在测量系统噪声系数时，规定信号源的噪声温度T=T0=290K。”

之前不理解这句话，现在总算有点感觉了。呵呵[br]+1 RD币

cooleyn · 发表于 2009-8-2 23:32:38

没必要搞那么复杂。弄清楚无源器件的NF就会搞明白。对无源器件，NF=Loss, 是这样定义
NF=(Sin/KT0B)/(Sout/KT0B)=Loss. 输出的噪声和输入噪声都是KT0B，这个是最低的噪声底了，没法再低了。
对于放大器和无源器件级联放大器输出的噪声Nout=KT0B*G*NF1，这样的噪声到无源器件输入，可划分成两部分
高于KT0B的那部分(KT0B*G*NF1-KT0B)和噪声底部分KT0B，这两部分之和仍然是Nout。假设无源器件的衰减为Loss,
KT0B这部分是没法衰减的，(KT0B*G*NF1-KT0B)部分是衰减的，所以无源器件输出的噪声是(KT0B*G*NF1-KT0B)/Loss+KT0B, 这样和级联的噪声系数算出来是一样。 btw，楼主现在怎么老是和噪声干上了。[br]+3 RD币

lzheng1984 · 发表于 2009-8-3 00:38:04

楼上说的太牛了，呵呵！[em01]

yellowtoot · 发表于 2009-8-3 10:10:25

以下是引用enc_operator在2009-8-2 22:59:55的发言：
输出端温度的噪声系数需要考虑吗？好像噪声系数F的推导公式本身就是考虑了输出端的热噪声的，如果我没记错的话。

好像没考虑的。

一个是考虑了输入端引起的Ni，另一个是考虑了放大器自身引入的Na，就是没有输出端自己的：）

NF=(Ni+Na)/Ni

以下是引用enc_operator在2009-8-2 22:59:55的发言：
刚才我看到一句话“在测量系统噪声系数时，规定信号源的噪声温度T=T0=290K。”

之前不理解这句话，现在总算有点感觉了。呵呵

偶觉得就是为了统一标准。

如果大家测NF时都是测“输入信噪比/输出信噪比”的话，那随周围环境温度的变化，测试值会有很大变化的。

例如，低温时：NF＝（NiL+Na）/NiL，由于NiL比高温时小些，因此Na 占的比重会大些，NF就会大些;

相反，高温时，测出地NF就会小些。

所以，为统一标准，确定了参考标准为T0＝290K[br]+3 RD币

yellowtoot · 发表于 2009-8-3 10:25:20

以下是引用cooleyn在2009-8-2 23:32:38的发言：
对无源器件，NF=Loss, 是这样定义
NF=(Sin/KT0B)/(Sout/KT0B)=Loss. 输出的噪声和输入噪声都是KT0B，这个是最低的噪声底了，没法再低了。

偶也同意这个概念的啊：）

以下是引用cooleyn在2009-8-2 23:32:38的发言：
对于放大器和无源器件级联放大器输出的噪声Nout=KT0B*G*NF1，这样的噪声到无源器件输入，可划分成两部分
高于KT0B的那部分(KT0B*G*NF1-KT0B)和噪声底部分KT0B，这两部分之和仍然是Nout。

也就是说，放大器输出端原有的KT0B，其实是早已归结到放大器自身额外引入的噪声部分当中去了？

换句话说，（T0B*G*NF1-KT0B）才是由放大器自己引入的噪声？

这个思路好！

以下是引用cooleyn在2009-8-2 23:32:38的发言：
假设无源器件的衰减为Loss,
KT0B这部分是没法衰减的，(KT0B*G*NF1-KT0B)部分是衰减的，所以无源器件输出的噪声是(KT0B*G*NF1-KT0B)/Loss+KT0B, 这样和级联的噪声系数算出来是一样。 btw，楼主现在怎么老是和噪声干上了。

我和噪声有仇[em02]

其实是我们在测噪声时遇到了一点问题：（

如果到衰减器的输出端的，原有的KT0B也被考虑进去了吗？

(KT0B*G*NF1-KT0B)/Loss+KT0B

就是右边这个不能被衰减的KT0B吗？
[br]+3 RD币

cooleyn · 发表于 2009-8-3 11:03:44

你所说的原有的KT0B是什么意思？我个人理解是前级放大器带出来的，输出到衰减器输入口所带的那部分噪底，这部分的噪声不能被衰减器衰减，也就是衰减器不能输出比KT0B还小的噪声。
对于单独的衰减器或者天线口后的衰减器，KT0B是用来测试噪声的输入源。[br]+1 RD币

boming · 发表于 2009-8-3 12:04:38

以下是引用cooleyn在2009-8-2 23:32:38的发言：
没必要搞那么复杂。弄清楚无源器件的NF就会搞明白。对无源器件，NF=Loss, 是这样定义
NF=(Sin/KT0B)/(Sout/KT0B)=Loss. 输出的噪声和输入噪声都是KT0B，这个是最低的噪声底了，没法再低了。
对于放大器和无源器件级联放大器输出的噪声Nout=KT0B*G*NF1，这样的噪声到无源器件输入，可划分成两部分
高于KT0B的那部分(KT0B*G*NF1-KT0B)和噪声底部分KT0B，这两部分之和仍然是Nout。假设无源器件的衰减为Loss,
KT0B这部分是没法衰减的，(KT0B*G*NF1-KT0B)部分是衰减的，所以无源器件输出的噪声是(KT0B*G*NF1-KT0B)/Loss+KT0B, 这样和级联的噪声系数算出来是一样。 btw，楼主现在怎么老是和噪声干上了。

说的太有道理了，我之前分析的时候一直没有想过把放大器输出的噪声分成两部分，现在看过以后豁然开朗！[em01][em03]

yellowtoot · 发表于 2009-8-3 13:05:52

以下是引用cooleyn在2009-8-3 11:03:44的发言：
你所说的原有的KT0B是什么意思？我个人理解是前级放大器带出来的，输出到衰减器输入口所带的那部分噪底，这部分的噪声不能被衰减器衰减，也就是衰减器不能输出比KT0B还小的噪声。
对于单独的衰减器或者天线口后的衰减器，KT0B是用来测试噪声的输入源。

偶也不知如何表达了，因为本来偶概念就不是很清楚：（

偶想说的是，在未接放大器时，衰减器输入端口和输出端口的噪声功率都是KT0B，都是分子运动造成的热噪声，在此称为原有的KT0B[/COLOR] ：）

在接放大器后，偶想这个KT0B一定还是存在的，只是以某种形式存在于级联NF公式当中了，但偶没找到。

在看完兄台的文章后，想，这个原有的KT0B[/COLOR]估计是被考虑在放大器的NF1里了：

衰减器输入端噪声功率＝放大器输入噪声KT0B*放大器增益G1*放大器噪声NF1

                           ＝KT0B*G1*（NF1-1/G1+1/G1）

                  ＝KT0B*G1*（NF1-1/G1）+KT0B[/COLOR]

上式中蓝色部分的KT0B[/COLOR]为偶所说的原有的 :)

如果按你的说法，可以看出，偶所说的原有的KT0B其实已包括在NF1中[em01]

TBN200 · 发表于 2009-8-3 16:22:48

[upload=jpg]UploadFile/2009-8/0983@52RD_未命名.JPG[/upload]

yellowtoot · 发表于 2009-8-3 17:00:05

以下是引用TBN200在2009-8-3 16:22:48的发言：
[upload=jpg]UploadFile/2009-8/0983@52RD_未命名.JPG[/upload]
KT0B是一直存在的

你这里所说的一直存在，是存在于输入端，然后被不断放大吧

即第一级前为KT0B

第二级前为KT0B*G1，其实是第一级输入被放大一次

第二级后为KT0B*G1*G2，其实是第一级输入被放大两次

而偶所关心的是上述三点各自的KT0B ：）

cooleyn · 发表于 2009-8-4 14:14:35

to yellowtoot：
器件输出是包含KT0B的，也就是计算单个器件的NF时是包括这个KT0B的，也就是N_out=g*N_in+KT0B*g*(F-1)，g是增益，F是NF，所以对衰减器g=1/loss, F=loss, Nout=(1/loss)*KT0B+KT0B*(1/loss)*(loss-1)=KT0B，仍然为热噪声底。一般把噪声中除去热噪声底的那部分噪声叫做excess noise。

yellowtoot · 发表于 2009-8-4 14:55:13

以下是引用cooleyn在2009-8-4 14:14:35的发言：
to yellowtoot：
器件输出是包含KT0B的，也就是计算单个器件的NF时是包括这个KT0B的，也就是N_out=g*N_in+KT0B*g*(F-1)，g是增益，F是NF，所以对衰减器g=1/loss, F=loss, Nout=(1/loss)*KT0B+KT0B*(1/loss)*(loss-1)=KT0B，仍然为热噪声底。一般把噪声中除去热噪声底的那部分噪声叫做excess noise。

非常感谢！

偶也觉得应该是在NF中考虑了输出端KT0B的。

但上述的这个是衰减器的推导，

如果是放大器的呢，如何推导，才能使NF能体现出放大器输出端的KT0B呢？

另外，上述是要说extra noise（额外引入的噪声）吗？对衰减器来说，其额外引入的噪声是多少呢？怎么理解其物理含义呢？

即 KT0B*g*(F-1) 的物理概念是什么啊？

可否这么理解：

衰减器输出端本来就有KT0B，但非要找出所谓额外噪声的话，只能减去输入的KT0B了，就只剩这么一个东东了：（

纯属推导，因此根本无物理含义。[em04]

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[讨论] 请教级联时各级输入端的噪声中,KT0B还存在吗?

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