[科普中国]-线路噪声

在通信线路中，地球站接收的信号极其微弱。而且，在接收信号的同时，还有各种噪声进入接收系统干扰信号接收，这些噪声叫做线路噪声。由于地球站使用了低噪声放大器，接收机的内部噪声影响已很小，所以，其它各种外部噪声就必须加以考虑了。

简介线路噪声的广义定义是：掩盖或扰乱有用信号的某种不期望的扰动。这些扰动可分为两种情况：扰动源位于电路外部，例如附近有电力输电线、电话线、带触点的电器（继电器、开关等）、以及电动机作动力的用具（电钻、机床和电风扇）等，通过电磁耦合来影响有用的信号，习惯上将这种扰动称为干扰。这些干扰一般可以采用电磁屏蔽、去耦合和滤波、元件合理布局及合理走线等方法，使干扰减小或者消除。若扰动源位于电路内部，由于构成电路的材料或器件的物理原因所产生的扰动就称之为噪声。例如，处于绝对零度以上的导体中出现的热噪声，通过势垒的载流子构成的散粒噪声等均属于这种噪声。

噪声是一个随机变量，它由振幅随机和相位随机的许多频率分量组成，因此其波形是非周期的非正弦量。这种随机过程是无法确切知道它在某一时刻的瞬时值，但是它遵守统计规律，可以用统计方法来处理噪声问题，我们可以测定其较长时间的均方根值。1

分类地球站接收系统的噪声来源可分为外部噪声和内部噪声两大类。

外部噪声主要有：

（1）宇宙噪声。宇宙噪声主要包括银河系辐射噪声、太阳射电辐射噪声和月球、行星及射电点源的射电辐射噪声。频率在1GHz以下时，银河系辐射噪声影响较大，故一般就将银河系噪声称为宇宙噪声。当接收天线指向银河系时收到的噪声等效温度和频率有一定的关系。

（2）大气噪声。大气除产生吸收现象外，还同时产生噪声。通常天线波束内的大气，将在天线输出上产生如随入射角而变化的大气噪声。这种影响，在入射角小时，将急剧增加。

（3）降雨噪声。降雨除会引起无线电波的损耗外，同时也会产生噪声。实践证明，在4GHz时，噪声温度的上升最大可达100K，国际卫星通信组织设计4GHz接收系统时，为了避免暴雨的影响，考虑给出6dB的余量。

（4）干扰噪声。这是来自其它地面通信系统的干扰电波所引起的噪声。按CCIR规定，任意1h内干扰噪声的平均值应在1000pW以下。

（5）地面噪声。在天线副瓣较大的情况下，会混进来一些直接由地面温度引起的噪声以及由地面反射的大气噪声，这些噪声叫作地面噪声。通过天线设计，可以把此噪声温度控制在3K一20K。

（6）上行线路和转发器的互调噪声。上行线路噪声主要由转发器接收系统产生，其大小取决于卫星天线增益和接收机噪声温度。转发器互调噪声主要是由于行波管放大器同时放大多个载波，因非线性特性而产生的。这些噪声将随信号一起，经下行线路而进入接收系统。

此外，还有天电噪声，太阳噪声，天线罩噪声等。

至于接收系统的内部噪声，主要来自馈线、放大器和变频器等部分。2

功率的计算如果接收系统输入端匹配，则各种外部噪声和天线损耗噪声综合在一起，进人接收系统的噪声功率应为：

Nα=kTB

式中 Nα——进入接收系统的噪声功率；

T——-天线的等效噪声温度；

k——波尔兹曼常数；

B——接收系统的等效噪声带宽。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所