射频基础知识---一文讲透射频系统中的噪声
噪声的基本概念
噪声的核心定义就是"随机性"，它以不同形式分布在整个频谱中，只是不同频率下的幅度未必相同。按频率特点分类：
白噪声
白噪声对所有频率的影响是均等的，从0频率开始就以平坦的幅度分布。
"能量在所有频率上均匀分布"。借用光学的概念。白光包含了所有颜色的光（所有频率的光谱）。同样，白噪声包含了所有频率分量，且强度相等。
粉红噪声 (Pink Noise)
"频率越低，能量越大"。 在光学中，如果红光（低频）成分多于紫光（高频），光线会偏红/粉。
带限噪声 (Band-limited Noise)
"被滤波器切过的噪声"。 这不是一种"颜色"，而是描述噪声存在的范围。
噪声功率谱仅在特定的频率范围内（例如 f 1 f_1 f1 到 f 2 f_2 f2）非零，在此范围之外功率为零（或极小）。
射频系统中的噪声
简单来说，噪声（Noise） 是指在通信系统中，除了我们要传输的有用信号之外，所有叠加在信号上的、随机的 、无用的电信号或电磁干扰。
噪声会掩盖微弱的信号，导致接收端无法正确解调数据，从而限制了射频系统的灵敏度（Sensitivity） 。在射频设计中，我们通常用"信噪比（SNR）"来衡量信号质量。
在射频系统中，噪声主要可以分为两大类：内部噪声 （由系统组件自身产生）和外部噪声 （由天线接收到的环境噪声）。此外，还有一个对射频系统至关重要的特定噪声类型------相位噪声。
一、 内部噪声 (Internal Noise)
这些噪声是由电路中的电子元器件（电阻、晶体管、混频器等）在工作时根据物理定律自发产生的。
1. 热噪声 (Thermal Noise / Johnson-Nyquist Noise)
所有导体中电子的热运动。只要温度高于绝对零度（0 Kelvin），导体内的电子就会随机震动，产生微小的电压波动。
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它是白噪声（White Noise），意味着它在整个频谱上的功率谱密度是均匀的。
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公式： P = k T B P = kTB P=kTB
- P P P = 噪声功率
- k k k = 玻尔兹曼常数
- T T T = 绝对温度
- B B B = 系统带宽
它是所有射频系统的底噪（Noise Floor）基准。带宽越宽、温度越高，热噪声越大。
2. 散粒噪声 (Shot Noise)
电流通过势垒（如二极管的PN结、真空管）时，电子不是连续流动的，而是像"雨滴落在屋顶上"一样一颗颗离散地通过。这种电流的微观不连续性引起了电流的随机波动。 与直流电流的大小有关。电流越大，散粒噪声越大。主要出现在有源器件（放大器、混频器）中。
3. 闪烁噪声 (Flicker Noise / 1/f Noise)
主要由半导体材料表面的晶格缺陷或杂质引起，导致载流子被随机捕获和释放。 功率谱密度与频率成反比（ 1 / f 1/f 1/f）。也就是说，频率越低，噪声越大。
- 在低频（基带）非常显著。
- 在射频电路（如振荡器）中，通过上变频，1/f 噪声会调制到载波附近，成为相位噪声的主要来源之一。
4. 爆裂噪声 (Burst Noise / Popcorn Noise)
半导体制造工艺中的缺陷（如重金属离子沾污）。信号电平出现随机的台阶式跳变，听起来像爆米花的声音。现代工艺中已较少见。
二、 外部噪声 (External Noise)
这些噪声不是由电路产生的，而是通过接收天线进入系统的。
1. 人为噪声 (Man-made Noise)
人类活动产生的电磁干扰。例如：汽车点火系统、电动机、开关电源、电力线辐射、其他通信设备的干扰。 在城市环境中，尤其是低频段（HF/VHF），这是主要的噪声源。
2. 天电噪声 (Atmospheric Noise)
地球大气层内的自然现象，主要是雷电放电。 具有脉冲性质。在低频（< 30 MHz）占主导地位，频率越高影响越小。
3. 宇宙噪声 (Cosmic / Galactic Noise)
来自地球大气层以外的辐射。
- 太阳噪声： 太阳是一个巨大的宽带噪声源。
- 背景辐射： 银河系中心和其他星体发出的辐射。
当频率高于 30-50 MHz 时，随着天电噪声减弱，宇宙噪声开始显现。对于卫星通信和射电天文学，这是必须考虑的因素。
三、 射频系统特有的重要噪声：相位噪声 (Phase Noise)
这是一个在射频工程（特别是频综和本振设计）中极其关键的概念。
理想的正弦波振荡器应该只在一个频率点上有能量（像一根针）。但实际上，振荡器的频率和相位会有微小的随机抖动。在频谱上看，这表现为载波频率旁边像"裙摆"一样的噪声边带。振荡器内部的 1/f 噪声和热噪声调制了振荡信号。
- 倒易混频 (Reciprocal Mixing)： 如果接收机的本振（LO）相位噪声很大，旁边的一个强干扰信号会通过本振的噪声边带被混频进入中频，从而淹没弱小的有用信号。
- 数字解调错误： 在高阶调制（如 64QAM, OFDM）中，相位噪声会导致星座图旋转或模糊，增加误码率（EVM变差）。