Введение

Уровень мощности шума, вносимого компонентом или источником

В электронике температура шума – один из способов выражения уровня мощности шума, вносимого компонентом или источником. Спектральная плотность мощности шума выражается через температуру (в кельвинах), которая создала бы такой же уровень шума Джонсона–Найквиста, то есть:

где:

– мощность шума (в Вт)
– общая полоса пропускания (в Гц), в пределах которой измеряется мощность шума
– постоянная Больцмана (1,381 Дж/К, джоулей на кельвин)
– температура шума (в К, кельвинах)

Таким образом, температура шума пропорциональна спектральной плотности мощности шума. Это мощность, которая была бы поглощена от компонента или источника согласованной нагрузкой. Температура шума обычно является функцией частоты, в отличие от температуры идеального резистора, которая просто равна его фактической температуре на всех частотах.

Напряжение и ток шума

Шумный компонент может быть смоделирован как безшумный компонент, включенный последовательно с шумным источником напряжения, создающим напряжение vn, или как безшумный компонент, включенный параллельно с шумным источником тока, создающим ток in. Это эквивалентное напряжение или ток соответствует указанной выше спектральной плотности мощности и будет иметь среднеквадратичную амплитуду в полосе пропускания B:

где R — резистивная часть импеданса компонента или G — проводимость (действительная часть) входной проводимости компонента. Поэтому использование температуры шума позволяет корректно сравнивать компоненты с различными импедансами, вместо того чтобы указывать напряжение шума и дополнять это число информацией о сопротивлении компонента. Это также более наглядно, чем использование спектральной плотности мощности шума (в ваттах на герц), поскольку температура шума выражается в обычных единицах температуры и может быть сопоставлена с уровнем шума идеального резистора при комнатной температуре (290 К). Важно отметить, что говорить о температуре шума можно только для компонента или источника, импеданс которого имеет значительную (и измеримую) резистивную составляющую. Таким образом, не имеет смысла говорить о температуре шума конденсатора или источника напряжения. Температура шума усилителя характеризует шум, который был бы добавлен на входе усилителя (относительно входного импеданса усилителя) для учета добавленного шума, наблюдаемого после усиления.

Температура шума системы

Система радиочастотного приемника обычно состоит из антенны и приемника, а также линии(й) передачи, соединяющих их. Каждый из этих элементов является источником аддитивного шума. Аддитивный шум в приемной системе может быть тепловой природы (термический шум) или возникать в результате других внешних или внутренних процессов генерации шума. Вклад всех источников шума обычно суммируется и рассматривается как уровень теплового шума. Плотность спектра мощности шума, генерируемого любым источником, может быть описана путем присвоения шуму температуры, как определено выше:

В радиочастотном приемнике общая температура шума системы равна сумме эффективной температуры шума приемника и линий передачи и температуры шума антенны. Температура шума антенны характеризует мощность шума, наблюдаемую на выходе антенны. Результирующая температура шума, обусловленная потерями в приемнике и линии передачи, представляет собой вклад в шум остальной части приемной системы. Она рассчитывается как эффективный шум, который присутствовал бы на входных клеммах антенны, если бы приемная система была идеальной и не создавала собственного шума. Иными словами, это каскадная система усилителей и потерь, в которой внутренние температуры шума приведены к входным клеммам антенны. Таким образом, суммирование этих двух температур шума представляет собой шум на входе "идеальной" приемной системы.