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热噪声公式中的T0到底是多少度?

2024-04-01 射频学堂 阅读:
在前面的文章中,我们重新复习了一下热噪声相关的知识。这种由于电子的普朗运动产生的噪声,存在于所有的电子设备中,既不能被消除,也无法避开。所以热噪声也就构成了所有电子产品的底噪极限——-174dBm/H

在前面的文章中,我们重新复习了一下热噪声相关的知识。这种由于电子的普朗运动产生的噪声,存在于所有的电子设备中,既不能被消除,也无法避开。所以热噪声也就构成了所有电子产品的底噪极限——-174dBm/Hz

而热噪声的功率值就可以通过下面这个公式直接计算得出:

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这个公式比较好记,kTB,记住这三个字母就可以了,其中k是玻尔兹曼常数,只要记住这个值就可以了:k= 1.3806452 × 10-23J/K, BW就是噪声的带宽,单位是Hz,这个就是信号的载波带宽,也无可争议。唯一一个有一丢丢争议的倒是中间那个温度 T, 单位是开尔文K。L56ednc

什么是开尔文温度?

温度的单位比较多,有摄氏度℃,华氏度℉,兰氏度°R,列氏度°Ré,牛顿温标°N。看名字就知道这个温度单位是以某人的姓氏来命名的,但是对我来说,只认识摄氏度℃,换个单位就要查半天的资料。L56ednc

但是在国际单位制中,温度的单位是开尔文K,也称为开氏温度,没错这个就是为了纪念伟大的开尔文勋爵对热理论的贡献。L56ednc

开尔文勋爵的真实姓名叫威廉·汤姆森(William·Thomson),与他相关的物理研究有:焦尔-汤姆森效应,焦尔-汤姆森膨胀,热电“汤姆森效应”,开尔文电流天平,汤姆森测量电桥等等。L56ednc

而开尔文温度之所以能够成为国际温标,就是开尔文温度是以绝对零度作为计算起点的温度,即将水三相点的温度准确定义为273.16K后所得到的温度也称为绝对温度。L56ednc

开尔文温度和我们习惯用的摄氏温度相差一个常数273.15,即T=t+273.15(t是摄氏温度的符号)。例如用摄氏温度表示的水三相点温度为0.01°C,而用开尔文温度表示则为 273.16K。L56ednc

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所以,在物理学关于温度的计算中,一般用开尔文温度作为温度的计算标准。这也就有了热噪声公式中T的单位由来。

T0 到底是多少度?

但是我们在计算底噪时,会用到一个T0的温度,也就是我们所说的室温。关于这个室温T0,有的资料上写的是290K,有的是294K,有的又直接是300K?这三个温度转换为摄氏度分别为17℃,20℃,26℃,室温不是25℃吗?L56ednc

但是这三个温度对热噪声计算的影响是微乎其微的,看下表。即使是290K和300K,这10°的差异,对于噪声功率来说也仅仅是0.15dBm的差别,对于射频系统来说,who cares!L56ednc

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 所以呢,关于T0到底是多少度,我觉得纠结这个的意义不大。但是对于我们目前电子产品的工作温度来说,这个噪声功率的差别又有多大呢?

我们一起来算一下,如下表所示,-40℃和65℃的噪声功率差异也仅仅1.1dB 。

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所以呢,温度是噪声功率的一个因子,但是在我们的使用环境下,其影响又是微乎其微的。这也就是我们常常把-174dBm/Hz,作为热噪声的一个常量了。L56ednc

但是呢,对于信号带宽BW,这个影响就大了去了。

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按照上面的计算公式,我们整理不同带宽下的噪声功率如下表所示。L56ednc

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所以呢,在进行噪声功率的计算中,一定要注意噪声带宽。不同的带宽下,噪声功率的差异可是灰常得大啊 。L56ednc

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