什么是热噪声？
热噪声是由于导体中自由电子的热运动而产生的随机电压或电流波动，是一种固有噪声，存在于所有具有电阻的元件中，无论元件是否处于工作状态。热噪声最早是约翰逊(John B. Johnson)和奈奎斯特(Harry Nyquist)发现的，因此也叫约翰逊 - 奈奎斯特噪声。
热噪声是随机的，在很宽的频带上是均匀分布的，即在所有频率上都具有相同的噪声功率密度，因此被称为“白噪声”。热噪声的功率与绝对温度成正比，与电阻值成正比，与带宽成正比。热噪声的产生与温度密切相关，温度越高，电子的热运动越剧烈，热噪声也越强。
热噪声的功率谱密度可以用以下公式计算：
P是噪声功率，单位是Watt;k是玻尔兹曼常数，1.38*10(-23)J/K;T是绝对温度，单位是开尔文，K;B是带宽，单位是Hz。在室温T(T0=290K)情况下，其噪声功率可以表示为：
简化后可得：
转化为我们常用的dBm/Hz的格式就是：
所以室温T=290K的热噪声功率谱密度就是-173.92dBm/Hz，通常记作-174dBm/Hz。热噪声不能被消除，但是并不意味着热噪声不能被改善?在射频设计中，通常可以可以通过以下方法来降低其对系统性能的影响：
1，最简单的方法就是降低温度
热噪声的功率与绝对温度成正比，因此降低器件的工作温度可以有效减少热噪声。例如，将器件放置在低温环境中，或者使用制冷设备(如制冷片、液氮制冷等)来降低其温度。通常在高精度的测量仪器(如射电望远镜、量子传感器等)和低噪声放大器(LNA)中，通常会采用低温技术来降低热噪声，从而提高系统的信噪比。
2，还可以优化电路设计
在设计电路时，尽量选择低噪声的电阻、电容、电感等元件。例如，使用金属膜电阻代替碳膜电阻，因为金属膜电阻的热噪声更低。热噪声的功率与带宽成正比，因此通过减少电路的带宽可以降低热噪声的影响。例如，在滤波器设计中，使用窄带滤波器可以有效滤除带宽之外的噪声。差分信号可以有效抑制共模噪声，包括热噪声。通过使用差分放大器，可以提高系统的抗噪声能力。
3， 使用低噪声放大器(LNA)
低噪声放大器(LNA)是一种专门设计用于放大微弱信号的放大器，其噪声系数非常低。通过在信号链的前端使用LNA，可以有效放大信号，同时尽量减少噪声的引入。在无线通信、雷达系统和射电天文学等领域，LNA被广泛应用于信号接收前端，以提高系统的信噪比。
4，采用噪声抵消技术
通过在电路中引入一个与热噪声相位相反的信号，可以实现噪声抵消。这种方法通常需要精确的相位控制和信号处理技术。在一些高精度的测量系统中，例如量子计算中的量子比特读出电路，可能会采用噪声抵消技术来提高测量精度。
5,采用数字信号处理(DSP)技术
通过数字信号处理技术，如滤波、平均和自适应滤波等，可以在数字域中对信号进行处理，从而降低噪声的影响。在现代通信系统中，数字信号处理技术被广泛应用于信号的接收和处理，以提高系统的抗噪声能力和信号质量
总结
热噪声是由于导体中自由电子的热运动而产生的随机噪声，与温度、电阻值和带宽密切相关。虽然热噪声无法完全消除，但通过降低温度、优化电路设计、使用低噪声放大器、采用噪声抵消技术和数字信号处理等方法，可以有效降低其对系统性能的影响。
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