Главная - Литература

0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

Математический аппарат, используемый в книге, а также необходимый для ее понимания объем предварительных сведений по радиоэлектронике не выходят за пределы программ радиотехнических вузов. Однако при этом предполагается, что читатель достаточно хорошо знает основы теории и техники радиолокации, радиоуправления, радионавигации и телефонно-телеграфной радиосвязи.

Книга рассчитана на широкий круг радиоинженеров, аспирантов и научных работников, связанных с разработкой и эксплуатацией радиотехнических устройств и систем. Она может служить также учебным пособием для студентов по различным учебным дисциплинам на радиотехнических факультетах вузов.

Авторы благодарны рецензентам профессорам, докторам технических наук Васильеву Б. В. и Царькову Н. М. за их полезные советы, способствовавшие улучшению книги.

Труд по написанию книги был распределен между авторами следующим образом: Бобнев М. П. - гл. 9 и § 8.4 (совместно с Шустовым Л. Н.); Горгонов Г. И. - § 4.4; Ильин В. А. - гл. 3 и § 2.3; Кривицкий Б. X. -§ 1.1, 5.1, 6.5 и 7.1; Максимов М. В.-Введение, § 4.1-4.3, 5.2-5.4, 7.2.3 и 8.2; Степанов Б. М. - § 2.1, 6.2 - 6.4, 7.2.1, 7.2.2 и 8.3; Шустов Л. Н.-§ 1.2, 2.2, 2.4, 6.1, 7.2.4, 8.1, 8.4 (совместно с Бобневым М. П.).

Глава 1

ЕСТЕСТВЕННЫЕ РАДИОПОМЕХИ

1.1. РАДИОПОМЕХИ, СОЗДАВАЕМЫЕ АКТИВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

1. Внутренние шумы радиоприемника

Внутренние шумы радиоприемника обусловлены флук-туациями напряжений и токов в усилительных приборах (лампах и транзисторах), а также электрическими флук-туациями в резисторах и активных составляющих комплексных сопротивлений. Основное значение имеет шум, действующий во входных каскадах радиоприемника, поскольку он подвергается наибольшему усилению.

Известно, что любое активное сопротивление R (так же, как и активная составляющая комплексного сопротивления) является источником широкополосного нормального шума [38, 94, 114]. Дисперсия напряжения агш этого шума в эквивалентной (энергетической) полосе А/Экв равна

оЗ, = 4Ш?Д/экв- (1-1.1)

Здесь k = 1,38 • 10~23 Дж/град - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, К.

Активное сопротивление как источник шума может быть представлено эквивалентным генератором напряжения ит с внутренним (нешумящим) сопротивлением R (рис. 1.1, а) или генератором тока im с внутренней проводимостью Y = = 1/R (рис. 1.1, б); причем дисперсия этого напряжения вы-


Рис. 1.1. а. 6



ражается формулой (1.1.1), а дисперсия а?ш тока im составляет

о?ш = 4kTYAfai{U. (1.1.2)

Активное сопротивление как источник шума можно характеризовать номинальной (или располагаемой) мощностью

Рш = kTAfam = оУ4Д. (1.1.3)

Часто вместо Ош и а?ш удобно рассматривать спектральные плотности Gu и Gj шумовых напряжений и токов, равные

Gu = а/А/знз = AkTR, (1.1.4)

Gi = </Д/Экв = МТУ. (1.1.5)

Спектральные плотности постоянны в очень широком диапазоне частот, начиная с самых низких до частот порядка / = 1012 Гц. На более высоких частотах Gu является функцией частоты / и определяется следующей формулой:

4kTRhf<

[-Р (*)-.]-. (U.6,

Здесь h - 6,62 • Ю-34 Дж • с - постоянная Планка. Аналогичное выражение для Gt записывается путем замены R на Y.

Приемник как усилительное устройство в отношении внутренних шумов характеризуется коэффициентом шума (шум-фактором).

Коэффициентом шума называют отношение

"с вых/ "ш ВЫ!

гдеРс ВХ/РШ и Рс Вых/Рш вых - отношения располагаемых (номинальных) мощностей сигнала и шума на входе и выходе приемника, согласованного с источником сигнала и шума. Здесь и далее в этом параграфе под радиоприемником понимается его линейная часть (от входа до детектора).

Если бы приемник был нешумящим, то отношения сигнал/шум на выходе и входе были одинаковыми и Fm = 1. Превышение Fm над 1, т. е. величина Рш - 1, называемая избыточным коэффициентом шума, дает представление о

мощности шума, добавляемой самим приемником. Обозначим коэффициент усиления приемника по мощности

КР = Ра выхс в*-

Тогда (1.1.7) можно записать в виде

ш = Яшвых/крРш. (1.1.8)

Это отношение может служить другим определением коэффициента шума. Так как приемник-устройство линейное, выходную мощность РШвых можно разбить на две составляющие: одну крРш, обусловленную усиленным шумом источника, и другую Ршвт обусловленную внутренними (собственными) шумами. Тогда

= (Ршвн/Ршкр) + 1. (1Л.9)

Из этого соотношения ясно, что коэффициент шума одно--значно характеризует внутренний шум приемника, если только «стандартизовать» величину Рш. В качестве такого источника шума может выступать активное сопротивление R при температуре Т0 = 293 К. Тогда

Fm - 1 + (Лпвн/крЛпо). (1.1.Ю)

где Рш0 = кТ0А/экв - располагаемая мощность шума сопротивления R, величина которого не влияет на Ршо. Энергетическая полоса приемника

A/-B=i!r 5 io«)i2d2Kp)- o-i-ii)

Здесь /((/со) - амплитудно-частотная характеристика приемника, а /С(сопР) - коэффициент усиления приемника на номинальной промежуточной частоте сом. Подставив значение Рш0 в формулу (1.1.10), получим

Рш = 1 + (РШвн/£Т0Д/эквкр). (1.1.12)

Отсюда

Рты = (Рш - 1) kTQAf,KBKP. (1.1.13)

Внутренний шум можно отнести не только к выходу, но и ко входу приемника. Тогда вместо (1.1,13) будем иметь

Рш внвх = (ш - 1) *Г0Д/вКв. (1М.14)




Рис. 1.2.

Коэффициент шума приемника Fm может быть выражен через коэффициенты шума отдельных каскадов по формуле [85]:

КР1 КР\ КР2

Здесь Fmu Fmi, ..,; кРи кР2, ... - коэффициенты шума и коэффициенты усиления по мощности соответственно первого, второго и т. д. каскадов (при написании этой формулы полагается, что частотная характеристика каждого каскада близка к прямоугольной, хотя формула может быть обобщена и для характеристик других видов).

Шумы, свойственные электронной лампе как электронному прибору, образуются дробовым шумом, шумом распределения, наведенным шумом и шумом мерцания [85, 94, 181].

Дробовой шум обусловлен дискретной природой электрического тока: число электронов, поступающих в единицу времени на анод, непостоянно и быстро флуктуирует относительно среднего значения.

Шум тока распределения имеется в многосеточных радиолампах и является следствием случайного распределения электронов между электродами (главным образом анодом и экранной сеткой) лампы. Оба названных шума -широкополосные и нормальные. Они могут быть характеризованы случайной э. д. с. ию (рис. 1.2), которую можно приписать некоторому эквивалентному сопротивлению Rap, находящемуся при заранее обусловленной (стандартной) температуре Т0. Дисперсия этого шума

Одр = 4£Т0ЯДР Д/Экв. (1.1.16)

Величина шумового сопротивления Rnp зависит от типа и параметров лампы. Для триода Rap « 2,5/S, где S - крутизна анодного тока, а для пентодов [94)

#др = ( -+ 20/э0 /а

5 S3 ) /а0 + /а

здесь /ао, /эо - постоянные .составляющие анодного и экранного токов лампы.

Наведенный шумовой ток также является широкополосным, он наводится электронами на участке сетка - катод лампы; его величина зависит от сопротивления Rc., в цепи сетки. Этот шум удобно характеризовать генератором тока iH (рис. 1.2) с дисперсией

о?„ = 4ЙТнУс-кА/,кв, (1-1.17)

где Ус.к - \JRck - проводимость участка сетка - катод, определяемая при такой температуре Тю, которая обусловливает дисперсию шума, равную имеющейся в действительности.

Шум входного контура учитывается генератором тока /„ (рис. 1.2) с проводимостью Ук = 1/Rp и температурой Тк, при которой находится контур (здесь Rp - резонансное сопротивление контура), причем дисперсия шумового тока от обоих генераторов

oja. ь=-оЪ + о\ = 4k [TKYh + 7нУс.к] А/экв. (1.1.18)

Генераторы токов iK и iH можно заменить одним генератором шумового тока ima с проводимостью Ушэ = = Ус-к + Ук (рис. 1.3), а для дисперсии напряжения а%,ь из (1.1.18) записать

"м ,.дх Y«TK + YC KTH

оц,ь - -4/гД/экв у ,у 2

1 ш э V К ~ с"к/

(Яи + Яс-к)2 Uk Т«ск } "

Дисперсия cic-к напряжения лампы равна

0"с-к =Оа, Й + Одр.

ис.к между сеткой и катодом (1.1.19)

Напряжение wc.K в дальнейшем усиливается, что приводит к появлению шума на выходе радиоприемника.

Сеточная цепь лампы соединена с антенной, которая является источником сигнала и шума. Поэтому схему широкополосного шума необходимо дополнить источником тока



0 [1] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82



0.001