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

гша, характеризующим шумовые свойства антенны, с «не-шумящей» проводимостью Ym а. Дисперсия о?ш а тока 1Ш а составляет

о?ша =4ЙГЭкпУшаА/Экв. (1.1.20)

В результате схема на рис. 1.3 преобразуется к виду рис. 1.4.

Шумы мерцания ламп убывают обратно пропорционально частоте, и их величина имеет значение лишь для низких частот порядка 10-100 Гц. Эти шумы необходимо учитывать только в некоторых специальных случаях радиоприема.

Шумы полупроводниковых приборов аналогичны шумам ламп [181].

Источником низкочастотных шумов (в области частот ниже 500-20 000 Гц) являются процессы на поверхности полупроводника. Интенсивность этих шумов убывает пропорционально 1/f и зависит от конструкции и технологии производства полупроводникового прибора.

Широкополосные флуктуационные шумы возникают вследствие дробового эффекта и из-за наличия активных сопротивлений в цепях эмиттера, базы и коллектора, причем наибольшее значение имеют шумы сопротивления базы.

Общая упрощенная шумовая Т-образная схема транзистора приведена на рис. 1.5 [19,181]. Здесь генератор э. д. с. ышб с дисперсией Ощб = 4/гТв#бД/экв характеризует шумы сопротивления R6 базы. Два других генератора шума "шэ и гшк обусловлены дробовым характером инжекции носителей через эмиттерный и коллекторный переходы.

Возникающие на эмиттерном переходе шумы обусловлены дробовым характером инжекции носителей через эмиттерный переход. Дисперсия этого шумового тока о/ш э = = 2е/э,)А/экв, где /ад - постоянная составляющая тока; е - заряд электрона. Так как /эо = kT0YJe (У9- проводимость эмиттерной цепи), то рассматриваемые шумы можно


Рис. 1.3. 14

Рис 1.4


учесть также генератором задающего напряжения иш а с дисперсией

о"ш э == 2/:7/п?эД/8КВ.

В коллекторном переходе действуют два статистически независимых источника шума. Это шумы, приходящие .из эмиттерной цепи, и шумы токораспределения. Первые кор-релированы с шумовым током эмиттера и учтены генератором шума нш 9 в эмиттерной цепи (рис. 1.5). Шумы токораспределения характеризуются генератором задающего шумового тока imK с дисперсией о?шк = 2е/оаа0(1 - -а0)Д/экв, где а0 - коэффициент передачи тока от эмиттера к коллектору.

Эквивалентные шумовые схемы лампы и транзистора (если каскад является входным, то дополнительно необходимо учесть шумы антенны) позволяют вычислять коэффициенты шума каскадов в выбранных вариантах включения усилительных приборов [181, 150].

2. Шумы антенной системы

На антенную систему помимо сигналов искусственного происхождения в виде излучения различных радиостанций или индустриальных помех от работающих электрических устройств воздействует электромагнитное излучение естественного происхождения.

К естественным шумам относятся [19]:-

а) собственный шум сопротивления потерь антенны, имеющий характер теплового шума активного сопротивления;

б) шум, обусловленный излучением внеземных источников, или шум космического пространства;



в) шум, обусловленный флуктуационным характером поглощения радиоволн в атмосфере Земли;

г) шум, обусловленный тепловым излучением Земли;

д) помехи, обусловленные грозовыми разрядами в атмосфере.

Шумы первых четырех типов имеют весьма широкий спектр. В пределах полосы пропускания радиоприемников спектральные плотности этих шумов постоянны и шумы можно считать белыми. Атмосферный шум является более узкополосным, в силу чего его удобно рассматривать отдельно, не включая в шумы антенной системы.

Спектральная плотность шума, порождаемого сопротивлением потерь антенны, G = 4kTnRn, а дисперсия э. д. с. оп = 4kTaRaAfWB. В этих формулах Гп - температура, при которой находится антенна, Ru - сопротивление потерь. На практике вместо Rn удобнее пользоваться выражением полного сопротивления антенны Ra = Ru + R, где Rz - сопротивление излучения.

Так как к. п. д. антенны

ra = Rx/Ra = ДгЛЯе + Ru), для Ra получаем

Ru = Яа(1 -%)

и, следовательно,

ой = 4kTnRa{] - ra)Af3KB. (1.1.21)

Шумы, обусловленные приемом внешних излучений (шумов космоса, поглощения в атмосфере и теплового излучения Земли), статистически независимы, в силу чего их спектральные плотности суммируются

внш и = "Ь Gnorn ~\~ G3.

Удобно считать, что каждая компонента этих шумов создается эквивалентным сопротивлением, которое равно сопротивлению излучения, находящемуся при температурах Тк, Тпогп, Тя соответственно. Температуры определяются равенствами

Т„ = GK/4kRz; Гпогп = Gnorn/4kRv, Т3 = GJ4kRz, 16

а общий шум создается тем же сопротивлением, находящимся при температуре Твпши = GBHm kRz)-1. Поэтому

внш и = Н~ Тпогл "Ь (1.1.22)

Дисперсия шумовой э. д. с. антенны от внешних источников равна

анши = 4&7,вв.шиЯЕЛ/:акв. (1.1.23)

Учитывая, что Re = г]а#а, из (1.1.21) и (1.1.22), находим дисперсию шумов, создаваемых антенной:

(Та = On + Овнш и =4fti?a Д/ЗКВ[ГП(1-Г)а)+ГвншиТ)а].

(1.1.24)

Таким образом, антенную систему в отношении шумов можно представить эквивалентной схемой, состоящей из источника шумовой э. д. с. «ша и последовательно включенного сопротивления Ra = 1/Кша, которое находится при температуре

Тл = Тп(\ - Ца) + ГвншиГа. (1.1.25)

Указанная эквивалентная схема используется для определения шумов, передаваемых из антенны во входные цепи радиоприемника, и вычисления коэффициента шума приемника.

Шум, обусловленный излучением внеземных источников, зависит от углового положения максимума диаграммы направленности антенны (ДНА). Различают фоновый шум и шум дискретных источников излучений («радиозвезд»). Фоновый шум характеризуется температурой Ткф, являющейся функцией угловых координат q>, 0 точки небесной сферы.

Для узконаправленных антенн в пределах ширины диаграммы Ткф практически постоянна.

Температура фона зависит от частоты. Из рис. 1.6, где представлена типовая зависимость ТКф(/), следует, что для частот, превышающих 3-5 ГГц, фоновая температура мала и ее можно не учитывать [94, 147, 19].

Шумовая температура дискретных источников с угловыми размерами, не превышающими угловой размер основного лепестка диаграммы Qa,

TKflH = WQa, y7"" , 0-1.26)



где T„ - эффективная температура источника, а йи - его угловой размер.

Примерами дискретных источников могут служить Солнце [Гкди = (104 - 10е) К] и Луна [Ткди = (150- 250) KI. Заметим, что угловые размеры этих источников приблизительно одинаковы и составляют Q = 0,5°.

Тепловой шум атмосферы обусловлен флуктуационным характером рассеяния радиоволн кислородом и парами воды атмосферы. Тепловой шум атмосферы 7П0ГЛ имеет существенное значение в области очень высоких частот (от 0,5 ГГц и выше) и зависит от ориентации антенны, возрастая по мере приближения максимума диаграммы направленности к горизонту. Графики зависимости температур атмосферы от частоты приведены на рис. 1.6 для углов возвышения от 0 = 90е (зенит) до 0° (горизонт). Наименьший уровень космических шумов и теплового шума атмосферы наблюдается в диапазоне от 2-3 до 10-15 ГГц, причем средняя суммарная температура этих шумов имеет порядок 10-20 К, если углы возвышения не менее 10° [147].

На антенну действует также излучение Земли, поскольку ее нагретая поверхность является источником шумового

омические шумь мин. макс.

Шумы атмосдкры:

0,5 1

ЪГГЦ

Рис. 1.6.

электромагнитного излучения. Температура Тя будет велика для антенны, направленной на Землю (например, в панорамной радиолокационной станции, для допплеровского измерителя скорости самолета, радиовысотомера) и мала для антенны, у которой на Землю направлены только боковые лепестки. Таким образом, Та может меняться в довольно широких пределах.

3. Атмосферные помехи

Источником атмосферных помех являются многочисленные грозовые разряды, происходящие одновременно в различных районах земного шара. Число таких разрядов может достигать нескольких тысяч. Если не учитывать местных гроз, уровень атмосферных шумов носит квазистационарный характер. Он зависит от географических координат пункта приема и сравнительно медленно изменяется в течение суток и от сезона к сезону. Это позволяет прогнозировать уровень атмосферных помех. Такие прогнозы подытожены в специальном отчете № 322 [59] X пленарной ассамблеи Международного консультативного Комитета по радио (МККР).

Для характеристики атмосферных помех МККР были предложены две величины: эффективный коэффициент помех, представляющий энергетическую характеристику, и распределение вероятности амплитуд (АРД-в обозначениях Отчета), с помощью которых можно в большинстве случаев удовлетворить потребность практики.

Распределение вероятности амплитуд имеет важное значение в тех случаях, когда требуется знание вероятности превышения помехой определенного уровня (например, в случае радиосвязи с помощью бинарных амплитудных посылок).

Эффективный коэффициент атмосферных помех определяется соотношением:

/атм = Р JaMan.v

Здесь Рп - мощность помех (в ваттах), получаемая от короткой эквивалентной антенны без потерь (т. е. к. п. д. т)а = 1) над идеально проводящей поверхностью Земли.



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



0.0012