Главная
Попытка заменить пчелу
Предложения советских рационализаторов
Радиоэлектронные собеседники животных
Роботехника в производстве и в быту
Тайна профессора Рентгена
Деталь сама себя обрабатывает и охлаждает
Желтый подводный робот
Ледяные корабли
Открытия и наблюдения советских ученых
Новаторская перевозка грузов
Перпетуум мобиле с Алексеем Воробьёвым-Обуховым
Пишущая машинка стенографирует и расшифровывает
Шахматная махина маэстро кэмпелена
Роторно-винтовые ледоколы
Русскому керосину - 160 лет
Спасение в воздушных просторах
Что умеют машины
|
Главная - Литература 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
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 0.0013 |