Максимов М. В. - Защита от радиопомех, страница 3

Наведенный шумовой ток также является широкополосным, он наводится электронами на участке сетка — катод лампы; его величина зависит от сопротивления Я,., в цепи сетки. Этот шум удобно характеризовать генератором тока 1„(рис. 1,2) с дисперсией (1.1.1 7) и,'в =4кТ„У,, Л),„„ где 2,, = 1Яс „— проводимость участка сетка — катод, определяемая при такой температуре Тн, которая обусловливает дисперсию шума, равную имеющейся в действительности.

Шум входного контура учитывается генератором тока ьк (рис. !.2) с проводимостью У, = !Яр и температурой Тк, при которой находится контур (здесь )с'р — резонансное сопротивление контура), причем дисперсия шумового тока от обоих генераторов о*,, ь = о)к+ о'н = 4й(Тк~'д+ Тв)'с.к) Я)вкв. (1.1.18) Генераторы токов („и ь, можно заменить одним генератором шумового тока ! ., с проводимостью У = 'Г',.„+ Ук (рИС. 1.3), а дпя дИСПЕрСИИ НаПряжЕНИя О,'-*, Ь из (1.1.18) записать в,аь Рк тк+ Ус.к тв оа,ь = у —., —— -4яп)вкв,~, +у шэ н ск1 Дисперсия и,'.н напряжения ис.к между сеткой и катодом лампы равна в с в Ос-к = Па.

Ь + Пвр (! .! .19) Напряжение и,.„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 И а вэ 7а., с Х-!Л "Нэ сн 7 ! Рвс.

!.3, !4 Рис. К4 ! „характеризующим шумовые свойства антенны, е «не- шумящей» проводимостью Ун в. Дисперсия а,', тока , составляет а,', =4иТ,«„)'„,, а1,«,. (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 !Π— 100 Гц. Эти шумы необходимо учитывать только в некоторых специальных случаях радио- приема. Шумы полупроводниковых приборов аналогичны шумам ламп ]18!].

Ис~очником низкочастотных шумов (в области частот ниже 500 † 000 Гц) являются процессы на поверхности полупроводника. Интенсивность этих шумов убывает пропорционально 111» 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 П9,181].

Здесь генератор э. д. с. и е с дисперсией анэ в = 4йТЯсЦ,„, характеризует шумы сопротивления Яс базы. Два других генератора шума и, и 1 „обусловлены дробовым характером инжекции носителей через эмиттерный и коллекторный переходы. Возникающие на эмиттерном переходе шумы обусловлевы дробовым характером инжекции носителей через эмиттерный переход. Дисперсия этого шумового тока а,', = =- 2е1,»Л1,„„где 1„— постоянная составляющая тока; е — заряд электрона. Так как 1,„= йТ»У,1е(1',— проводимость эмиттериой цепи), то рассматриваемые шумы можно Рис. !ЗЬ учесть также генератором задающего напряжения и с дисперсией ссн э = 2»Т«)сэх1эвв В коллекторном переходе действуют два статистически независимых источника шума.

Это шумы, приходящие из эмиттерной цепи, и шумы токораспределения. Первые коррелированы с шумовым током эмиттера и учтены генератором шума и,, в эмиттерной цепи (рис. !.5). Шумы токо- распределения характеризуются генератором задающего ШУМОВОГО тОКа !7в „С дИСПЕрСИЕй а,* „= 2Е!„а,(!— — ссэ)й~,„„где а, — 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, 1501, 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]ь а) собственный шум сопротивления потерь антенны, имеющий характер теплового шума активного сопротивления; б) шум, обусловленный излучением внеземных источников, или шум космического пространства; 13 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, б = 4лт,)с„, а дисперсия э.

д. с. о„' = 4йт,Гг,й),„,. В этих формулах тв — температура, прн которой находится антенна, Я, — сопротивление потерь. На практике вместо (т, удобнее пользоваться выражением полного сопротивления антенны гса = гсп + Ях, где (сх — сопротивление излучения. Так как к. п. д. антенны Ча )гхг)га ггх~()(х + ггв)г для )с, получаем йп = йа(1 — г1а) и, следовательно, пй = 4Ьтира(1 Ча) А)акв' (1.1.21) Шумы, обусловленные приемом внешних излучений (шумов космоса, поглощения в атмосфере н теплового излучения Земли), статистически независимы, в силу чего их спектральные плотности суммируются бвкп и = бк + бпогл + бг Удобно считать, что каждая компонента этих шумов создается эквивалентным сопротивлением, которое равно сопротивлению излучения, находящемуся при температурах Тк, Т„гл, Т, соответственно. Температуры определяются равенствами а общий шум создается тем же сопротивлением, находящимся при температуре Т,к„в = бакши(4Мх) '.

Поэтому (1.1.22) Дисперсия шумовой э. д. с. антенны от внешних источников равна (1 .1. 23) Учитывая, что )гх — — г1„)с„из (1.1.21) и (1.1.22), находим дисперсию шумов, создаваемых антенной: аг = па+ а',„а = 4й)с, Ь|,„, (Т, (1 — т1„)+ Т,к к т1,1. (1.1.24) Таким образом, антенную систему в отношении шумов можно представить эквивалентной схемой, состоящей из источника шумовой э. д. с.

и , и последовательно включенного сопротивления Я, = 11)г „, которое находится при температуре т, = т.(1 — ),) + т,„, „и,. (1.1.25) Укаэанная 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 Т„, являющейся функцией угловых координат ~р, 0 точки небесной сферы.

Для узконаправленных антенн в пределах ширины диаграммы Тк э практически постоянна. Температура фона зависит от частоты. Из рис. 1.6, где представлена типовая зависимость Твф(1), следует, что для частот, превышающих 3 — 5 ГГц, фоновая температура мала и ее можно не учитывать 194, 147, 19!. Шумовая температура дискретных источников с угловыми размерами, не превышающими угловой размер основного лепестка диаграммы Й„ Тк = бк/4Ых', 16 Тпогл бпогл14Мх,' Т, = бв/ага, Тк л в = Ткг1и11)аг,гг' ' ' (1 ° 1 26) 17 где Ти — эффективная температура источника, а й„— его угловой размер.

Примерами дискретных источников могут служить Солнце [Т„,„= (1О' — 10') К) и Луна [Т„„„= (150— 250) К[. Заметим, что угловые размеры этих йсточииков приблизительно одинаковы и составляют й = 0,5'. Тепловой шум атмосферы обусловлен флуктуационным характером рассеяния радиоволн кислородом и парами воды атмосферы. Тепловой шум атмосферы Т„„, 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 го.

ризонту, Графики зависимости температур атмосферы от частоты приведены на рис. 1.6 для углов возвышения от 0 = 90' (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 ие менее 10' [147[. На антенну действует также излучение Земли, поскольку ее нагретая поверхность является источником шумового электромагнитного излучения.

Температура Т, 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, Т, может меняться в довольно широких пределах. 3. Атмосферные помехи Источником атмосферных помех являются многочисленные грозовые разряды, происходящие одновременно в различных районах земного шара.