Розанов Б.А., Розанов С.Б. Приемники миллиметровых волн (1989), страница 3

В соответствии с приведенным определением предельной чувствительности приемника, аспользуя (1.6), получаем Рорвд=дт вР(ке)Пв — (ИТА/ее(ХА)+йторРе(хор)+И/о)Пв. (1.7) Здесь первое и второе слагаемые соответствуют тепловым фоновым шумам в шумам, связанным с мепдеальносгью приемника. Третье слагаемое представляет так называемый квантовый предел чувствительности Рврвд.вв =%По, (1.8) 11 р(к) = х/(ехр к — 1)+х/2 = р, (к) +х/2, (1.4) к=И//ИТ, И=662 10 — ое Дж.с — постоянная Плавка; И=1,38е10 — 'з Дж.К-'— ПОСтсяННая БОЛЬцМаиа. Прсднапатавтея, Чта ПОЛОСа Пввп/Ое В ЕЕ ПрвдспаХ К «И/о/ИТ сопз1.

При х~1 р(х) «1 и справедливо приближение Рэлея— Джинса. В выражениях [1.3), (1.4) первые слагаемые представляют плапковскую кривую черпотельного излучения, а вторые — энергию козебаний гармонического осциллятора на пулевом уровне (нулевую энергию), равную И//2 [39, 140). Из (1.4) нетрудно определить значепие х, оррэпи.вшаницее возможность использования приближения Рэлея — Джинса. Тек, ошибка не превышает 10то (т. е. Р(х) ~1,1) при хж1,1, чему соответствует И/ж1,1ИТ или /е 22Т. (1.5) которому может быть противопоставлена эю)иваленгная температура выходного сопротивления источника сигнала лай, (1.9) ,приводящая к твидовым флуктуациям той же ннгеисннносги (рнс, 1.4).

Отметим здесь, что учет энергии нулевых колебаний з (1.3) вызывает дискуссию, связанную с наблюдаемостью соответствующих фа)уктувпий и ба. лэнсом энергия н системе (39). Не известим прямые измерения отклонений от формулы Найнииста в области, где энергив нулевых колебаний должна учиты~заться, Существует другая трактовка опраничення (!.8) 133).

Оиа связана с учетом квантовой природы принимаемых сигналов. Представляя число фогонон, посгупакванх ла вход приемника эа независимый интервал наблюдения, классическим нуассононсянм распределением и считая предельно обнаруженным порок с интенсивностью, равной среднеквадратическому отклонению (СКО) числа фотонов, нетрудно установить, что пороговая интенсивность равна одному фотону за независимый интервал наблкцхення. Это дает предельно обнаружнмую мощность сигнала, совпадающую с (1.8).

Поскольку эквивалентная шумовая полоса П, не характеризует качество приемника как малошумнщего устройства, часто в ги,г 5000 мм 50П гпо ио га )о г ш ог 05 г г 5 )п го и но гпп аоп ипп г,ггц аа оха гпа ) г си Л ии Рис. 1.4, Уровни достигнутых эквивалентных шумовых температур входных каскадов прнемснксз СВЧ, ММ и СММ волн, а также фоновые и квантовые сгрэн~ичення чувствительности: СМ вЂ” спаситель иа ДБШ; СМ СИС вЂ” смсскталь на структуре СИС; СМ )пзь — смэситвль иа кристалле апчимонида индия. )Прочна осоэпэчсииэ см. иа счр.

3). Укаээиы Оиээчэскиа тампарэчуры соотаатствушшик устройств. Длэ СМ и СМ СИС привадээы эквиэалэитиыэ шумовые температуры приемника в целом 12 Рис. 1.8. К определению одиоиолосной, двухполосной и многополосной эквивалентной шумовой температуры сунерге- теродинного приемника качестве меры чувствительности используют эквивалентную шумовую температуру приемника Т р, системы Т, или значение Рщ „, приведенное к полосе 1 Гц. Последняя характеристика известна как эквивалентная мощность шума — НЕП. При измерении мощности сигнала и шума на выходе линейной высокочастотной части супергетеродннного приемника НЕПвч =Рпрад~Пэ=ьмТ~Р())сге)йТ ), Вт ° Гц ) (1.10) В супергетеродинном приемнике без преселектора на входе фоновые шумы источника си~нала (антенны) преобразуются и полосу УПЧ из рида комбинационных полос приема н должны учитываться при расчете и измерении чувствительности.

В связи с этим различают однополосную, двухполосную н в общем случае и-полосную эквивалентную шумовую температуру приемника нли смесителя. Последние рассматривают как многополюсннки с и входами и одины выходом (рнс. 1.5). Условимся считать вход на частоте о)) сигнальным, а на ю ) — зеркальным. Обозначая потери преобразования по мощности с частоты )о) на промежуточную юо через 1.5 и полагая входы частот ю) подключенными к выходному сопротивлению источника сигнала Л(ю)) =Й(ша)+ +) Х(ои), определяем интересующие нас шумовые температуры приемника (смесителя) в приближении Рэлея — Джинса следующим образом. Пусть все )а(юа) находятся прн нулевой абсолютной температуре (Т=б).

В этом случае мощность шумов на выходе приемника (смесителя) определяется только его внутренними шумами. Абсолютная температура, до которой надо нагреть )с(ге)), нли оба Р(ш)) и Я(о)-)), илн все га(юа), )=~(1, 2, ..., сс), чтобы мощность шума на выходе приемника (смесителя) удвоилась, называется соответственно однополосной (ОП), двухполосной (ДП) или многополосной (МП) эквивалентной шумовой темпеРатУРой пРиемника (смеснтела). Очевидно, что Тпроп ) Тпр дп,'Рв ) Тпр мп.

Прн выполнении условия (1.5) справедливы непосредственно следующие из определения равенства: э 7 ор !см) оп!Т 1 Тир )ом) дп (1/(1+ 1/~' — 1) Тир)см) мп лл 1га а а-— (1.11) В частности, при с'.1= У=) Торг ) оп =2Тпргсм) дп. Выделяя эквивалентную шумовую темпе ат и УПЧ Трпч и использу температуру смесителя вой температуры многокаскадной с ользуя известное соот можно записать с Оп = Е1 ~ (ТА (со»)/Е») + Тпр Оп~ с дп = дп ~ (ТА (со»)//'д + 7'пр »= — сэ подп' (1.14) 7'с мп = /'х Х (ТА (со»)// д + Тпр мп Т =Т Т =Т пр ОП сп ОП + /» 7 УПЧ рдп =7 пдп+Трпч/(1//э+ 1// д =Т,„дп+6 и Т;,ч; Т, =Т помп= спмп+урпч/ Х (1//.)=Т +/.

Т вЂ” дп ' (1 13) »вЂ” сп мп х рпч. Разные формулы (!.13) используются п и полезного сигнала: перв я при различных спектрах р — р емников квазимонохромати- : первая — для п и для приемников широко в и спектральных радиомет ов р, вторая и третья— ирокополосных шумовых излучений. шумы системы вносят вклад пост паю и сам приема фоновые шу упающие по разным поло- зоне частот мог т б е шумы антенны кото оторые в широком диапанимаемых сигналов п д б (113) о о но . определяется выражениями (1.

15) НЕПо=Рпрсв д/ р' По Вт ° Гц приемников СВЧ, ММ и СММ диапазонов представлены на рнс. 1.4. Малошумящие усилители СВЧ диапазона часто используют в качестве УПЧ приемников ММ диапазона. Всюду указаны однополосные шумовые температуры [7, 35]. На этом же рисунке приведены основные составляющие фонового излучения и температура, эквнвилентная квантовому пределу. Детекторные приемники. Для входных сигналов малого уровня большинство детекторов являются квадратичными устройствами: их выходной отклик пропорционален мощности входного излучения. Из спектра выходного сигнала последетекторным »рНЧ выделяется низкочастотная часть, содержащая информацию о временнйх вариациях мощности входного излучения.

Выделенная часть выходного сигнала усиливается и подвергается интегрированию для улучшения отношения сигнал-шум. В отсутствие полезного сигнала ереднеквадратнческое отклонение (СКО) выходного напряжения, вызываемого шумами, пропорционально '(/ По. где По — эквивалентная шумовая полоса низкочастотной части приемника. Предельная чувствительность детекторного приемника Р„р,вд определяется как мошность входного сигнала, приводящая к приращению выходного напряжения приемника, равному его СКО, определяемому шумами. В силу сказанного выше Р„р„д сильно зависит от условий измерений: фона, частоты и спектра измерительного сигнала, полосы Пс. Часто Р„д относят к полосе По=1 Гц; приведенная величина представляет НЕП детекторного приемника: При нарушении условия (1.5) выражения (1.11) 1.13 должны быть ыжы~~ »»сцс»»б»»»» (1.6 Об ие на то, что выше не к чем именно обусловлены /., конкретизировалось, рассматривались как сумма ы потери,» в каналах п и м: р е а: эти потери соответствующих частота суммарные от антенны о д входа УПЧ на бирательность преселектора.

О т х и могли, в частности , учитывать из- те становится существенным а. днако при наличии о п терь в трак- селектор, включенный м место включения преселектора: пре- только фоновые шумы анте б й между антенной и т актом р, режектирует как при включении непо р нтенны в оковых полос ах. в то время давляет в этих полосах и те средственно на входе см есителя он по- тим также, что удаление преселекто а от см тепловые шумы поте ь в т р електора от смесителя на расстоя- мых входом смесителя в сто он анте ениям интер еренции шумов, излучае- лектором 1341. в сторону антенны и отражаемых пресеДостигнутые в настоящее в емя ш ремя шумовые температуры мало- 14 силнтеле и входных устройств супергетеродннных Размерность этой характеристики отличается от НЕП вч, определенной выражением (1.10). Вследствие неопределенности входной эквивалентной шумовой полосы П,,„и трудности создания эталонных излучателей белого шума в полосе чувствительности детекторного приемника эквивалентная шумовая температура Тврд редко используется в качестве меры его чувствительности.

Однако эта величина иногда рассчитывается для сопоставления с характеристиками супергетеродинных приемников; при этом используется некоторая оценка для П,,„: Т,рд =НЕПо/(й )/ Пв.вв) (1.16) В этом выражении показатель степени 1/2 при П„„обусловлен тем, что расширение входной полосы в детекторном приемнике с фиксированной полосой 11о приводит к возрастанию постоянной составля»ошей и дисперсии шумов на выходе последетекторного фильтра, пропорциональному П,, „; СКО выходного напряжения при этом растет пропорционально )»'П„,, так же меняются Рврсв д и НЕПо, что и учитывается выражением (1.16) (ЗЗ, 34).

Аналогично на выходе квадратичного детектора суммируются со- 15 ставляющие, соответствующие внешнему фону и собственному шумовому излучепию детектора; Рлпелд = (Рпрел.еои+Рпрел.аиут) Ма л ) НЕПо= (НЕПо еаи+НЕПО еиут) У . (1.17) С учетом (1.17) и интегрирующего действия последетекторного фильтра, предполагая вход детектора согласованнылг с антенной, можно найти предельную чувствительность детекторного приемника: 1'преп д = Я'(Тл+ Тд вч)' Пэ пх По+ (4/М)з й (Тдлзч + Тву) П,)ггй.