Скляр Б. Цифровая связь (2003) (1151859), страница 66
Текст из файла (страница 66)
Сети с шумами рассматривались в разделах 5.5.1 и 5.5.2 и подразумевали использование усилителей. Говорилось, что ухудшение параметра БХК происходит вследствие введения в линию связи дополнительного шума (усилителя), как показано на рис. 5.15. В то же время в случае линии с потерями мы должны показать, что ухудшение параметра ЗХК происходит вследствие поглощения сигнала при фиксированном уровне шума (когда температура линии меньше (или равна) температуры источника).
Впрочем, и в этом случае ухудшение будет выражено через увеличение коэффициента шума или эффективной шумовой температуры. Сеть с потврями т; Рис. 5. 1б, г(инин с потерями: импеданс и температура согласованы на обоих кончак Рассмотрим линию (или сеть) с потерями, показанную на рис. 5.16.
Предположим, что линия согласована с источником и нагрузкой по импедансу. Определим потерю мощности следующим образом: мощность на входе мощносп на выходе Коэффициент усиления сети С равен 1/г. (меньше единицы для линии с потерями). Пусть все компоненты работают с температурой Т;. Общий шум, поступающий с выхода сети в нагрузку, равен М „= «Те'ЬУ, поскольку при температуре Т; выход сети выглядит как чистое сопротивление. Для обеспечения теплового равновесия общая мощность, поступающая с нагрузки обратно в сеть, также должна равняться гт',м. Напомним, что доступная мощность шума ку И' зависит исключительно от температуры, ширины полосы и согласования импедансов; она не зависит от значения сопротивления. РГ.
можно разбить на два компонента, йг,„и СФ„: )У.„т КТ;УУ= Дг„+ СДи, (5.30) где (5.31) Ме, = СкТе'йг является компонентом выходной мощности шума, связанным с источником, Сʄ— компонентом выходной мощности шума, отвечающим за сеть с потерями, а дги— шумом сети, измеряемым относительно ее входа. Объединяя уравнения (5.30) и (5.31), можем записать следующее: (5.32) кТ;УМ= СкТ; ~И+ СМг,. е е л..
Выразим Уь: 1 — С )У,„= — кТ ')У=кТ,'УУ. г (5.33) Следовательно, эффективная шумовая температура линии равна 1-С Т О= — Т ь е (5.34) Поскольку С= 1/г., то Т;= а- 1)Т;. (5З5) В качестве эталонной температуры выберем Т; = 290 К. Тогда можем записать Ть~ — — (1. — 1)290 К. (5.36) С помощью уравнений (5.28) и (5.36) можем выразить шум-г1)актор длл линии с лотеркнгс Р= 1+ — = б.
Т" 290 (5.37) Если сеть является линией с потерями, такой что Р= В и С= 1г(., то гзГ, в уравне- нии (5.29,в) приобретает следующий вид: кТ„'Ь' Т Ф = " +(1- — )кТоеФ. (. (.у (5.38) Пример 5.4. Линия с потерямн Линия с температурой Те'= 290 К проло:кена от источника с шумовой температурой Т; = 1450 К. Мощность входного сигнала Б, равна 100 пиковатг (пбт), а ширина паласы сигнала И' — 1 ГГц. Коэффициент потерь линии Е,= 2.
Определите (БХК)„, эффективную температуру линии Ть', мощность выходного сигнала Б и (81чй),. Решение Ф, = кТ;И'= 1,38 х 10 зз Вт/КГц х 1450 К х 10 Гц = =2х10 Вт=20пВт (8ХК) и = = 5 (7 дб) 100 пВт 20 пВт Ть' = (Ь вЂ” 1) 290 К =290 К Б, 100 пВт = 50пВт гна ( Используя уравнение (5.29), получаем следующее: )У = ' +(1- — ~ Т,'УУ= б 1.) яоз Отметим, что некоторые авторы используют параметр Ь для обозначения величины, об- ратной к введенному нами коэффициенту потерь. В таких случаях шум-фактор Р= 1гг' Вт+-(4х10 )Вт=12пВт 2х10 " 1 га 2 2 (8ХК) ыи = — = 4,1 7 (6,2 дБ) . 50 пВт 12 пВт 5.6.4. Суммарный шум-фактор и общая шумовая температура Если две сети соединены последовательно, как показано на рис. 5.17, а, суммарный шум-фактор можно записать следующим образом: (5.39) Здесь б) — коэффициент усиления, связанный с сетью 1.
Если последовательно со- единены н сетей, выражение (5.39) приобретает следуюший вид: Р2 — 1 Рз — 1 Є— 1 =Р+ 2 - з - + а, С,б С,С ".а„ (5.40) аться Можете ли вы, изучив уравнение (5.40), предположить, чем следует руководствов при проектировании входного каскада приемника (особенно первого каскада или р вой пары каскадов)? На входе приемника сигнал более уязвим к дополнительному шуму; следовательно, первый каскад должен иметь максимально низкий шум-фактор Ги Кроме того, поскольку шум-Фактор каждого последующего каскада ослабляется на коэффициенты усиления предыдуших каскадов, это приводит к тому, что мы стремимся получить максимально возможный коэффициент б1. Одновременное получение максимально низкого Р1 и максимально высокого 01 — задачи противоречивые; следовательно, всегда необходим некоторый компромисс.
Сить 1 Сить 2 итопь а) б) Рис. 5.77. Сента, соединенные последовательно о о 72 73 Т „'=Т,'+ — + — +„.+ С) С)02 01С2"'С~— (5.41) На рис. 5.17, б показана питаюшая линия, последовательно соединенная с усилителем; после этого обычно следует принимаюшая антенна.
Используя уравнение (5.39) для нахождения Е„подобной линии с потерями, можем записать следующее: (5.42) Уравнения (5.40) и (5.28) можно объединить и выразить эффективную шумовую температуру последовательности п каскадов: поскольку шум-фактор линии с потерями равен Ь, а коэффициент усиления линии — 1/1 По аналогии с уравнением (5.3б) общую температуру можно записать следующим образом: Т,ц„- — ((.г — 1)290 К.
(5.43) Общую температуру канала и усилителя можно также записать иначе: Т~' = ((.г" — 1+ 1, — 1.)290 К = = Ц1, — 1) + 1.(à — 1))290 К = = Т,' + (.Тх'. (5.44) 5.5.4.1. Сравнение шум-фактора и шумовой температуры 5.5.5. Эффективная температура системы На рис. 5.18 представлена упрощенная схема принимающей системы, причем указаны те области (антенна, линия связи и предварительный усилитель), которые играют основную роль в ухудшении параметра ЗХК. Влияние предварительного усилителя уже обсуждалось ранее — оно заключается во введении в линию дополнительного шума. Также рассматривались потери в линии — сигнал поглощается при фиксированном уРовне шума (если температура линии меньше (или равна) температуры источника).
Оставшиеся источники ухудшения качества сигнала могут быть как естественными, так и искусственными. Естественные источники — это молнии, небесные источники Радиоизлучения, атмосферные источники и тепловое излучение от земли и других физических структур. Искусственные — это излучение от автомобильных систем зажигания и других электрических приборов, а также радиопередача от других пользователей, использующих ту же полосу, что и приемник Общий объем шума, вносимого перечисленными внешними источниками, можно описать как кТ УУ, где Т является чк к л.л., Поскольку и шум-фактор г и эффективная шумовая температура Т' характеризуют шумовые характеристики устройств, некоторые инженеры вынуждены выбирать одну из этих мер.
В то же время оба параметра имеет четко определенную "сферу деятельности". Для наземных приложений практически универсальным является шум-фактор Г; здесь понятие ухудшения параметра БХВ для источника с температурой 290 К имеет смысл, поскольку температура наземных источников обычно близка к 290 К. Значения наземных шум-факторов обычно принадлежат диапазону 1-10 дБ.
Для космических приложений более удобным критерием качества является параметр Г. Диапазон температур для коммерческих систем обычно находится между 30 и 150 К. Недостатком использования шум-факюров для подобных малошумяших сетей является то, что все получаемые значения близки к единице (0,5-1,5 дБ), что создает определенные затруднения при сравнении устройств. Для мааошумяших приложений г" (в децибелах) необходимо выражать с точностью до двух знаков после запятой, чтобы оно давало разрешение или точность, сравнимую с точностью, которую дает 7 .
Для приложений космической связи эталонная температура в 290 К не является настолько подходящей, как для наземных приложений. Если же использовать эффекгивную температуру, то для описания ухулшения никакой этатонной температуры не требуется (разве что абсолютный нуль К).
Эффективная входная шумовая температура просто сравнивается с эффективной шумовой температурой источника. Вообще, приложения, в которых фигурируют малошумяшие устройства, лучше описывать с помощью эффективной температуры, а не шум-фактора. температурой аитеииы. Антенна подобна линзе: вносимый ею шум определяется тем, "на что смотрит антенна". Если антенна нацелена на прохладную область неба, вводится крайне малый объем теплового шума. Температура антенны — это мера эффективной температуры, проинтегрированной по всей поверхности антенны. Антенна мннк ~ Рис.
5.18. Основные источники шума арииимаюшей системы Теперь мы можем определить температуру системы Тг', сложив все вклады в шум системы (выраженные через эффективную температуру). Суммарное выражение выглядит следующим образом: (5.45) Тз' = Т„'+ Т.,;. Здесь Т„' — температура антенны, а Т~ ' — общая температура линии и предварительного усилителя. В уравнении (5.45) указаны два основных источника шума и интерференции, вызывающие ухудшение качества работы приемника.
Один источник, описываемый слагаемым Т„', представляет ухудшение работоспособности, навязываемое "внешним миром", проходящим через антенну. Второй источник, описываемый слагаемым Т.,„;, — это тепловой шум, вызванный движением электронов во всех проводниках. Поскольку температура системы Тг' — это новая суммарная температура, включающая Т; и суммарную эффективную температуру линии и предварительного усилителя, может возникнуть вопрос почему уравнение (5.45) не содержит тех же множителей последовательного уменьшения, что и в уравнении (5.41)? Мы предполагаем, что антенна ие имеет диссилативиых частей', ее коэффициент усиления, в отличие от усилителя или атгенюатора, может рассматриваться как коэффициент расширения спектра сигнала.
Какая бы эффективная температура не вводилась при проходе через антенну, это не зависит от самой антенны; антенна представляет шум источника (или температуру источника) на входе линии. Используя уравнение (5.44), мы можем модифицировать уравнение (5.45) следующим образом: Т'= Т'+ Т'+ 1Ти' = (5.4б) = Тк'+ (1, — 1)290 К + ЦР— 1)290 К = = Т„' + ((Х- 1)290 К. Если ЬР выражено в децибелах, мы должны вначале изменить его размерность, и Тг' приобретет следующий вид: 7 ' =Тл'+ (10сгпв — Ц290 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
