8. Шумы приемной антенны.

Источником внешних шумов для приемника является антенна. Шумы приемной антенны складываются из тепловых шумов ее активного сопротивления, потерь и шумов сопротивления излучения, обусловленных приемом излучений космоса, атмосферы и Земли. Шумы сопротивления потерь обычно незначительны, поэтому общие шумы антенны можно оценивать средним квадратом ЭДС шума от внешних излучений:

, где Ra-сопротивление излучения; Tа-эквивалентная шумовая температура антенны, т.е. температура сопротивления R щумящее так, как шумит антенна. Значение шумовой температуры связано с попаданием в антенну соответственно космических шумов, шумов атмосферы и теплового излучения Земли. Интенсивность этих составляющих сложным образом зависит от частоты, диаграммы направленности и ориентации антенны, ее географического положения и времени приема.

9) Внутренние шумы линейного тракта приемника. Шумы элементов рПрУ.

Источники шумов в приемнике – сами элементы. Различают 2 основных вида шумов – тепловые (обусловлены хаотическим движением электронов в проводниках) и дробовые шумы (обусловлены случайным характером эмиссии электронов)

Все шумовые процессы случайные и описываются соответствующими характеристиками – функцией случайного распределения, мат.ожиданием, дисперсией, спектральной плотностью. При этом дробовые шумы описываются распределением пуассона. если число случайных событий велико, то оно трансформируется в нормальное распределения.

f(x) – мощность шума на 1 ом

характеризует распределение средней мощности шумового процесса по оси частот. На фиксированной частоте энергетический спектр характеризуется СПМ

для шумов с равномерным спектром в диапазоне Δf P=U^2=S0* Δf

шумы сопротивления:

тепловые шумы обусловлены хаотичным движением электронов, когда между элементарными объемными зарядами наводится флуктуационная ЭДС, а на зажимах – случайный импульс

S=S(f)=kT

P= kT Δf (не зависит от сопротивления резистора)

Шумовые свойства сопротивления

Реальное шумящее сопротивление заменяется нешумящим и генератором

P1=e_m²R2/(R1+R2)

e_ш=4kT ΔfR – формула Найквиста

если температура разная, то вводится понятие эффективной шумовой температуры – такая температура, до которой надо нагреть резистор, чтобы он создавал такие же шумы, как эквивалентная последовательность резисторов

Антенна – это по сути резистор. R_A=R_∑+Rn Rn (излечение+потери)

e_ш∑=4kT_∑ΔfR_∑

T=1/R*∑RiTi T_A=1/R_A*Rn*Tn+1/R_A*R_∑*T_∑

η=R_∑/R_A =>T_A= T_A(1- η)+ T_∑ η

Шумовая полоса проводимости – полоса частот, в которой провод отдает в нагрузку такую же мощность шумов, что и вся остальная полоса

Шумы транзисторов: Дробовые, тепловые, тока распределения

Шумы диодов: тепловые шумы каналов и шумы затвора

Тема «шумы» раскрыта не полностью (там страниц 10) – см тетрадь если есть возможность

10. Коэффициент шума и относительная шумовая температура линейного каскада приемника.

С целью количественной оценки шумовых свойств РПрУ ис­пользуются коэффициент шума и шумовая температура, опреде­ляемые для линейной части тракта, т.е. до первого нелинейного для малых сигналов и шумов звена - детектора.

Рассмотрим линейный шумящий четырехполюсник с входным сопротивлением и коэффициентом усиления (передачи) по мощности Кр=Рсвых/Рсвх нагруженный на сопротивление Rн. К его входным зажимам подключается источник сигнала с выход­ным сопротивлением Rr, являющийся одновременно и источником тепловых шумов с ЭДС E_шг = . При согласовании ис­точника сигнала со входом четырехполюсника (R_г=Rш) на вход­ном сопротивлении последнего рассеивается максимальная (номи­нальная) мощность шумов

Pш вх ном = .

Если, что часто существует на практике, имеет место рассо­гласование источника сигнала и четырехполюсника (R_г ), на R_вх рассеивается меньшая шумовая мощность Р_{ш вх}= , где ^— коэффициент рассогласования, зависящий от соотношения сопротивлений Rr и Rвх: (Rг + Rвх)²/4RR_вх, при Rг= R_вх, = 1.

Коэффициент шума по­казывает, во сколько раз мощность шумов на выходе реального четырехполюсника превышает мощность шумов на выходе нешу­мящего (идеального):

Таким образом определяемый коэффициент шума зависит от шумовых свойств источника сигнала, обусловленных его температурой Т, т.е. не может служить объективной мерой шумовых характеристик четырехполюсника. Для устранения этой неоднозначности принимают шумовую температуру источника сигнала равной комнатной T₀. Поскольку добавление собственных шумов ухудшает отношение С / Ш на выходе четырехполюсника Pсвых/Ршвых по сравнению со входным Pсвх=Ршвх. коэффициент шу­ма можно определять и как

Ш= Pсвх*Ршвх/ Pсвых*Ршвых

Чем выше уровень собственных шумов четырехполюсника, тем больше коэффициент шума отличается от единицы. Для иде­альною нешумящего четырехполюсника Ш=1. Коэффициент шума пассивного четырехполюсника (фидер. ВЦ) и общем случае Ш = К_p. а при его согласовании с источником сигнала и нагруз­кой Ш=1/ Kp, т.е. определяется коэффициентом передачи цепи по мощности. В пассивной цепи с потерями К_Р< 1, Ш> 1.

Поскольку усилительный тракт РПрУ представляет собой ряд каскадно включенных активных и пассивных четырехполюсников, линейных относительно слабых сигналов и шумов, важно иметь возможность оценить общий коэффициент шума приемника с уче­том шумовых вкладов отдельных каскадов и цепей. Основываясь на приведенных выше соотношениях, нетрудно показать, что, если образующие тракт четырехполюсники имеют одинаковую шумо­вую полосу П_ш, обладают коэффициентами усиления (передачи) по мощности Kpi, коэффициентами шума Шi, а коэффициенты рас­согласования на их стыках , общий коэффициент шума такого тракта определяется соотношением

Ш= …

Если каскады согласованы между собой по входу и по выхо­ду, то Кр1=Кр1ном, Кр2=Кр2ном…, и

Ш=Ш1+(Ш2-1)/Кр1ном+(Ш3-1)/ Кр1ном Кр2ном

11.Коэффициент шума супергетеродинного приемника. Предельная чувствительность приемника

Для типичного супергетеродинного приемника, У Г которою включает ВЦ. УРЧ, ПЧ и УПЧ. Получаем

Шпр=1/Кр ВЦ ном+(Шурч-1)/Кр вц ном+(Шпч-1)/Кр вц ном*Кр урч ном +(Шупч-1)/Кр вц ном*Кр урч ном* Кр пч ном

Из этого выражения следует, что шумовые свойства приемника определя­ются в основном его первыми каскадами, причем не только их шумовыми показателями, но и коэффициентами передачи по мощности, которые должны быть возможно большими. Поскольку обычно Ш урч < Ш пч, а Кр урч>>1, включение УРЧ в УТ позволяет существенно снизить результирующий коэффициент шума прием­ника. Чаще всего Кр пч<<1, поэтому в отсутствие УРЧ, когда пер­шим каскадом приемника является ПЧ, заметную роль наряду с его шумами начинают играть шумы УПЧ, к уровню которых в этом случае предъявляются повышенные требования.

Для оценки шумовых свойств мапошумящих четырехполюс­ников, у которых коэффициенты шума близки к единице, удобнее использовать эквивалентную шумовую температуру

Tш=(Ш-1)Т0

показывающую, насколько должна быть повышена абсолютная температура сопротивления источника сигнала Rг, подключенного ко входу идентичного, но нешумящего четырехполюсника, чтобы мощность шумов на его выходе равнялась мощности шумов на выходе реального четырехполюсника. Из (1.9) следует, что Ш=1+Т_ш/Т₀. Эквивалентная шумовая температура супер гетеродинного приемника с малошумящим УРЧ (МШУ) на входе при согласовании между его каскадами может оцениваться по соотношению

Tш пр=((1/Кр вц ном)-1)*T0 + (Тш мшу/Кр вц ном) + (Тш пч/Кр вц ном*Кр мшу ном) + (Тш ууп/Кр вц ном*Кр мшу ном*Кр пч ном)

Шумовая температура четырехполюсника в отличие от коэф­фициент шума не зависит от шумовой температуры источника сигнала. В этом заключается ее преимущество как меры шумовых свойств.

Пороговая, или предельная, чувствительность определяется уровнем входного сигнала, при котором Pс вых = Рш вых (h(0)=0). т.е. Pс вых = Рш вых / Кр Чувствительность РПрУ можно также опреде­лять как уровень, равный половине ЭДС генератора испытатель­ных сигналов, при котором отношение С/Ш (измеренное методом «СИНАД», ГОСТ 12252 86) равно 12 дБ.

12 Назначение и требования, предъявляемые к входным цепям приемника. Принципы согласования. Эквивалентная схема входной цепи. Коэффициент передачи по мощности согласованной входной цепи. Согласующий трансформатор.