3.3 Чувствительность приемника

Одним из важнейших показателей качества тракта приема является чувствительность приемника. Чувствительность приемника характеризует способность приемника принимать слабые сигналы. Чувствительность приемника определяется как минимальный уровень входного сигнала устройства, необходимый для обеспечения требуемого качества полученной информации. Если чувствительность приемника ограничивается внутренними шумами, то ее можно оценить реальной или предельной чувствительностью приемника, коэффициентом шума или шумовой температурой.

Чувствительность приемника с небольшим усилением, на выходе которого шумы практически отсутствуют, определяется э.д.с, (или номинальной мощностью) сигнала в антенне (или ее эквиваленте), при которой обеспечивается заданное напряжение (мощность) сигнала на выходе приемника.

Чувствительность приемника определяется коэффициентом его усиления К_УС. Приемник должен обеспечивать усиление даже самых слабых входных сигналов до выходного уровня, необходимого для нормального функционирования устройства, однако, на входе приемника действуют помехи и шумы, которые также усиливаются в приемнике и могут ухудшать качество его функционирования. Кроме того, на выходе приемника появляются его усиленные внутренние шумы. Чем меньше внутренние шумы, тем лучше качество приемника, тем выше чувствительность приемника.

Реальная чувствительность приемника равна э.д.с. (или номинальной мощности) сигнала в антенне, при которой напряжение (мощность) сигнала на выходе приемника превышает напряжение (мощность) помех в заданное число раз. Предельная чувствительность приемника равна э.д.с. или номинальной мощности Р_АП сигнала в антенне, при которой на выходе его линейной части (т. е. на входе детектора), мощность сигнала равна мощности внутреннего шума.

Предельную чувствительность приемника можно также характеризовать коэффициентом шума N₀, равным отношению мощности шумов, создаваемых на выходе линейной части приемника эквивалентом антенны (при комнатной температуре T₀ = 300 К) и линейной частью, к мощности шумов, создаваемых только эквивалентом антенны. Очевидно,

, (3.18)

где k = 1,38∙10^–23 Дж/град — постоянная Больцмана;

П_ш — шумовая полоса линейной части приемника, Гц;

Р_АП — мощность сигнала, Вт.

Из (3.19) видно, что мощность сигнала, соответствующую его предельной чувствительности и отнесенную к единице полосы частот, можно выразить в единицах kT₀:

, (3.19)

Предельную чувствительность приемника можно также характеризовать шумовой температурой приемника Т_пр, на которую надо дополнительно нагреть эквивалент антенны, чтобы на выходе линейной части приемника мощность создаваемых им шумов равнялась мощности шумов линейной части. Очевидно,

, (3.20)

откуда (3.21)

На реальную антенну воздействуют внешние шумы, номинальная мощность которых

где Т_A— шумовая температура антенны. Таким образом реальная чувствительность приемника:

(3.22)

Предельная чувствительность при

Рисунок 3.13–График зависимости относительной шумовой температуры антенны от частоты

По рисунку 3.13 видим, что на высокой частоте коэффициент относительной шумовой температуры антенны уменьшается и остается неизменной, а также ее роль влияния на чувствительность приемника уменьшается.

Использование пакета MultiSimдля расчета шумов схемы: коэффициент шума в зависимости от частоты по формуле (inoise^2/(4*k*T*Rг)).Где выходной шум (onoise), пересчитанный на вход (inoise = onoise/K(f), где K(f) — коэффициент передачи четырехполюсника) дальше это делится на спектральную плотность мощности входного шума, которую можно рассчитать исходя из выходного сопротивления генератора Rг.

В мультисиме для этого необходимо использовать постобработку результатов моделирования шумов. В постпроцессоре добавляется обработка результатов моделирования шумов по формуле (db((inoise_spectrum)/4/1.38e-23/300/50)/2)

НЧ область очень похожа на фликкер- шум транзистора.

Чтобы получить график с коэффициентом шума, необходимо сначала запустить: Моделирование – Вид анализа – Шумов.

Моделирование – Постпроцессор – Вкладка (Графопостроитель) – Кнопка (Расчитать).

Результат моделирования приведен в виде рисунка 3.13.

Рисунок 3.14– Результат расчета внутреннего шума приемника

С помощью пакета MultiSimоценим коэффициент шума входного каскада РПрУ, предусмотренного ТЗ на курсовой проект. Оценим чувствительность устройства.

Решение: дадим определение чувствительности, это – способность радиоприёмника принимать слабые по интенсивности радиосигналы и количественный критерий этой способности.

- формула для оценкичувствительности,

где - постоянная Больцмана,- абсолютная температура (К),-шумовая полоса частот приемника,дБ - коэффициент шума РПрУ, дБ,- относительная шумовая температура антенны на частоте сигнала.

Определим относительную шумовую температуру антенны на частоте f=17,6375MГц по формуле:

(3.23)

где значения в МГц.

Подставив числовые значения получим:

Теперь можем определить и чувствительность приемника:

,

Сделаем вывод, коэффициент шума приемника по результатам расчета оказалась больше, чем значения внешних шумов. Это так, потому что коэффициент шума приемника зависит от частоты. Чувствительность в большей мере, зависит от внутреннего шума приемника.