3. Завади природного походження
До завад природного походження відносяться електромагнітні завади, джерелами яких являються природні фізичні явища.
Внутрішні шуми - це електромагнітні коливання, виникнення яких обумовлено будовою речовини, фізичною сутністю електричних струмів електронних приладів, якістю та чистотою матеріалів, що застосовуються при виготовленні елементів електронних схем та електронних приладів. Шуми являють собою послідовність дуже коротких імпульсів, що повторюються хаотично й у великій кількості. Джерелами внутрішніх шумів являються всі елементи РЕЗ. Одним із джерел внутрішніх шумів є тепловий рух електронів, а завади, які виникають при цьому, називаються тепловим шумом.
Тепловий шум виникає у всіх елементах, які мають активний опір, внаслідок теплового хаотичного руху вільних електронів усередині цих елементів. Характеризується постійною густиною шумової напруги в дуже широкому частотному діапазоні (від нуля до міліметрових хвиль), суттєво залежить від температури.
Дробовий шум виникає в електронних лампах та напівпровідникових приладах і обумовлений флуктуаціями відносно деякого середнього значення струму, що протікає через них. Ці флуктуації пов'язані з дискретною природою електричного струму та випадковим характером емісії електронів (або дірок). Спектральна густина дробового шуму постійна в широкому частотному діапазоні.
Рис. 3. Класифікація завад природного походження
Шуми поверхневого ефекту проявляються в різних електронних пристроях, їх загальною характерною властивістю є обернено пропорційна залежність густини розподілу потужності від частоти f, тому ці шуми часто називають низькочастотними. Фізична природа цих шумів дуже різноманітна, так, наприклад, в електронних лампах виникнення поверхневих шумів (флікер-шумів або шумів мерехтіння катода) обумовлене змінами фізико-хімічного стану матеріалу катода. Оскільки при цьому змінюється емісійна здатність окремих ділянок катода, то нестабільність емісії призводить до низькочастотних флуктуацій струму. На частотах близько десятка Гц флікер-шуми переважають на декілька порядків дробові шуми, але на частотах понад 1 кГц уже дробові шуми переважають флікер-шуми. В напівпровідникових приладах поверхневі шуми помітні до частот 1...10 кГц. У композиційних резисторах та вугільних мікрофонах ці шуми виникають через недосконалість контактів між окремими сплавленими між собою частками матеріалу, а в різного роду перемикачах, контакторах та реле - внаслідок контактних з'єднань з різних матеріалів, тому ці шуми також називають контактними.
Шуми струморозподілу виникають в електронних приладах та лампах унаслідок хаотичних змін траєкторій електронів і викликаних цим флуктуацій коефіцієнтів струморозподілу.
Шуми вторинної емісії обумовлені випадковим характером виходу вторинних електронів з електродів, їх амплітуда розподілена по нормальному закону, а спектральна густина не залежить від частоти.
Імпульсний шум пов'язаний з виробничими дефектами напівпровідникових приладів та інтегральних схем і представляє собою неперіодичні імпульси тривалістю від декількох мікросекунд до секунд, середня швидкість повторення яких коливається від одного імпульсу за хвилину до декількох сотень імпульсів за секунду. Амплітуда імпульсів для конкретного напівпровідникового пристрою стабільна і набагато перевищує амплітуду теплових шумів. Густина розподілу потужності пропорційна 1/f2, Імпульсний шум усувається покращенням технології виробництва.
Шуми генерації та рекомбінації носіїв спостерігаються в напівпровідникових приладах, є широкосмуговими і обумовлені флуктуацією концентрації носіїв, пов'язаних із статистичним характером їх генерації та рекомбінації.
Джерела неземних шумів, як випливає з їх назви, знаходяться за межами Землі та її атмосфери.
Радіовипромінювання Сонця - найбільш інтенсивний шум. Розрізняють дві компоненти цього шуму: теплове радіовипромінювання спокійного Сонця та нетеплове спорадичне. Перша компонента - теплове радіовипромінювання іонізованої атмосфери Сонця є джерелом радіохвиль міліметрового, сантиметрового, дециметрового та метрового діапазонів. Воно є основним у періоди мінімуму сонячної активності. Нетеплове спорадичне проявляється шляхом раптового збільшення інтенсивності (сплесків) радіовипромінювання й охоплює практично весь РЧС, починаючи від сантиметрових хвиль.
Радіовипромінювання Місяця носять тепловий характер і охоплюють в основному діапазони сантиметрових та міліметрових хвиль.
Космічне радіовипромінювання поділяється на розподілене та радіовипромінювання дискретних джерел. Розподілене радіовипромінювання спостерігається з усіх точок небесної сфери. З дискретних джерел вирізняють джерела теплового радіовипромінювання, найбільш інтенсивними з яких є туманності Омеги та Оріону, та нетеплового радіовипромінювання залишків спалахів понад нових зірок та радіогалактик, які також є потужними ДРВ, і найбільш інтенсивними з яких є радіогалактики Лебідь-А та Діва-А. Наприклад, у метровому діапазоні хвиль радіогалактика Лебідь-А створює майже такий потік енергії, як і Сонце, хоча віддалена від Землі в 3*1013 рази далі.
Внесок космічного шуму може бути суттєвим у частині шумів, що приймаються антенами РЕЗ, які розміщені в районах із низьким рівнем шумів, наприклад, у високих широтах.
Радіовипромінювання планет Сонячної системи близьке за характером до теплового і займає міліметровий та сантиметровий діапазони.
Атмосферні завади своїм походженням зобов'язані фізичним явищам, які відбуваються в земній атмосфері.
Грозові розряди відбуваються між хмарами та землею під дією статичних високих напруг, які досягають мільйонів вольт, внаслідок чого струм електричного розряду може досягати декількох сотень тисяч ампер і створювати інтенсивні електромагнітні поля. Тривалість розряду знаходиться в межах τ = (0,1...0,3) мс. Амплітуда спектральних складових імпульсу із збільшенням частоти спадає. Найбільше значення амплітуди відповідає частоті f = 1/τ , яка знаходиться в межах від З до 10 кГц. Для місцевих гроз інтенсивність завади падає з ростом частоти. Основним джерелом завад цього типу являються тропічні грози екваторіальних Америки й Африки та району Зондських островів. Радіохвилі, що виникають в процесі гроз, поширюються на значні відстані. На частотах, більш високих, ніж максимальна частота радіохвилі, яка відбивається від іоносфери, джерелами завад є місцеві грози. Тому атмосферний шум вважають вузькосмуговим і залежним від географічних координат пункту прийому. В різних регіонах земної кулі в будь-який момент відбувається близько двох тисяч гроз, що обумовлює квазістаціонарний характер завад від грозових розрядів. Рівень грозових шумів повільно змінюється протягом доби та року. Для прогнозу рівня завад користуються спеціальними картами, на які нанесені медіанні рівні завад на частоті 1 МГц для чотирьох пір року та шести добових інтервалів часу.
Статичні розряди виникають при накопиченні електричних зарядів під час метеорологічних опадів та при електризації приймальних антен. ЦІ завади широкосмугові, залежать від особливостей конструкції приймальної антени та умов її роботи, їх інтенсивність пропорційна силі вітру і найчастіше вони виникають в РПП літальних апаратів.
Радіовипромінювання атмосфери найбільш відчутні в діапазоні метрових та більш коротких хвиль. Джерелами електромагнітного випромінювання атмосфери є молекули кисню та водяної пари. Атмосферні шуми у діапазоні від 10 до 20 ГГц переважають над космічними.
Теплове випромінювання Землі за характером походження близьке до теплового випромінювання атмосфери,