Вопрос 3. Коэффициент шума и шумовая температура рпу

Основную роль с точки зрения шумов играют входные каскады РПУ, которые обладают определенной ПП. Обычно спектральная плотность шума примерно постоянна в ПП (шумовая полоса):

К(f) – коэффициент передачи,

К₀(f) – коэффициент передачи на частоте настройки.

Это уравнение нормированной АЧХ. Шумовая полоса примерно равна ПП РПУ по уровню 0,5 (-6 дБ):

С целью количественной оценки шумовых свойств приемника используют понятие коэффициента шума или шумовой температуры, которые определяют для линейной части тракта РПУ, то есть до первого до малых шумов звена (детектора).

Для оценки используется линейный четырехполюсник, к входу подключается источник с сопротивлением R_{генератора}, который является одновременно источником шумов.

Шумовая ЭДС (источника) - уравнение Найквиста:

k - постоянная Больцмана, Т - шумовая температура, П_Ш - шумовая полоса.

При выполнении условия согласования R_Г =R_ВХ:

Р_ШВХ = Е²/4R_г = Е²/4R_ВХ = kТП_Ш.

Если имеет место рассогласование (R_Г не равно R_ВХ), то в эту формулу добавляется коэффициент рассогласования: Р_ШВХ = ŋkТП_Ш.

ŋ=4R_ВХR_Г/(R_ВХ+R_Г)².

При не шумящем устройстве мощность шума на выходе от источника:

В реальном устройстве к шумам источника сигнала добавляются собственные шумы РПУ: Р_ШВЫХ = Р_{Ш_ВЫХ_ИСТ} + Р_{Ш_СОБСТВ}.

Поэтому шумовые свойства реального устройства оцениваются коэффициентом шума. Коэффициент шума показывает, во сколько раз мощность шума на выходе реального радиоприемника мощность шумов не шумящего устройства.

Для объективной оценки шумовых характеристик принимают шумовую температуру источника равной комнатной температуре.

Коэффициент еще шума:

Для каскадно включенных активных и пассивных 4-х полюсников, которые линейны относительно слабых сигналов и шумов:

Для супергетеродинного приемника при согласовании:

.

То есть шумовые свойства РПУ определяются в основном входными каскадами.

Для оценки шумовых свойств МШУ, у которого коэффициент шума около 1, используют понятие «эквивалентной шумовой температуры»:

Тш = (N-1)Тo, которая показывает, на сколько дБ повышена абсолютная температура сопротивления источника, подключенного ко входу идеального не шумящего устройства, чтобы мощность шумов на его выходе равнялась мощности шумов реального устройства (применяется для СВЧ).

Связь между коэффициентом шума и чувствительностью РПУ

Тракт ПРУ может быть представлен в виде 4х полюсника:

(С/Ш) = Р_С.ВЫХ/ Р_Ш.ВЫХ

Отношение С/Ш зависит от характера принимаемого сообщения, требуемого качества приема и модуляции.

Реальная чувствительность – чувствительность, которая определяется заданным С/Ш на выходе => Р_С.ВХ = Р_С.ВЫХ/К_Р = Р_Ш.ВЫХ(С/Ш)₀/К_Р.

Пороговая чувствительность - определяется уровнем входного сигнала, при котором (С/Ш) = 1.

Полная мощность шумов на входе:

Р_Ш.ВХ = Р_Ш.А + Р_{Ш.ПР.ПРИВ},

где Р_Ш.А = kT_AР_Ш, Р_{Ш.ПР.ПРИВ} = Р_{Ш.СОБСТВ} / К_Р = (N-1) kT₀П_Ш.

Мощность шумов на выходе Р_ШВЫХ= kT₀П_Ш(N-1) К_Р.

Поскольку (С/Ш)=const, тогда P_A0 = P_С.ВХ = Р_Ш.ВЫХ(С/Ш)₀/К_Р = kT₀П_Ш(t_А + N-1)*(С/Ш)₀. Следовательно реальная чувствительность РПУ зависит от коэффициента шума.

Для повышения чувствительности нужно применять малошумящие элементы (уменьшить N).

В ряде случаев шумящие каскады принудительно охлаждают. Можно также понизить шумовую полосу. И наконец – применять помехоустойчивые сигналы.