1.2.2. Естественные помехи.

Классификация радиопомех естественного происхождения показана на рис. 1.2.1, б. Под внутренними шумами подразумеваются электромаг­нитные колебания, возникновение которых обусловлено строением ве­щества, физической сущностью электрических токов, электронных приборов, качеством и чистотой применяемых материалов для изго­товления элементов электронных схем и электронных приборов. Ис­точниками внутренних шумов являются все элементы РЭС. Одним из источников внутренних шумов является тепловое движение электро­нов. Помехи, возникающие вследствие теплового движения электронов в веществе, называются тепловым шумом. Для оценки действующего напряжения шумов в разомкнутой цепи используют выражение

,

где K = 1,38 • 10"23 Дж/К — постоянная Больцмана; Т — абсолют­ная температура, К; R — активное сопротивление цепи, Ом; Д/ — полоса пропускания шумов, Гц.

Тепловой шум возникает во всех элементах РПрУ, обладающих активным сопротивлением. Спектральная плотность шумового напря­жения постоянна в очень широком частотном диапазоне. Активное сопротивление цепи часто характеризуют номинальной мощностью, которая выделяется в согласованной нагрузке,

Так как в правой части последнего выражения переменной вели­чиной при исследовании шумов в конкретном устройстве является тем­пература, то ее можно считать мерой величины шума.

Дробовой шум возникает в электронных лампах и полупроводни­ковых приборах. Он обусловлен флуктуациями тока относительно среднего значения, связанными с дискретной природой электрического тока и случайным характером эмиссии электронов (или дырок).

Шумы поверхностного эффекта проявляются в различных элек­тронных устройствах. Физическая природа их различна. Общим ха­рактерным свойством этих шумов является обратно пропорциональ­ная зависимость плотности от частоты. Вследствие этого их часто на­зывают низкочастотными шумами.

Низкочастотный шум полу­проводниковых приборов, так же, как и резисторов, часто называют избыточным шумом. Источником появления избыточных шумов в ком­позиционных резисторах и угольных микрофонах часто является не­совершенство контактов между отдельными сплавленными между со­бой частицами. Шумы, обусловленные поверхностным эффектом, воз­никают во всех случаях, когда соединяются два материала, например в контактах переключателей и реле. В связи с этим их называют кон­тактными шумами. Рас­пределение амплитуд шумов поверхностного эффекта подчиняется нормальному закону.

Импульсный шум связан с производственными дефектами полупро­водниковых приборов и интегральных схем. Его можно устранить, улучшив технологию производства. Импульсный шум представляет собой резкие выбросы длительностью от нескольких микросекунд до секунд. Процесс выбросов непериодический. Средняя скорость повторения импульсов колеблется от одного импульса в минуту до не­ скольких сот импульсов в секунду. Амплитуда импульсов для конкрет­ного полупроводникового устройства стабильна и намного превышает амплитуду тепловых шумов. Плотность распределения мощности про­порциональна 1/f^2.

Шумы генерации и рекомбинации носителей наблюдаются в полу­проводниковых приборах. Они обусловлены флуктуацией концентра­ции носителей, связанных со статистическим характером их генера­ции и рекомбинации. Ток в полупроводнике можно представить в виде последовательности импульсов, длительность которых определяется продолжительностью существования носителя от момента генерации до момента рекомбинации.

Шумы генерации и рекомбинации носителей широкополосны.

Вторая составляющая помех естественного происхождения (см. рис. 1.2.1, б) представляет собой внеземные шумы и атмосферные помехи. Как следует из назва­ния, источники этих радиоизлучений находятся за пределами Земли и ее атмосферы. Изучением внеземных источников занимается радио­астрономия. Поскольку, рассчитываемое РПрУ работает в диапазоне частот от 80 до 100 кГц, на котором внеземные шумы и атмосферные помехи практически себя не проявляют, эти виды помех мы рассматривать не будем [1, стр. 78.].

Следующая группа помех естественного происхождения связана с распространением радиоволн (см. рис. 1.2.1, б). Эти помехи проявля­ются в колебаниях уровня принимаемого сигнала (замираниях) и его искажениях.

Замирания, обусловленные отражением и рассеянием радиоволн, происходят вследствие интерференции волн в месте приема. При отра­жении радиоволн от объектов, положение которых меняется со вре­менем или меняются их конфигурация и электрические параметры, наблюдается так называемая дискретная флуктуирующая многолучевостъ. В месте приема напряженность поля определяется путем интер­ференции некоторого (сравнительно небольшого) числа приходящих разными путями радиоволн. Вследствие нестабильности условий отражения меняется число приходящих радиоволн, а также фазовые и амплитудные соотношения. Результирующее поле в месте приема испытывает более или менее глубокие колебания амплитуды напря­женности поля. Радиопомехи этого вида интенсивно проявляются в диапазонах гектометровых и декаметровых волн. В гектометровом диапазоне напряженность поля сигнала изменяется в десятки раз», а длительность замираний достигает десятков секунд. Различают за­мирания, возникающие при интерференции земной волны и волны, отраженной от ионосферы, и замирания, возникающие в результате интерференции двух и более пространственных радиоволн, претер­певших отражения от ионосферы. В диапазоне декаметровых волн происходит интерференция нескольких пространственных радиоволн отличающихся углами наклона траектории и временем прихода. В результате интерференции наблюдаются быстрые замирания с рас­пределением амплитуд, близких к распределению Релея. Скорость замирания, под которой подразумевается количество пересечений огибающей сигнала в положительном направлении заданного уровня в течение 1 мин, может быть больше десяти. Причем эта величина зави­сит от протяженности радиотрассы.

Кроме замираний, возникают искажения сигналов, которые обус­ловлены не-одновременностью прихода радиоволн. При этом наблю­даются флуктуации группового времени запаздывания и амплитудно-частотные искажения. Для уменьшения искажения следует приме­нять антенны с высоким коэффициентом усиления и использовать разнесенный прием по частоте или в пространстве.

Помехи, обусловленные флуктуациями поглощения радиоволн, проявляются в виде замираний. Причинами флуктуации поглощения радиоволн являются статистическое распределение интенсивности осадков вдоль радиотрассы, колебания коэффициента поглощения при изменении состояния различных слоев атмосферы, флуктуации протяженностей участков радиотрассы в поглощающих слоях и т. п.

Искажения сигналов за счет эффекта Доплера наблюдаются в линиях радиосвязи, использующих рассеяние радиоволн на неоднородностях ионосферы или ретрансляцию на искусственных спутниках Земли. В связи с быстрым перемещением турбулентных неоднородностей в ионосфере или спутника происходит допплеровское смещение частоты. В линиях ионосферного рассеяния это смещение проявля­ется в виде свистов и меняется во времени. Максимальный сдвиг на частоте 50 МГц может составить б кГц. Для борьбы с этими помехами в линиях ионосферного рассеяния для частотной телеграфии рекомен­дуется применять частотную девиацию свыше 6 кГц. При связи через искусственные спутники допплеровский сдвиг частоты изменяется за­кономерно и может учитываться заранее.