Шумовая температура антенны. Коэффициент шума пассивного устройства.

Рассмотрим понятие шумовой температуры, распространяющейся на характеристику приемных антенн, в частности для характеристики приема шумового излучения из космоса и атмосферы.

Шумовой температурой антенны называется такая абсолютная температура, до которой требуется нагреть полное сопротивление антенны , чтобы мощность шума источника сигнала с данным внутренним сопротивлением было равно на выходе антенны в реальности.

В общем случае на выходе антенны определяется не только мощностью принимаемого шумового излучения, но и мощностью потерь в антенне.

Потери в антенне характеризуются сопротивлением потерь .

шумовая температура антенны.

Коэффициент шума пассивного устройства.

Определим коэффициент шума пассивного устройства в режиме согласования.

В дальнейшем анализ шумовых свойств будем проводить в режиме согласования.

Пассивный четырехполюсник.

Так как эквивалентная схема для расчета на выходе такая же как и эквивалентная схема для расчета на входе, то и мощность шума на выходе:

,

, где - коэффициент передачи по мощности.

Коэффициент шума пассивного устройства обратно пропорционален его коэффициенту передачи по мощности.

Определим коэффициент шума пассивного устройства, когда температура источника сигнала и температура пассивного устройство не равны.

12. Коэффициент шума последовательности шумящих четырехполюсников.

Часто возникает задача, где известны характеристики нескольких шумящих 4х полюсников. Необходимо определить коэффициент шума последовательности этих 4х полюсников.

Для уменьшения Кш ЛТ необходимо обеспечить достаточно большой коэффициент передачи по мощности УРЧ, малые потери в пассивном устройстве и малые значения собственного шума УРЧ. При таких условиях шум всех каскадов стоящих после УРЧ сказывается мало на Кш ЛТ. Если фидер имеет очень большое затухание, то установкой антенного усилителя можно исключить его влияние на чувствительность приемного устройства, при этом Кш ЛТ определяется лишь Кш антенного устройства.

13.Чувствительность приемного устройства.

Чувствительность характеризует способность приемника принимать слабый сигнал на фоне внутриполосных помех. Часто чувствительность приемника задается минимальным уровнем ЭДС сигнала в антенне, при котором качество сигнала на выходе приемника удовлетворяет минимальным требованиям.

Рассмотрим связь чувствительности приемника с параметрами линейного тракта и антенны.

Зададим отношение сигнал-шум на выходе линейного тракта

Считаем, что антенна согласована с приемником и все шумы, созданные антенной, характеризуются шумовой температурой Т_А.

Считаем, что Е_А соответствует чувствительности приемника. Найдем:

- шумовая температура линейного тракта.

, т.е. чувствительность приемника определяется сумой шумовых температур антенны и линейного тракта.

Для СВЧ приемников чувствительность удобнее характеризовать не минимально возможной ЭДС в антенне, а минимально допустимой мощностью, выделяемой на входе приемника:

Если приемники имеют переменную полосу пропускания, то чувствительность удобно характеризовать минимально допустимой удельной мощностью сигнала на входе приемника:

где Т₀ – паспортное значение шумовой температуры, - относительная шумовая температура, кТ₀=4*10^-21 Вт/Гц.

Чувствительность часто задается в единицах кТ₀ (например, чувствительность равна 4кТ₀=16*10^-21В/Гц).

14.Основные нелинейные эффекты в линейном тракте.

Мощные внеполосные помехи создают ряд нелинейных эффектов: блокирование сигнала, перекрёстная модуляция и интермодуляция. Блокирование сигнала проявляется в виде снижения коэффициента передачи полезного сигнала в тракте при воздействии мощных внеполосных помех. Существует несколько механизмов воздействия мощной помехи на коэффициент передачи линейного тракта. Рассмотрим наиболее наглядный механизм, который проявляется в схеме усилителя с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. Наличие мощной помехи увеличивает постоянную составляющую тока коллектора. За счет обратной связи по постоянному току через резистор эмиттера происходит подзапирание транзистора, рабочая точка смещается в область меньших токов, а следовательно в область меньшей крутизны транзистора. Если одновременно с помехой присутствует полезный сигнал, то для него происходит уменьшение коэффициента передачи каскада за счет снижения крутизны транзистора.

Перекрестная модуляция.

При перекрестной модуляции происходит перенос закона амплитудной модуляции помехи на сигнал – сигнал приобретает модуляцию помехи. Если помеха амплитудно модулирована, то рабочая точка УРЧ скользит по переходной характеристике транзистора в соответствии с законом модуляции помехой. По такому же закону меняется крутизна транзистора, а следовательно коэффициент передачи УРЧ. Полезный сигнал, проходя через усилитель с переменным во времени коэффициентом передачи, приобретает амплитудную модуляцию помехи.

Интермодуляция.

Явление интермодуляции состоит в том, что сумма 2х и более гармонических внеполосных помех за счет нелинейности амплитудной характеристики функционального узла, создает составляющие в полосе пропускания приемника.

Если сумму 2х гармонических сигналов подставить в выражение для степенного ряда , то можно показать, что на выходе нелинейного элемента присутствует сумма гармоник колебаний. где m и n=0,1,2,… .

Наиболее мощными являются колебания гармоник с малыми значениями m и n. Рассмотрим самую мощную: m=1, n=2, . Пусть имеет место воздействие 2х гармонических помех, которые на частотной оси расположены по 1 сторону от сигнала и находятся на равном расстоянии.

При данной помеховой ситуации происходит прохождение колебаний в полосу пропускания приемника.

Пусть , где F- небольшое значение частоты. Если учитывать на выходе УПЧ наличие помимо сигнала ещё составляющую , то можно утверждать, что в данном случае возникает явление биений 2х гармонических составляющих с близкими частотами. Изменение амплитуды суммарного сигнала с частотой фиксирует демодулятор, на его выходе появляется паразитная спектральная составляющая с частотой .

Методы борьбы с нелинейными эффектами.

1. Использование усилительных приборов с широким динамическим диапазоном.

2. Повышение избирательности фильтров, стоящих до усилительных приборов.

3. Установка аттенюатора на входе приемника. Данный метод применим, если имеется запас по мощности сигнала.

15.Частотная избирательность приемного устройства. Полоса пропускания.

Избирательность характеризует способность приемника выделять полезный сигнал из окружения мощных внеполосных помех.

Величина избирательности показывает, во сколько раз помеха может превышать оговоренный уровень сигнала на входе приемника, чтобы качество сигнала выходе приемника соответствовало минимальным требованиям.

, где - напряжение помехи, отстроенной от сигнала на величину Δf, - напряжение полезного сигнала.

Так как внеполосные помехи могут быть мощными, возникает задача способности приемника принимать полезные сигналы при одновременном воздействии внеполосных помех, которые вызывают нелинейные эффекты в линейном тракте.

С этой целью оценку избирательности приемника производят имитируя помеховую обстановку в реальности. Т.к. в реальности источников помех должно быть несколько, то при измерении избирательности используют столько генераторов, сколько источников помех ожидается в реальности.

С целью сокращения затрат на измерения используют 2 или 3 генератора. Один из них имитирует сигнал, другой имитирует зеркальную, либо соседние помехи. Если используется 2 помеховых генератора, то исследуется явление интермодуляции. Если уровень внеполосных помех таков, что нелинейные эффекты в линейном тракте незначительны, и ими можно пренебречь, то оценку избирательности приемника можно упростить, используя односигнальную методику измерения. В этом случае один генератор поочередно настраивается на частоту полезного сигнала и на частоты всех помех. В данном случае справедлив метод суперпозиции.

16.Автоматическая подстройка частоты гетеродина. Линейный режим.

Радикальным средством повышения стабильности частоты гетеродина является использование синтезатора частоты. Однако в ряде случаев включение синтезатора в состав приемника настолько повышает его стоимость, что теряется целесообразность его использования. В этом случае целесообразно использовать систему АПЧГ. Рассмотрим обобщенную структуру АПЧГ.

Если под воздействие дестабилизирующих факторов меняется частота гетеродина (ГУН), то на эту же величину меняется f_ПЧ. Это отклонение фиксируется дискриминатором, на выходе которого формируется напряжение, знак и величина которого соответствуют отклонению частоты. После фильтрации в ФНЧ напряжение воздействует на управляющий элемент (часто варикап), который компенсирует отклонение частоты ГУН.

Если дискриминатор является частотным, то имеет место ЧАП, если отклонение частоты фиксируется с точностью до фазы и дискриминатор фазовый, то это ФАПЧ, и в этом случае в состав системы входит кварцевый генератор.

Проанализируем простейший вариант в виде ЧАП. Различают 2 режима работы ЧАП- линейный и нелинейный. Если отклонение частоты гетеродина от требуемого значения мало и нелинейные свойства частотного дискриминатора проявляются слабо, то имеет место линейный режим, в противном случае – нелинейный.

Линейный режим.

Пусть под воздействием дестабилизирующих факторов f_г отклонилась на Δf гетеродина. С целью упрощения f_ПЧ=f_Г- f_С – т.е. верхняя настройка гетеродина. За счет действия системы АПЧ расстройка гетеродина уменьшается.

Δf_Гост.=Δf_ПЧост. – отклонение ПЧ от требуемого значения.

Δf_Гост.= Δf_Г- Δf_Грег., где Δf_Гост. – регулирующее воздействие с выхода управляющего элемента.

Δf_Гост≈S_упр.U_дискр., где S_упр. – крутизна управляющего элемента (считаем характеристику управляющего элемента линейной), _.U_дискр≈ S_д Δf_ост., S_д крутизна дискриминатора.

где - коэффициент частотной автоподстройки (К_ЧАП).

К_ЧАП показывает, во сколько раз уменьшается отклонение частоты гетеродина при использовании ЧАП. Увеличение К_ЧАП приводит к снижению устойчивости системы АПЧ. Для её повышения увеличивают постоянную времени ФНЧ – растёт инерционность системы. Система не успевает отрабатывать быстрые изменения частоты гетеродина, поэтому К_ЧАП, также как постоянная времени ФНЧ выбирают исходя из условий компромисса между противоречивыми требованиями: увеличение точности и быстродействия.

Обычно в расчетах К_ЧАП не более 20-25. Если рассматривать воздействие дестабилизирующих факторов как некое возмущение, прикладываемое ко входу ГУН, то относительно этого возмущения система ведёт себя как ФНЧ, то есть НЧ возмущения подавляются, а ВЧ проходят на выход системы без изменений.