Накопление собственных помех в линейном тракте

Одним из существенных недостатков аналоговых систем передачи является накопление собственных помех в линейном тракте по мере прохождения сигнала. Рассмотрим участок линейного тракта, состоящий из источника сигнала (генератора), линии передачи (ЛП) и усилителя (У) (рисунок 3.21).

Рисунок 3.21 – Схема участка линейного тракта

Генератор содержит в своем составе усилитель с мощностью собственных шумов, приведенных ко входу, и коэффициентом усиления по мощности К. Мощность собственных шумов складывается из мощностей тепловых и дробовых шумов.

, (3.1)

где – постоянная Больцмана,

Т – температура, – полоса частот линейного тракта.

Мощность дробовых шумов характеризуется коэффициентом шума

. (3.2)

Он показывает, во сколько раз уменьшается отношение сигнал-шум на выходе усилителя за счет возникновения дробовых шумов, или во сколько раз увеличивается мощность шума, приведенная ко входу усилителя. Уровень собственных шумов, приведенных ко входу с учетом (3.2):

, (3.3)

где – потери шумозащищенности.

Мощность шума на выходе генератора Р_сп1×К. Распространяясь по линии, сигнал и шум затухают и это затухание по мощности есть А. В линейном тракте должно соблюдаться условие поддержания одного и того же уровня сигнала. Для этого коэффициент усиления должен быть равен затуханию в линии

К = А. (3.4)

Если перейти к уровням передачи, то

К_дБ = al, (3.5)

где К_дБ – коэффициент усиления в дБ;

l – длина участка линейного тракта, км;

a – коэффициент затухания линии, дБ/км.

При выполнении условия (3.4), на входе усилителя шумы генератора и шумы усилителя будут суммироваться. Поскольку источники шума не коррелированны, то это суммирование можно проводить без учета фазовых соотношений, не когерентно. Поэтому суммарная мощность шумов будет

Р_спå = Р_сп1 + Р_сп2.

Этот процесс можно продолжить. Для m участков получим:

Р_спå (0) = = Р_сп . (3.6)

Уровень суммарной, приведенной к ТНОУ(1mВт), помехи найдем из (3.6)

р_спå(0) = = р_тш + d + K_дБ + – р_{г .} (3.7)

При составлении (3.7) учитывался уровень теплового шума на входе усилителя р_тш, уровень коэффициента шума (потери шумозащищенности) d, а так же те факторы, что результирующий шум находится на выходе последнего участка, содержащего усилитель с коэффициентом усиления К, и мощность на выходе генератора р_ген может отличаться от значения 1 мВт. Поэтому в (3.7) в правой части вычитается уровень p_г, соответствующий мощности Р_ген.

При рассмотрении и расчете линейных трактов вводится понятие оптимальной длины усилительного участка l₀, такой, при которой мощность собственных помех на выходе усилителя точно равна нормативному значению. Чтобы найти l₀, подставим в (3.7) К_дБ = a l₀ и выразим m через длину тракта L_m и длину участка

р_спå = р_тш + d +al₀ + 10 lg – р_ген.. (3.8)

Уравнение (3.8) относительно l₀ является нелинейным и может быть решено численными методами или графически (рисунок 3.22).

Для уменьшения влияния собственных помех (увеличение защищенности) необходимо уменьшить полосу частот приемного тракта Df и применять малошумящие усилители во входных каскадах приемников (снижение коэффициента шума).