Реальная чувствительность приемника

ВНУТРЕННИЕ ШУМЫ РАДИОПРИЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

Задание по расчету шумовых характеристик РПрУ

Варианты 1, 2

К входу приёмника подключён эквивалент согласованной антенны. Мощность шума приемника на выходе линейной части Р _Ш.ВЫХ (суммарная мощность собственного шума приемника и шумов эквивалента антенны). Определите приведенный к входу собственный шум приемника, если известна шумовая полоса ΔF_Ш и коэффициент передачи по мощности К_Р линейного тракта.

Таблица 1

№ варианта	, Вт	, МГц	, дБ

Варианты 3, 4

Приемник согласован с генератором сигналов, подмоченным к его входу. Коэффициент шума приемника Ш. Определите спектральную плотность собственного шума, приведенного ко входу приемника, и шумовую температуру приемника.

Таблица 2

№ варианта	Ш

Варианты 5, 6

Приёмник согласован с генератором сигналов, подключенным к его входу. Найдите отношение P_С/Р_Ш, на выходе преселектора приемника, если мощность сигнала, подводимая от антенны к входу приемника Р_{С ВХ}, шумовая полоса преселектора ΔF_Ш коэффициент шума преселектора Ш.

Таблица 3

№ варианта	РС ВХ, Вт	ΔFШ, МГц	Ш
		1.4

Варианты 7, 8

Приемник с шумовой температурой Т_Ш, и шумовой полосой ΔF_Ш согласован с антенной, имеющей шумовую температуру Т_Ш. Определите чувствительность приемника, если задан коэффициент различимости D.

Таблица 4

№ варианта	ТШ, К	ТА, К	ΔFШ, МГц	D

Варианты 9, 10

Определите коэффициент шума преселектора приемника, состоящего из входной цепи и УРЧ, если коэффициент передачи входной цепи по мощности равен К_Р, а коэффициент шума УРЧ − Ш.

Таблица 5

№ варианта	КР, дБ	Ш
	− 0.45	1.2
	− 0.6

1.2. Методические указания по выполнению задач раздела
«Внутренние шумы РПрУ»

Шумовые помехи

Шумовые помехи радиоприемному устройству можно разделить на два вида: внешние и внутренние.

Внешние шумовые помехи воспринимаются приемной антенной из части пространства, определяемой диаграммой направленности антенны, и обусловлены тепловым движением зарядов в атмосфере Земли, на ее поверхности и в космическом пространстве. Этот вид помех создает шумы антенны и оценивается величиной мощности Р_ША, рассеиваемой на входной проводимости приемника.

Внутренние шумовые помехи обусловлены активными проводимостями приемника, его усилительными приборами. Эти шумы характеризуются мощностью Р_{Ш СОБ} рассеиваемой на нагрузке линейной часта РПрУ (на выходе УПЧ), Часто внутренние шумы пересчитываются к входу приемника и рассматриваются как результат действия некоего шумового генератора, подключенного к входу приемника. При этом приемник полагается нешумящим. Мощность шума Р'_{Ш СОБ}, пересчитанная к входу приемника, рассчитывается по формуле

,

где Р'_{Ш СОБ} − внутренние шумы на выходе линейной части РПрУ, К_Р − коэффициент передачи по мощности линейной части приемника.

Внешние и внутренние шумовые помехи некоррелированы, поэтому мощность результирующего шума на входе приемника определяется как

.

Шумовые помехи обычно приводятся к единому эквиваленту — белому шуму, спектральная плотность мощности которого постоянна во всей полосе частот (под спектральной плотностью N₀ понимается мощность, приходящаяся на единичную полосу, величина N₀ имеет размерность Вт/Гц).

Шумы антенн

При оценке шума антенны отвлекаются от физических причин, вызывающих этот шум, и считает его тепловым шумом резистора, сопротивление которого равно сопротивлению излучения приемной антенны.

Если антенна согласована с входом приемника, то мощность шума Р_{Ш А}, рассеиваемая на входной проводимости приемника, рассчитывается по формуле

,

где К − постоянная Больцмана, К = 1,37×10^-23 Дж/гр,

Т_А − шумовая температура антенны, выраженная в градусах по Кельвину,

ΔF_Ш − шумовая полоса линейного тракта приемника, Гц.

Под шумовой температурой антенны Т_А понимают такую температуру, до которой нужно нагреть сопротивление резистора, по величине равного сопротивлению излучения антенны, чтобы шум резистора стал равным шуму реальной антенны. Под шумовой полосой четырехполюсника ΔF_Ш понимают полосу пропускания идеализированного четырехполюсника с прямоугольной амплитудно-частотной характеристикой, у которого мощность шумов на выходе равна мощности шумов на выходе реального четырехполюсника.

Если к входу приемника подсоединен эквивалент согласованной антенны, то мощность шумов эквивалента антенны, рассеиваемая на входной проводимости приемника, рассчитывается, как

,

где Т₀ − температура окружающей среды (за стандартную температуру обычно принимают (Т₀=300 К).

При оценке шумовых свойств РПрУ одним из основных показателей уровня собственных шумов приемника является коэффициент шума Ш.

Коэффициент шума

Коэффициент шума Ш показывает степень ухудшения отношения сигнал-шум на выходе линейкой части приемника по сравнению о этим же отношением на входе. т.е.

.

Учитывая, что мощность Р_{Ш ВЫХ} содержит две составляющие — усиленную в Р_Р раз мощность Р_{Ш А} и мощность Р_{Ш СОБ} собственного шума линейной части приемника, можно показать, что мощность собственных шумов приемника, приведенная к его входу, Р̀̀_ШСОБ (при согласованной антенне)

,

а спектральная мощность этих шумов

,

где Т₀ − температура окружающей среды.

Величину Т₀ (Ш – 1) называют шумовой температуройприемника и обозначают через Т_Ш.

При последовательном включении каскадов результирующий коэффициент шума такого устройства, Ш_Σ, может быть выражен через коэффициент шума Ш_i каждого из каскадов и их коэффициенты передачи по мощности К_Рi

Выражение для Ш_Σ справедливо в предположении, что каждый предыдущий каскад согласован с последующим и полоса пропускания последующих каскадов не больше полосы пропускания предыдущих.

Когда один из последовательно соединенных каскадов представляет собой пассивный четырехполюсник, например, входную цепь, то следует помнить, что коэффициент шума Ш_i этого четырехполюсника, согласованного с источником сигнала, и коэффициент передачи его по мощности К_Рi связан соотношением

.

Располагая данными о коэффициенте шума приемника, можно определить его чувствительность.

Реальная чувствительность приемника

Чувствительность радиоприемника характеризуется наименьшей входной мощностью сигнала Р_СВХ, при которой на выходе линейной части приемника реализуется заданное отношение сигнал/шум . Величина D называется коэффициентом различимости и в каждом конкретном случае зависит от типа сообщения, вида сигнала, метода обработки сигнала и способа определения ошибок воспроизводимого сообщения.

Формула для определения чувствительности приемника записывается в виде

,

где Т_А − шумовая температура антенны,

ΔF_Ш − шумовая полоса приемника,

Ш − коэффициент шума приемника.

2. ВХОДНЫЕ ЦЕПИ РАДИОПРИЁМНЫХ УСТРОЙСТВ (ВЦ)