Внутренние шумы приемников

Внутренние шумы возникают в пассивных элементах радиоприемных устройств - резисторах, фильтрах, линиях передачи и в активных приборах, работа которых связана с наличием управляемых потоков носителей заряда 131.

Свободные носители заряда, имеющиеся в каждом активном резисторе, хаотически перемещаются под воздействием теплового возбуждения, в результате чего возникают хаотические токи, создающие падение напряжения на сопротивлении резистора. Хаотические токи и напряжения, возникающие под воздействием теплового возбуждения, называются тепловыми шумами. Таким образом, любой резистор R с электронной или дырочной

электропроводностью является источником теплового шума, что на его шумовой эквивалентной схеме может быть отражено генератором шумовой ЭДС е_ш или генератором шумового тока /_ш, включенным, как показано на рис. 2.5, а (здесь и далее шумящие элементы заштрихованы).

Средние значения шумового напряжения и тока равны нулю, так как все направления случайных перемещений элементарных носителей заряда равновероятны. Ширина энергетического спектра тепловых шумов в принципе ограничена и обусловлена средней длительностью импульса, создаваемого перемещением элементарного носителя заряда. Практически эта длительность настолько мала, что допущение о равномерности энергетического спектра оказывается справедливым до частот порядка 10^й — —10^11! Гц, т. е. во всем радиотехническом диапазоне волн.

Энергетические спектры шумовых напряжения и тока определяются формулами Найквиста

Средние квадраты (дисперсии) равны:

где к -- 1,38 • 10"²³ Дж/К — постоянная Больцмана; Т — температура, К; А/ == /₂ — /i — диапазон частот от /_х до /₂, Гц.

В полупроводниковых активных приборах (биполярных и полевых транзисторах) и диодах между активной зоной и внешними выводами всегда существует некоторое сопротивление, созданное объемом полупроводника. Оно является источником теплового шума, интенсивность которого может быть рассчитана по формуле (2.15).

Кроме того, каждый р-я-переход является источником дробовых шумов. Физической причиной дробовых шумов являются флуктуации числа носителей заряда, проходящих через переход, подобно флуктуациям числа электронов, проходящих через промежуток катод — анод насыщенного вакуумного диода. Если среднее число носителей заряда, проходящих через p-n-переход или промежуток катод—анод в единицу времени, равно п, то средний (постоянный) ток i = nq, где q= 1,6 • 10~¹⁹ Кл—заряд электрона. Флуктуации тока относительно этого среднего значения и называют дробовым шумом. Пределы равномерной аппроксимации спектра дробовых шумов зависят от свойств и режима работы данного диода или транзистора и для современных СВЧ-при-боров доходят до частот порядка 10¹⁰— 10¹¹ Гц.

В указанных частотных пределах энергетический спектр дробового шума может быть записан по формуле Шотки:

Средний квадрат тока дробовых шумов

(2.\7)

Ток р-л-перехода состоит из двух составляющих — управляемого тока основных носителей /_у1ф и неуправляемого тока неосновных носителей заряда /,„ называемого обратным током насыщения:

* = ("упр —% = Г₀ (е(»^£/«) _ ₁₎₍ ₍₂. ₁₈₎

где Е управляющее напряжение на переходе.

Эти составляющие обусловлены различными причинами и флуктуируют независимо. К каждой из них применима формула Шотки. Поэтому полный средний квадрат дробовых шумов р-я-перехода

Подставляя сюда ток i'_yiip, выраженный через полный ток перехода /_vnp - = i — ('„, получаем

(2.19)

При прямом смещении перехода (Е >0) i > 2i₀ и флуктуациями обратного тока можно пренебречь. При запертом переходе i» —i₀ и шумы перехода определяются флуктуациями обратного тока насыщения.

Как известно, биполярный транзистор состоит из двух р-я-переходов, разделенных областью базы. Эмит-терный переход работает при положительном напряжении смещения и является открытым, а коллекторный переход — закрытым. Это позволяет считать, что эмиттерный переход является источником дробового шума с Г &.др.э = 2qi₃Af, где /_э — постоянный ток эмиттерного перехода, а коллекторный переход создает дро-бовый шум с 1 *ш.д_Р.к = 2 <7t '_KOA/, где i_K0 — обратный ток насыщения коллекторного перехода.

Случайный процесс рекомбинации носителей заряда, инжектированных в базу из эмиттера, со свободными носителями заряда противоположного знака, всегда имеющимися в области базы, создает новый источник флуктуации коллекторного и базового токов. Рекомбинировавшие носители заряда создают ток базы (_б = i₃ (1 — — а), где а = 1„//_я — случайный коэффициент передачи эмиттерного тока в цепь коллектора.

Значение а флуктуирует относительно среднего значения а, что обусловлено флуктуациями числа ре-комбинировавших носителей заряда.

Флуктуации коллекторного и базового токов по этой причине называют шумами рекомбинации, которые в цепях коллектора (/_ш._р._к) и базы ((щ.р.б) жестко коррелированы. В любой момент времени 1_т-_к. = — 1 _ш._р.б> а средние квадраты шумовых токов рекомбинации могут быть вычислены по формуле

причем а — а,„ где а₀ — паспортное значение коэффициента передачи эмиттерного тока.

Шумы рекомбинации статистически не связаны ни с тепловыми шумами объемных сопротивлений транзистора, ни с дробовыми шумами переходов (в обычных рабочих режимах), а по своим статистическим свойствам приближаются к нормальному шуму с практически равномерным энергетическим спектром во всем радиотехническом диапазоне частот.

На рис. 2.5, б приведена одна из возможных эквивалентных шумовых схем биполярного транзистора, построенная на основе физической П-об-разной эквивалентной схемы. Здесь генератор шумовой ЭДС е_шб отображает тепловые шумы объемного сопротивления базы г_й, генераторы шумовых токов £'_ш>эв и»_ш<эк — дробовые шумы эмиттерного перехода. Этот шумовой ток разветвляется на два полностью коррелированных шумовых тока 1,„._дв и 1_ш._ан в цепях ба-

зы и коллектора. Очевидно, что

'ш.эб ⁼ (1 ^ао) 'ш.э> 'ш.эк "G'o'iii.ei

соответственно |*5,._эв = (1 — а₀)²

(ш.вк = а&'ш .э. Генератор шумово] тока г'_ш._к учитывает дробовые шум' обратного тока насыщения коллекторного перехода и шумы рекомбинации (отнесенные к коллекторному переходу), т. е. й._к = 2q7_KO Af -j +2qi _aa₀ (1 — a„) Af.

В полевых транзисторах существуют дробовые шумы тока утечки затвора, тепловые шумы объемных сопротивлений истока и стока (с учетом немодулированной части канала), а также тепловые шумы канала, являющегося по существу управляемым резистором.

Средний квадрат шумового тока в цепи стока, вызванного шумами канала, может быть приближенно рассчитан по формуле

7_ш._и._к = 4*Г(2/3-3/4)5Д/, (2.21)

где S — крутизна сток-затворной характеристики транзистора; значение коэффициента 2/3— 3/4 зависит от материала, геометрии, технологии производства и других свойств транзистора.

Кроме рассмотренных в активных приборах возникают низкочастотные шумы, интенсивность которых убывает обрдтно пропорционально частоте (избыточный шум), и низкочастотные импульсные шумы. Эти виды шумов существенны для усилителей низкой частоты. В усилителях высокой частоты ими можно практически пренебречь.

Для обобщенного анализа шумовых характеристик усилительных устройств целесообразно ввести понятие шумящего четырехполюсника и его канонической шумовой эквивалентной схемы, к которой может быть сведена любая конкретная шумовая схема, построенная на основе физических представлений о природе, местах возникновения и интенсивности источников шума.

Пусть имеется линейный активный или пассивный четырехполюс-

ник, содержащий внутри источники шумов, т. е. шумящий четырехполюсник (рис. 2.6, а). Для описания этого четырехполюсника выберем систему К-параметров. Замкнув накоротко входные /—/ и выходные 2—2 зажимы четырехполюсника, можно видеть, что под воздействием внутренних источников шумов в замыкающих проводах возникнут шумовые токи i_ml и fmi (рис. 2.6, б)..

Такой же эффект можно получить, считая, что токи i_mu 1ш₂ возникают под воздействием не внутренних источников шумов, а внешних по отношению к четырехполюснику генераторов ШуМОВЫХ ТОКОВ 1_Ш1 ^и 'ш2

(рис. 2.6, в). Для того чтобы при дальнейших расчетах пользоваться обычным символическим методом переменных токов с использованием комплексных У-параметров, необходимо представить шумовые токи <'_ш1, 1_Ш2 в виде комплексных спектров. Положим, что средний квадрат модуля комплексного спектра достаточно точно соответствует энергетическому спектру бесконечного случайного процесса, Т. е. |/_ш (/)!'- «G. (/). На основа-

нии этого заменим генераторы шумовых токов i_ml, 1_ш2 генераторами синусоидальных токов с комплексными амплитудами спектральных составляющих (/), /_ш2 (/) (рис. 2.6, г). Поскольку одни и те же внутренние источники шумов дают свои вклады в /_Шг (/). /ш2 (/). ^эти спектральные составляющие оказываются коррелированными с комплексным коэффициентом корреляции р/_ш1_/_ш2-

Для удобства суммирования мощностей шумов все шумы четырехполюсника можно привести к его входным или выходным зажимам. Чаще используют первый способ. В этом случае шумовой ток/_ш2 при коротком замыкании на выходе образуется за счет действия генератора шумовой ЭДС Е_ш на входе четырехполюсника. Эквивалентность схем соблюдается,

еСЛИ Е__т — ]_mJYji, fji — [an —

— ^ш^и (рис. 2.6, д). Если же входную проводимость четырехполюсника Кц вынести за его пределы и включить как внешнюю проводимость между входными зажимами (рис. 2.6, е), то ток генератора /_ш — /_ш,.

Генераторы шумовой ЭДС Е_ш и шумового тока /_ш (или /щ) оказываются коррелированными. Для схемы рис. 2.6, е можно записать

(2.22)

Схемы рис. 2.6, б, е представляют собой разновидности канонической шумовой эквивалентной схемы шумящего четырехполюсника.

Введем шумовые параметры четырехполюсника — шумовое сопротивление Rus, шумовую проводимость G_m и проводимость корреляции К_кор = = G_K0P + jB_K0P. По своему смыслу они заменяют реальные шумы четырехполюсника статистически связанными (К_кор) тепловыми шумами внешних сопротивлений R_m и проводимости G_m при комнатной температуре. По определению,

Отметим, что сопротивление /?_ши проводимости 0_Ш, F_Kop реально не существуют, потерь и расстроек в цепи, включенные между входными зажимами четырехполюсника, не вносят и учитываются только при шумовых расчетах.

Иногда удобно считать, что шумовой ток /_ш создается реально существующей активной входной проводимостью четырехполюсника G_n. Тогда вместо шумовой проводимости G_m в качестве шумового параметра следует ввести шумовую температуру проводимости G_u:

(2.26)

или относительную шумовую температуру

'и Т_и,Т„. (2.27)

Очевидно, что G_m~t_uG_lu (2.28)

Таким образом, полное описание шумовых свойств четырехполюсников может быть выполнено с помощью четырех шумовых параметров: Я_ш,

N)i GKOp, 5кор.

§ 2.4. Внешние шумы

Внешние шумовые помехи порождаются термоядерными процессами в звездах, движением заряженных частиц в космическом пространстве, поглощением и переизлучением атмосферой и поверхностью Земли шумового излучения Солнца и других источников шума.

Внешние шумы естественного происхождения принято называть шумами антенны, хотя, строго говоря, экранированная от внешнего электромагнитного поля антенна создавала бы только тепловые шумы активного сопротивления потерь R_n при температуре Тц_п, равной физической температуре элементов антенны.

Шумы реальной антенны, связанной с пространством, можно заменить эквивалентными тепловыми шумами полного активного сопротивления "антенны /?д, равного сумме сопротивления излучения /?2 и сопротивления потерь R_n при температуре Т_д = = (T_zRz + T_RnR_n)/(Rx + R_a). Можно считать, что антенна эквивалентна генератору шума со средним квадратом шумовой ЭДС

(2.29)

Обычно R_n «/?jH Т,\ 7_£.

Таким образом, расчет уровня внешних шумов сводится к определению шумовой температуры сопротивления излучения антенны Tz или t-z = Tz/T₀. Если точки небосвода с координатами ср, 8 характеризуются яркостной температурой Tj (ф, 9), а приемная антенна имеет коэффици-

ент направленного действия G (ф, 6), •то можно показать, что

где dQ — элементарный телесный угол.

Определим эффективный телесный угол диаграммы направленности антенны Q\ из условия GQ\ — [ G (ф,

9) dQ = 4л.

Тогда при точечном источнике излучения (Qj Q_A, Qj — телесный угол точечного источника с яркостной температурой Tj)

Если же Tj -■- const в пределах Яд, то

§ 2.5. Коэффициент шума и шумовая температура

Коэффициент шума и шумовую температуру вводят для количественной оценки шумовых свойств радиоприемных и усилительных устройств. Применительно к радиоприемным устройствам их вводят и вычисляют для линейных участков тракта, т. е. для

участков, расположенных до первого нелинейного для шума и слабого сигнала звена—ограничителя, детектора и др.

Будем далее рассматривать линейный шумящий четырехполюсник. К входным зажимам четырехполюсника подключается источник сигнала, который одновременно создает и шум — тепловой шум активной составляющей выходного сопротивления источника сигнала Z_c R_c + jX_c при темпе

ратуре Т_с (/). Если источником сиг нала является антенна, то роль R_c играет сопротивление антенны R_A = = Rx + R„, а роль 7_С (/) — шумовая температура антенны Гд (/). Четырехполюсник нагружен на сопротивление /?„. Сказанное иллюстрируется схемой рис. 2.7. Здесь

Кр(П = Р_с._выЛП/Рс.ы (2-33)

— коэффициент усиления четырехполюсника по мощности, причем Р_с _ВЬ1Х (/) — мощность гармонического сигнала частоты /, рассеиваемая на сопротивлении нагрузки R_H, а Р_с. _вх — мощность гармонического сигнала той же частоты, рассеиваемая на полном сопротивлении между входными зажимами четырехполюсника и неизменная при любой частоте сигнала.

Мощность шума, рассеиваемая на нагрузочном сопротивлении R_u, обусловлена как шумами четырехполюсника, так и шумами источника сигнала. Удельный вес шумов четырехполюсника в полной мощности шумов и характеризуется коэффициентом шума. Назовем дифференциальным реальным коэффициентом шума системы величину

Здесь индексы «рс» и «ч» означают реальный источник сигнала, т. е. источник с реальной шумовой температурой Т_с (/), и четырехполюсник. Они указывают, чем обусловлена соответствующая мощность шума на выходе — шумами источника сигнала или (и) шумами четырехполюсника. Мощности шумов берут в бесконечно узкой полосе df, охватывающей частоту /.

Как видно, реальный коэффициент шума зависит от шумовых свойств ис-

Рис. 2.8

точника сигнала Т_с (J) и, следовательно, не является объективной мерой шумовых свойств четырехполюсника. Для устранения этого недостатка шумовую температуру источника сигнала стандартизируют и принимают равной комнатной температуре Т_с (/) = т₀ = 300 К. При этом получается «комнатный» дифференциальный коэффициент шума, который обычно называют просто коэффициентом шума и обозначают Д'_ш (/). Оба коэффициента шума связаны соотношением

Шумы всей системы при определении коэффициента шума можно приводить не только к выходу, но и ко входу четырехполюсника, т. е. всегда можно записать

Шумы четырехполюсника могут быть заменены эквивалентными шумами источника сигнала.

Температуру, до которой следует дополнительно «нагреть» активную составляющую выходного сопротивления (проводимости) источника сигна- ^ла (T₄(f)) для получения на выходе (на входе) при идеальном нешумящем четырехполюснике такой же мощности шумов, как и при реальном шумящем,

называют собственной шумовой температурой четырехполюсника (или шумовой температурой четырехполюсника). При этом единственным шумящим элементом системы остается резистор R_c (рис. 2.8).

Поскольку коэффициент шума и шумовая температура отражают одни и те же шумовые свойства четырехполюсника, они связаны друг с другом. Эту связь легко установить. Если в схеме рис. 2.8 представить шумы резистора R_c генератором шумовой ЭДС_со средним квадратом de^.₃ = - сЙ._с+(Й._ч = 4k [Т_с (/) + Т_ч (/)] х xR_cdf, то мощность шума, создаваемую этим генератором на входе четырехполюсника, можно рассчитать, умножив def_u, на «проводимость передачи» входной цепи Квц(/). Следо. вательно, для схемы рис. 2.8 реальный дифференциальный коэффициент шума

Отсюда 7^,,(/>=Г_в(/)1/(_ш._р(/)-11«= Т₉[К_Ш (/)-!]. (2.38)

Как видно, шумовая температура четырехполюсника не зависит от шумовой температуры источника сигнала, что является ее определенным преимуществом как меры шумовых свойств по сравнению с коэффициентом шума. i

Дифференциальный коэффициент шума вычисляют (измеряют) на данной рабочей частоте, что позволяет установить частотную зависимость шумовых свойств четырехполюсника.

Если мощности шумов в выражениях, определяющих понятие коэффициента шума 1см. (2.34), (2.36)1 бе-

рут в полосе прозрачности системы источник сигнала — четырехполюсник, то получается интегральный коэффициент шума:

(2.39)

ГДе иш,|1|1._ч (/)> ^ш.вых.с

if) — энергетические спектры шумов на выходе, созданных четырехполюсником и источником сигнала.

Для схемы рис. 2.8 при «комнатном» источнике сигнала Т_с (/) = Т₀ можно записать

Введя понятие шумовой (энергетической) полосы пропускания системы источник сигнала — четырехполюсник (Г1_ш) из условия

. (2-41) получаем

(2.42)

Отсюда следуют выражения, связывающие интегральный коэффициент шума К_ш ^и интегральную шумовую температуру Г., с дифференциальными величинами и друг с другом:

» В качестве частоты /₀ обычно берется центральная частота кривой

Если энергетический спектр шумов четырехполюсника, пересчитанных к источнику, является равномерным, т. е. б„_ш _ч (/) = const, то и К_ш(!) - const, Т_ч (f) = const. В

этом случае соответствующие величины выходят из-под знаков интегралов в (2.43), (2.44) и различие между дифференциальными и интегральными значениями К_ш< Т_ч исчезает. Приведем еще одну формулировку понятия коэффициенат шума, вытекающую из рассмотренных ранее. Для интегрального коэффициента шума имеем

По определению, Г_Вц (/₀) Кр (/о) =

= Р_с._аых/Е1 4£7У?_СП_Ш - й.е, причем сигнал — гармоническое колебание частоты /„, а е^.с вычисляется

в пределах шумовой полосы пропускания. Тогда

(2.45)

Таким образом, коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение сигнал шум на выходе четырехполюсника Р_с. вых^т.вых с.ч меньше отношения сигнал/шум, создаваемого источником сигнала El/e '^.c-

Расчет и анализ коэффициента шума выполним для шумящего четырехполюсника, представленного эквивалентной шумовой схемой рис. 2.6, е. Объединив эту схему с шумовой схемой источника сигнала, получим общую шумовую схему (рис. 2.9). Генераторы шумовых токов /_шс и /_ш создают на проводимости Y_c -f-+ У_п шумовые напряжения Е_шс —

f ТшЛУс + Y_U), Е_ш = /_Ш7(У_С + + У_п). Схема рис. 2.9, а может быть заменена эквивалентной схемой рис. 2.9, б. Полное напряжение шума между точками / —/ £^,_ш._э⁼ £ш.с + + £щ + Е_ш, а его средний квадрат модуля с учетом некоррелированности Ли.с. с /_ш, £„, и коррелированное™ / _ш с Е _т'.

По определению, коэффициент шума

Используя введенные ранее шумовые параметры четырехполюсника (2.23), (2.24), (2.25), после преобразований получим

Анализ выражений (2.48), (2.49) позволяет сделать ряд выводов. Слагаемые в этих выражениях обусловлены по отдельности четырьмя шумовыми параметрами четырехполюсника: Т_и (G_m = G_u), G_Kop

^КоР"

Возможна минимизация коэффициента шума и шумовой температуры выбором оптимальных значений G_c,

Решая уравнения-^ — 0,—^ --

- ^r aGf rtrt,.

=s 0, получим

*copt = -(flu I «нор)- (2.51)

Подставляя (2.51) в (2.50), имеем

Как видно, условия минимума коэффициента шума и шумовой температуры в общем случае не совпадают с условиями, при которых источник сигнала передает на вход четырехполюсника максимальную мощность. Для этого необходимо было бы иметь

GcoptP — ^11> ^copt^ — —^п. ^т- ^е-выполнить согласование источника и

четырехполюсника.

Выполнение условий (2.50), (2.51) иногда называют согласованием по шумам или оптимальным рассогласованием.

Если шумящим четырехполюсником является какой-либо активный прибор (например, транзистор), то коэффициент шума можно минимизировать выбором оптимального режима, так как шумовые параметры зависят от режима работы, частоты, температуры, т. е. от тех же причин, что и обычные усилительные параметры.

Для некоторых типов активных приборов возможно получение отрицательных значений Я„_1ф и миними-

зация G_Kop, что, как следует из (2.48 (2.49). снижает коэффициент шума шумовую температуру.

Для пассивных четырехполюснр ков можно получить простые рас четные формулы через коэффициен полезного действия устройства п и ег физическую температуру Т_ф, коте рая чаще всего совпадает с температу рой окружающей среды, а также учи тывает особенности возникновени шумов:

(2.52

Из (2.53) видно, что для снижени К_ш надо или понижать физическуь температуру (вводить охлаждение) или увеличивать КПД устройства стремясь, чтобы он был как можн ближе к единице.

Как вытекает из (2.53) при Т_ф = = т_п

(2.54

т. е. коэффициент шума определяете) КПД пассивного четырехполюсника Для каскадно соединенных четы рехполюсников общий коэффициен шума можно выразить через коэффи циенты шума отдельных четырехпо люсников. По определению, коэффи циент шума для схемы рис. 2.10

(2.55

Вычисляя мощности шума на выходе от каждого четырехполюсника (Рш. вых.ч._г) ^и ^от источника сигнала (Рш.вых.с). из (2.55) получим

Здесь Кр ном i — номинальный коэффициент усиления по мощности 1-го четырехполюсника в режиме согласования на его входе и выходе.

Выражение (2.56) позволяет сделать ряд важных выводов.

Для снижения общего коэффициента шума необходимо принимать все меры для уменьшения коэффициента шума первого четырехполюсника, а для ослабления влияния шумов последующих четырехполюсников — по возможности увеличивать его номинальный коэффициент усиления по

МОЩНОСТИ (Крнок l)-

Таким образом, важны не только шумовые, но и усилительные свойства первого четырехполюсника. Иногда для их совокупной оценки усилительные каскады характеризуют шумовым числом М, определяемым выражением

(2.57)

Чем меньше М, тем более эффективно применение данного усилителя в приемном устройстве с точки зрения снижения коэффициента шума.

Практически перед первым усилительным каскадом всегда включают пассивные устройства (фидерные линии, антенный переключатель, фильтры, вентили, циркуляторы и др.) с

общим КПДппу. Поэтому усилитель оказывается лишь вторым четырехполюсником. Считая К_ш1 — 1/Лпу. Кр ном1 — '•lay, Кшг — К_ш увч. Кшз~

= ^ш.пр. Где Кт._ир — Коэффициент

шума части приемного устройства, следующей за УВЧ, получим выражения для коэффициента шума и шумовой температуры приемного устройства в целом:

Отсюда видна роль КПД входных пассивных устройств, коэффициента шума и номинального коэффициента усиления по мощности УВЧ в формировании общего коэффициента шума радиоприемного устройства.

§ 2.6. Расчет реальной чувствительности радиоприемного устройства

Будем считать требуемое отношение сигнал/шум на выходе линейной части приемника заданным:

(2.60)

Источником сигнала является антенна с параметрами R\, Гд. Сигнал — гармоническое колебание частоты /₀. Поскольку источник сигнала имеет реальную шумовую температуру Га, воспользуемся понятием интегрального реального коэффициента шума, записав

Отсюда искомая реальная чувствительность приемника в единицах напряжения

Здесь Г„ — шумовая температура приемника (ранее для четырехполюсника — Т_ч).

Часто реальную чувствительность оценивают в единицах мощности, передаваемой генератором с ЭДС Е_ср на вход приемника в режиме согласования (7? а = /?_вх, Х_А = —Х_вх):

Как видно, в этом частном случа» ^вц = 1/(4/? д). Реальную чувстви тельность можно оценивать и в едини, цах энергии (по удельной мощносп на единицу полосы):

Эту величину иногда оценивают i единицах kT₀ = 4 • 10~²¹ Вт/Гц, го воря, что чувствительность равнг а (К_ш + t_A — 1) единиц «ка-те-ноль» Здесь /д = Т\/Т₀ — относительная шумовая температура антенны.

Узлы

Радиоприемных устройств

ГЛАВА 3

ВХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

§ 3.1. Входные цепи

Входной цепью радиоприемного устройства называют цепь, связывающую антенно-фидерное устройство с первым каскадом усиления или преобразования радиосигнала. Основное ее назначение — предварительная частотная селекция принимаемого сигнала от помех, ухудшающих реальную чувствительность радиоприемного устройства. Структура входной цепи существенно зависит от назначения и условий работы радиоприемника и представляет собой пассивный частотно-избирательный четырехполюсник.

В общем случае приемная антенна может быть представлена в виде эквивалентного активного двухполюсника, содержащего либо генератор ЭДС £\ с внутренним сопротивлением Z_A, либо генератор тока /_д с внутренней проводимостью Уд. Параметры эквивалентных схем связаны между собой соотношениями /д = EJZa = = £_АУд, Уд = 1 /2_А.

Выходное сопротивление антенны Z_A, в соответствии с теоремой взаимности, совпадает с сопротивлением, которым характеризуется данная антенна в режиме излучения электро-

магнитных колебаний. Величина ЭДС эквивалентного генератора, например, для диапазона умеренно высоких частот, связана с напряженностью электрического поля Е в месте приема выражением £_д = h_RE, где Л_д — действующая высота антенны.

Поскольку антенна является цепью с распределенными параметрами, ее внутреннее сопротивление Z.\ достаточно сложно зависит от частоты. Однако в ряде случаев эквивалентная схема замещения Z_A может быть существенно упрощена. Так, например, если размеры антенны малы по сравнению с длиной волны принимаемого излучения, то сопротивление Z_Aскладывается из сопротивлений элементов последовательного колебательного контура (рис. 3 .1). На более длинных волнах, когда влиянием L\, R\ можно пренебречь, получаем эквивалентную схему антенны, содержащую последовательно включенные £д и С_А. Антенны, имеющие такие эквивалентные схемы, обычно используются в диапазонных приемниках умеренно высоких частот и называются ненастроенными. В диапазоне СВЧ применяются антенны, настроенные на среднюю частоту принимаемых сигналов, поэтому их эквивалентная схема может быть представлена в ви-

де последовательного соединения Е_А и /?_А. Важным параметром антенны в данном случае является номинальная мощность сигнала в антенне, определяемая по формулам Р \ _ном — = £Д/4Л_А, Р а ном = /I/4G_A.

Основными качественными показателями входной цепи являются: