промышленных, грозовых, космических (в том числе радиоизлуче
ние Солнца и планет) и тепловых помех, создаваемых поверхно стью и атмосферой Земли.
Исходя из термодинамических представлений, Найквист пока зал, что средний квадрат действующего значения шумового напря
жения на зажимах любого сопротивления определяется следую щим выражением [65]:
|
|
— 2 |
и т |
ф* |
|
|
|
|
|
|
и ш = |
j |
Re(z)öf/, |
(16.7) |
где |
k |
постоянная Больцмана; |
Л |
— абсолютная |
температура; |
f\ |
и |
|
Т |
/2 |
граничные частоты полосы частот, в пределах которой опреде |
ляется напряжение шумов; |
Re ( г )— активная составляющая комп |
лексного сопротивления |
2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воспользовавшись формулой (16.7), можно найти средний квад рат действующего значения напряжения шумов активного сопро тивления, например входного сопротивления антенны:
где Af = f i — f2— полоса частот.
Шумы на выходе приемной антенны, возникающие вследствие приема внешних помех, удобно оценивать аналогичным образом. Для этой цели все принятые извне шумы приписывают входному сопротивлению антенны Ra. Тогда средний квадрат действующего значения напряжения шумов от внешних полей будет равен
Ü 2m3 = 4kT3R aA f ,
где Т0 эквивалентная температура входного активного сопротив ления антенны.
Под величиной Тэ понимают температуру сопротивления, рав ного активной составляющей входного сопротивления антенны, ко торое будучи подключенным вместо антенны, выделяет в нагрузке такое же напряжение шума, как и наблюдаемый источник помех.
Таким образом, собственное шумовое напряжение (мощность) приемной антенны определяется температурой самой антенны, а шумовое напряжение, возникающее от воздействия внешних помех, оценивается эквивалентной температурой антенны. Для определе ния эквивалентной температуры антенны необходимо знать так на зываемую яркостную температуру Тк источника помех.
Как известно из курса физики, неполяризованное излучение нагретого абсо лютно черного тела характеризуется спектральной плотностью излучения г1ЧТ которая определяется по формуле Планка
|
|
г |
|
d R 3 |
2 л h f |
|
|
|
|
|
----------__ ---------- . ------------ |
|
|
|
|
|
ачТ_ |
d f |
|
h f |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
лк; h |
e k T - l |
k — |
|
где /?э — энергетическая |
светимость, |
— постоянная Планка; |
постоянная |
Ьольцмана; /, |
К — |
соответственно частота |
и длина |
волны электромагнитного из |
лучения. |
|
|
|
|
|
|
|
|
475 |
16* |
|
|
|
|
|
|
|
|
При относительно высоких температурах источника излучения (или при ма лых частотах), когда выполняется условие
величину е |
ът |
h f «*7\ |
,LJ |
|
можно приближенно считать равной ;Л + |
------. В результате фор- |
|
|
|
кТ |
мула Планка переходит в формулу Релея — Джинса :
Гачт
Согласно закону теплового излучения Кирхгофа отношение спектральной плотности излучения любого тела г к его коэффиценту монохроматического погло щения а для всех тел одинаково и при заданных значениях длины волны А и тем пературы Т постоянно, т. е:
г |
|
- - const, |
а |
г = а |
откуда |
|
|
Так как для абсолютно черного тела а ачт=1, то |
|
г = агач |
|
|
|
т. |
|
Используя формулу Релея — Джинса, получаем |
г = |
|
± |
Т . . |
Яркостная температура Тя связана с температурой источника Т |
и спектральным коэффициентом |
поглощения источника соотно |
шением |
Т я = |
аТ. |
|
Для реальных тел а < 1 , поэтому ТЯ< Т . |
Так как внешние помехи создаются |
в основном в результате |
теплового излучения, то эквивалентную шумовую температуру ан
тенны можно выразить через |
яркостную |
температуру источника |
радиоизлучения: |
|
|
= |
В) ° Ь > |
6) d9~ |
4* |
|
|
Здесь ф и Ѳ — угловые координаты точки наблюдения по отношению к месту расположения приемной антенны; D ( ф, Ѳ) — характеристи ка направленности антенны по мощности в той же угловой системе^ координат; dQ — элементарный телесный угол.
В частном случае, когда яркостная температура источника Тя (ф, Ѳ) является постоянной для .всех направлений в пределах диа граммы направленности антенны, величину Тя можно вынести изпод знака интеграла, и интеграл становится равным 4л. Эквива-
\
лентная температура Т0 антенны будет равна яркостной температу ре источника излучения Тя. В другом частном случае, т. е. для диск ретного источника радиоизлучения, яркостная температура Тяисточ ника будет постоянна в пределах телесного угла £2И, под которым с места расположения антенны «виден» источник помех, и равна нулю за пределами Й„. Если телесный угол основного лепестка диаграммы направленности антенны Qa будет больше телесного уг ла источника радиоизлучения Й„, то
(16.9)
Можно показать, что для антенн с диаграммой направленности в виде «игольчатого луча» телесный угол й а и раствор диаграммы направленности Ѳд связаны по формуле
4
Тогда формула (16.9) приобретет вид
(16.9а)
где Ѳи — угол, под которым «виден» дискретный источник радиоизлучения в месте расположения приемной антенны.
Рассмотрим особенности различных видов радиопомех.
П р о м ы ш л е н н ы е п о м е х и создаются в результате работы промышленной и бытовой радиоаппаратуры и являются нежела тельным побочным продуктом их работы. Обычно лри разработке и создании промышленных и бытовых электроустановок прини маются специальные меры по подавлению создаваемых ими помех. Однако уровень напряженности поля индустриальных помех в про мышленных районах оказывается большим. Особенно велика на
пряженность поля помех в больших городах, |
где она достигает |
100 |
мкв/м |
в диапазоне волн от 2000 до 10 000 |
м. |
На более коротких |
|
|
волнах уровень промышленных помех, как правило, уменьшается. При организации линий радиосвязи (в том числе линий радиосвя зи Земля — Космос) необходимо выбирать место . расположения приемных станций вдали от очагов индустриальных помех. Для защиты от них целесообразно также применять остронаправленные антенны и добиваться подавления боковых и задних лепестков диа граммы направленности антенн.
В каждом конкретном случае уровень промышленных помех оп ределяется с помощью специальных измерений.
Г р о з о в ы е п о м е х и возникают в результате электростати ческих разрядов молний. Помехи возникают как от местных гроз, так и от гроз в мировых очагах грозовой деятельности, которые рас положены вблизи экватора. На рис. 16.3 дано распределение экви валентной температуры атмосферных помех в зависимости от час тоты для экваториальных районов земного шара [64].
Помимо суточных колебаний, грозовые помехи имеют резко вы раженную широтную зависимость. Максимальный уровень помех от грозовых разрядов наблюдается около географического экватора,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тз,°К |
где имеет место повышенная |
грозовая |
|
активность. |
|
|
|
|
|
|
|
К о с м и ч е с к и м и п о м е х а м и на |
|
зываются радиоизлучения, создавае |
|
мые внеземными источниками. Они мо |
|
гут быть подразделены на две группы: |
|
помехи (фон) от распределенных ис |
|
точников и помехи от дискретных ис |
|
точников. |
|
источником космических |
|
|
Основным |
|
помех от |
распределенных |
источников |
|
является |
радиоизлучение |
Галактики. |
|
Наиболее интенсивно оно действует в |
Рис.. 16.3 |
плоскости |
галактического |
экватора и |
особенно |
сильно в центре |
Галактики, |
|
находящемся |
в |
созвездии |
Козерога. |
|
На рис. 16.4 приведены максимальные |
|
I |
и минимальные |
2 |
значения |
эквива |
|
лентной температуры шумов, создавае |
|
мых радиоизлучением Галактики, в за |
|
висимости от частоты. Величины, ука |
|
занные на рис. 16.4, относятся к антен |
|
нам, ширина главного лепестка диа |
f,Mzu, |
граммы направленности которых равна |
|
или меньше углового размера источни |
Рис. 16.4 |
ка излучения в определенной галакти |
ческой области. При выборе мест уста |
|
новки антенн и времени их работы не |
обходимо использовать специальные карты абсолютных температур фона небесных радиошумов [64].
Дискретными источниками космических помех являются Солн це, планеты Луна, Марс, Сатурн, Венера и радиозвезды Лебедь, Кассиопея и Телец. Наиболее мощным из них является Солнце.
В отличие .от фонового радиоизлучения Галактики, которое на блюдается во всех направлениях и весьма постоянно во времени помехи от Солнца создаются только в том случае, когда антенна направлена на Солнце. Так как Солнце имеет яркостную темпера туру порядка миллионов градусов, то оно является мощным источ ником помех. Радиопомехи от Солнца излучаются в диапазоне час тот от 30 до 30 000 Мгц и их уровень изменяется в широком диапа зоне в зависимости от состояния солнечной активности. По време ни эти изменения могут происходить в течение нескольких часов или нескольких дней. На рис. 16.5 приведены кривые изменения эквивалентной температуры шумов в зависимости от частоты для спокойного (/), активного (2) и возмущенного (3) состояний Солн ца [64].
