ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 260
Скачиваний: 0
ленная тепловым шумом выходного сопротивления эквивалентного генератора:
РШг = кТ0Пш. |
' |
(1-6) |
Коэффициент шума N приемника показывает степень уменьшения отношения сигнал/шум на выходе линейной части приемника по срав нению с этим отношением на его входе при описанных условиях, т. е.
Tv |
er вх/Ршг |
( 1. 10) |
|
сг вых'/Рш вы х ^ |
|
Индекс N в обозначении выходной мощности шума Рш вых # указывает, что эта величина используется только при определении коэффициента шума.
Под линейной частью приемника понимаются каскады ВЧ тракта, включая преобразователь частоты, который рассматривается как устройство, переносящее спектр принимаемых колебаний без искаже ний из одного частотного диапазона в другой.
Рассмотрение отношения сигнал/шум на выходе ВЧ тракта, а не на выходе всего приемника, принято потому, что коэффициент шума должен учитывать изменение этого отношения лишь из-за добавления собственного шума приемника, а не из-за нелинейных явлений в детек торе, ограничителях и других нелинейных каскадах. Используя (1.9), выражение (1.10) можно переписать в виде
М = Ршпы^1кТ 0ПтКр, |
(1.11) |
где Кр = Р сг вых/Рсг вх — коэффициент усиления по мощности ВЧ тракта приемника.
Полная мощность выходного шума, очевидно, содержит две состав ляющие: во-первых, усиленную в Кр раз мощность РШ[ теплового шума эквивалентного генератора и, во-вторых, мощность Рш соб собственно го шума приемника, т. е.
|
Рщ В Ы Х N |
k-PоП 1ц К р |
i |
Р ш соб* |
(l -12) |
||
Подставив (1.12) в (1.11), получим |
|
|
|
||||
|
N : |
I |
Рщсоб |
1 |
I |
Рч |
|
|
|
|
н - |
кТпПп |
(1-13) |
||
|
|
|
|
||||
|
|
kT0lKnKP |
|
|
|
||
Отношение Рт соб/Кр = |
Р'ш называется эквивалентным |
собствен |
|||||
ным |
шумом, приведенным |
ко входу приемника (сокращенно — при |
|||||
веденный шум). Из (1.13) следует, что |
|
|
|
||||
|
|
Рш — АПоПщ (Л/— 1). |
(1.14) |
||||
Заметим, что коэффициент шума |
идеального приемника, v |
которого |
|||||
PL = |
0, равен Л/ид = 1. |
|
|
|
* |
И |
|
18
По условиям работы радиоприемного устройства, отношение сиг нала к шуму на выходе ВЧ тракта приемника D = Р а ВЫХ/РШвых является заданным. Перепишем выражение для D в виде
П----ЯсвхКр/РШВЫХ) |
|
(1 15) |
|
где Р с вх — мощность сигнала, |
соответствующая |
чувствительности |
|
приемника. |
Рш вых реального |
|
|
Мощность выходного шума |
радиоприемного |
||
устройства определяется шумом антенны (1.8) и приведенным шумом |
|||
(1.14), пересчитанными на выход ВЧ тракта: |
|
|
|
вых ~ Кр(Рша + Рш) = К рУ^ТаП-шН- кТ0П ш(М — 1)]. |
(1. 16) |
||
Используя (1.16), из (1.15) получаем выражение для чувствитель
ности радиоприемного устройства в виде |
|
Рс вх = kT0n mD ( T J T 0 + N - 1). |
(1.17) |
Рассмотрение выражения (1.17) позволяет оценить пути возможного повышения чувствительности реальных приемников. Очевидно, что чувствительность приемника может быть улучшена снижением вели чин D, N, Пш и Г Л.
Требуемое превышение сигнала над шумом обычно равно D — 3-1-10. Снижение этой величины достигается сложной обработкой принятых колебаний с целью наилучшего извлечения информации из смеси сиг нала и шума. Некоторые проблемы, связанные с этой задачей, решают ся теорией оптимальных методов радиоприема (см. гл. 12).
Значительное уменьшение коэффициента шума приемника обеспе чивается применением специальных малошумящих усилителей (см. гл. 4), позволяющих снизить величину N до значений, весьма близ ких к единице.
Эквивалентная шумовая полоса Пш приемника связана с его поло сой пропускания, которая определяется спектром принимаемого сиг нала. В некоторых случаях, например, за счет уменьшения скорости передачи информации, ширину спектра сигнала и соответственно шумо вую полосу приемника можно существенно сократить.
Эффективная шумовая температура антенны ТАможет быть умень шена повышением направленного действия антенны, снижением уров ня боковых лепестков ее диаграммы направленности, а также рацио нальным выбором рабочих частот.
Важно установить влияние отдельных каскадов на общие шумовые свойства приемника. С этой целью выведем выражение для коэффи циента шума многокаскадного усилителя, считая, что все каскады со гласованы между собой и имеют прямоугольную форму частотных ха рактеристик с одинаковой полосой пропускания Г1 — Г1ш. Каждый каскад характеризуется коэффициентом шума (Nlt N 2, ,,.) и коэффи циентом усиления по мощности (Кр,, Кр„, ■■■)■
19
ффпцпент шума первого каскада в cooler етвии с (1.13)
a\ = i + — ЛрJil о “ ш |
(| 18) |
|
Из (1.18) следует, кто |
|
|
р ш 1 соО “ |
(^ 1 |
|
Аналогично для остальных каскадов можно записать |
|
|
Рш 2 СОб = |
(^ 2 — ^)KpzkTQWm, |
|
Р ш 3 СОб = |
(Л/ з --- 1) Ляз^ТУ^Ш» |
|
Теперь определим уровень шума отдельных ! кадоз, прпведеино- го ко входу приемника.
Для первого каскада
PinILL 1 |
АPi |
|
1ДП : |
|
|
|
|
|
|
Для остальных каскал,оз |
Д7_1 |
|
||
Рш2 |
РИТ2 Г,Об |
|
||
^Я, *я. |
|
лр, |
|
|
|
|
|
||
>' , |
Г*ш з соО |
_ |
к 3 — 1 |
,;т г| |
шЗ —j |
|
|
|
|
V, Кр2Кр, |
|
|
|
|
Общий приведенный шум определится суммой: |
||||
Р'ш— Р'ш1~Г Р'ш2 + ...-- |
JVX- 1- |
1 - 4 - |
• 1 1<Т :: |
|
|
|
|
Кг |
А/, А |
|
|
|
4 Я. |
я, п л, |
Наконец, коэффициент шума приемника в целом с учетол» предыду
щего выражения можно записать в виде |
|
|
N = 1 |
/Ср( |
(1 19) |
*т0п1П |
Kpt kpa |
|
Выражение (1.19) справедливо и тогда, когда коэффициенты Nu N.z,
и Крг, Крг, ... относятся к отдельным группам, состоящим из несколь ких каскадов.
Из (1.19) следует, что шумовые свойства приемника в основном оп ределяются первыми каскадами, где собственный шум по уровню со измерим с сигналом. Кроме того, шумовые свойства приемника опреде ляются не только коэффициентами шума отдельных каскадов, но и их коэффициентами усиления по мощности.
Формула (1.19) позволяет рассчитать новое результирующее зна чение коэффициента шума N0 приемника при включении на его вход
20
малошумящего УРЧ, имеющего коэффициент шума iVyP4 и усиление по мощности Кр урч:
N0 — N у р ч ( N— 1)//Срурч, |
(1-20) |
где N — коэффициент шума приемника без УРЧ.
Важно отметить, что желаемое снижение результирующего коэффи циента шума возможно только в том случае, если подключаемый на вход приемника УРЧ обладает не только малым коэффициентом шума, но и достаточно высоким усилением по мощности. Задавшись неравен
ством N0 < iN , из (1.20) получим условие для требуемого |
значения |
Кр урч, при котором подключаемый к приемнику УРЧ |
способен |
уменьшить его результирующий коэффициент шума: |
|
Кр урч > (К — 1) !{N — УурЧ). |
|
При анализе малошумящих усилителей часто пользуются понятием эквивалентнойшумовой температуры. В этом случае считают, что приведенный ко входу собственный шум приемника создается не экви валентным генератором тока или э. д. с., а согласованным со входом приемника шумящим резистором с сопротивлением Rm — R BX. Тем пература, которой должен обладать этот резистор, чтобы создать на выходе шум реального усилителя, и называется эквивалентной шумо вой температурой Тт усилителя. В соответствии с этим определением приведенный шум равен
Р ; - £ Г ШПШ. |
(1.21) |
Соотношение между коэффициентом шума и эквивалентной шумовой температурой можно получить из сопоставления (1.14) и (1.21):
Tm = T0 ( N - 1). |
(1.22) |
Результирующую эквивалентную шумовую температуру многокаскад ного усилителя определяем из (1.19) с использованием (1.22):
— + |
(1.23) |
КР, |
Кр, КР, |
где Гш1, Тш2, .... — эквивалентные шумовые температуры отдельных каскадов.
1.6. Избирательность радиоприемника
Мешающее действие.помех можно существенно ослабить разумным применением различных способов избирательности, многочисленные виды которой широко используются в радиоприемной технике. Все способы избирательности основаны на том, что радиоприемное устрой ство отличает сигнал от помехи по некоторым признакам, свойственным
только сигналу.
Рассмотрим основные виды избирательности.
21