Материал: 751
150 |
7. Помехи радиоприему |
|
|
мощность шумов на его входе. Перечислим типы внешних шумов с обозначением их шумовой температуры:
1) атмосферные помехи, вызванные разрядами молний, —
Òàòì;
2)промышленные помехи, созданные излучением промышленных и бытовых электрических установок, — Òïðîì;
3)космические помехи, вызванные излучением космических объектов: галактик, звезд, планет, Солнца, Луны и т.п., —
Òêîñì;
4) шумы, вызванные радиоизлучением нагретой поверхности Земли и газов атмосферы, — Òòåïë.
Кроме того, антенна и фидер, обладая собственным активным сопротивлением, являются источником тепловых шумов, шумовая температура которых определяется по формуле
T |
Ò |
(1 |
ô |
) |
ô |
(1 |
) |
, |
(7.3) |
ù.ñîá |
0 |
|
|
à |
|
|
|
где первое слагаемое определяет собственные шумы фидера; второе — собственные шумы антенны; ô è à — коэффициенты полезного действия фидера и антенны.
Таким образом, полная шумовая температура на входе приемника равна
Òø Òø.ïð Òø.ñîá ôÒø.âí , |
(7.4) |
ãäå |
|
Òø.âí Òø.àòì Òø.êîñì Òø.ïðîì Òø.òåïë . |
(7.5) |
Уровень внешних помех, а следовательно, и их шумовая температура зависят от параметров приемной антенны и от направления ее диаграммы направленности. Объективной характеристикой источников внешних помех является их яркостная температура Òÿ. Яркостной температурой источника помехи (шума) называется температура абсолютно черного тела, создающего такую же спектральную плотность излучения (плотность потока мощности в полосе 1 Гц), как и реальный источник [2]. Шумовая температура определяется через яркостную температуру и параметры антенны соотношением [20]
|
G |
2 |
|
|
Òø.âí |
|
Òÿ ( )F |
( )d , |
(7.6) |
4 |
||||
|
|
4 |
|
|
где — телесный (объемный) угол в пространстве в направлении на точку наблюдения, измеряемый в стерадианах; G —
7. Помехи радиоприему |
151 |
|
|
коэффициент усиления антенны; F( ) — диаграмма направленности антенны; Tÿ( ) — распределение яркостной температуры источников шума в пространстве; 4 — область интегрирования, охватывающая всю сферу вокруг антенны.
Для остронаправленных антенн интеграл в (7.6) можно приближенно оценить, если считать яркостную температуру источников шума постоянной в пределах главного (Тÿ.ãë) и боковых лепестков ДН. В этом случае формула (7.6) может быть преобразована к виду
|
G |
2 |
|
|
|
Tø.âí |
|
Tÿ.ãë ãë |
Tÿi i Fi |
, |
(7.7) |
|
|||||
|
4 |
i |
|
|
|
ãäå i — номер бокового лепестка ДН; ãë è i — телесные углы главного и i-го бокового лепестка; Fi — уровень i-го бокового лепестка ДН, уровень главного лепестка ДН принят равным единице.
Во многих других случаях помеха приходит на антенну практически постоянной со всех направлений и Òÿ( ) является величиной, не зависящей от направления . Можно показать [20], что в этих случаях
Òø.âí àÒÿ . |
(7.8) |
На частотах ниже 100 МГц уровень ненаправленных помех обычно оценивается не шумовой температурой, а напряженностью поля помех Åï в полосе частот 1 кГц. При известной действующей длине антенны (lä) напряжение помехи на входе согласованного приемника определяется выражением [4]
Uï 0,5Eïlä f , |
(7.9) |
а шумовая температура внешних шумов определяется выражением
Å2 2
T ï à ô , (7.10)
âí 960 2k
ãäå k — постоянная Больцмана.
Рассмотрим подробнее методы расчета уровня перечисленных помех и шумов. В большинстве своем они используют результаты экспериментальных исследований и представлены в виде графиков. Поскольку помехи являются случайными сигналами и описываются статистическими методами, то на
152 |
7. Помехи радиоприему |
|
|
графиках приводятся значения, соответствующие медианным уровням напряженности поля помехи. Напомним, что медианный уровень превосходится сигналом в течение 50 % времени наблюдения. В отдельные моменты времени реальные значе- ния уровня помех могут значительно отличаться от медианного значения.
7.1. Атмосферные помехи
Как уже отмечалось, атмосферные помехи создаются при грозовых разрядах молний. Основной уровень таких помех приходится на звуковые частоты 300–10000 Гц и убывает с ростом частоты как 1/f. Эти помехи, постоянно возникающие в тропических районах Земли, отражаясь от ионосферы, проникают в средние широты и создают постоянный уровень атмосферных помех, который может быть определен по графику рис. 7.2 [4].
Eï, äÁ |
|
|
|
30 |
Промышленные помехи |
|
|
|
|
||
20 |
|
|
|
10 |
|
|
Город |
|
|
|
|
0 |
|
|
Пригород |
–10 |
|
Íî÷ü |
|
|
Äåíü |
|
|
|
|
|
|
–20 |
|
|
|
–30 |
|
Атмосферные |
|
|
|
помехи |
|
0,1 |
1 |
10 |
100 f, ÌÃö |
Рис. 7.2. Зависимости от частоты напряженности поля атмосферных и промышленных помех в полосе частот 1 кГц
âдецибелах относительно уровня 1 мкВ/м
7.2.Промышленные помехи
Уровень промышленных помех особенно велик в крупных промышленных центрах. Напряженность электрического поля помехи может быть определена по графикам на рис. 7.2. Про-
7.3. Космические помехи |
153 |
|
|
мышленные помехи имеют, как правило, вертикальную поляризацию.
К промышленным помехам можно условно отнести и сигналы от других радиостанций, работающих в данном частотном диапазоне. Уровень этих помех определяется конкретной обстановкой и может быть определен так же, как и уровень полезного сигнала. Исключение составляют короткие волны, которые могут распространяться на большие расстояния с малым ослаблением. Поэтому в точку приема приходят сигналы от многих станций земного шара. Их уровень на коротких волнах во многих случаях даже превосходит уровень атмосферных помех [4].
7.3. Космические помехи
Космические помехи создаются в основном радиоизлуче- нием Галактики. Она создает шум с непрерывным частотным спектром. Яркостную температуру космического шума можно определить по графику рис. 7.3 [4], на котором приведены максимальные и минимальные значения уровня косми- ческих шумов.
Tà, Ê |
|
|
|
1000 |
Космический |
|
Радиоизлучение |
|
ôîí |
|
атмосферы |
|
Ìèí. Ìàêñ. |
|
|
100 |
0° |
|
|
|
5° |
|
|
10 |
10° |
|
|
30° |
|
|
|
|
|
|
|
|
90° |
|
|
1 |
|
|
|
0,1 |
1 |
10 |
100 f, ÃÃö |
Рис.7.3. Зависимость яркостной температуры космических шумов и шумов атмосферы от частоты
154 |
7. Помехи радиоприему |
|
|
Отдельные космические объекты также являются источником помех. Основным из них является Солнце, яркостная температура которого приведена на рис 7.4 [4]. Телесный угол для Солнца составляет 0,03 ст.
Tà, Ê
Ãîäû
максимума
Ãîäû
104 минимума
Солнце
Юпитер
103 
Венера
Ëóíà
102
3 4 6 8 10 |
20 30 40 f, ÃÃ |
Рис. 7.4. Яркостная температура Солнца, Луны и планет
7.4. Шумы, созданные тепловым излучением Земли и атмосферы
Шумы, созданные тепловым излучением Земли, зависят от температуры ее поверхности и от того, какая часть диаграммы направленности антенны обращена в сторону Земли. Поэтому для уменьшения этих помех у остронаправленных антенн стараются уменьшить уровень боковых и заднего лепестков диаграммы направленности. Расчет шумовой температуры для этого случая ведут по формуле (7.7). Нагретые газы атмосферы (в основном тропосферы), яркостная температура которых определяется по графику на рис. 7.3, также создают шум. Уровень этих шумов зависит от наклона главного лепестка антенны к горизонту (угла места D ), поскольку при уменьшении этого угла увеличивается путь радиоволны в атмосфере.
В качестве примера рассмотрим вычисление шумовой температуры телевизионной антенны.