Линейный тракт радиоприемника

Назначение линейной части радиоприемного устройства, состоит в усилении принятого антенной радиосигнала до величины, необходимой для демодулятора, и в максимально возможном подавлении помех.

Физическая природа внутренних шумов связана с тем, что в любом проводнике, резисторе, интегральной микросхеме, транзисторе, диоде и иных элементах схемы, помимо упорядоченного движения электрических зарядов, под воздействием внешнего источника сигнала происходит и хаотическое движение элементарных частиц, создающих, шумовой сигнал.

Так что любой участок схемы можно рассматривать как элементарный источник шумового сигнала — случайного стационарного про­цесса с нормальным распределением и равномерным энергети­ческим спектром в пределах полосы пропускания приемника.

Величина дисперсии этого процесса определяет квадрат напряжения шумов, создаваемых сопротивлением R:

(Еш)²=4кТшRΔf

где к = 1,38 10^-23 Дж/К — постоянная Больцмана; Т_ш — абсолютная температура, называемая температурой шума и измеряемая в градусах Кельвина (К); Δf — полоса частот, Гц.

Напряжение Е_ш можно рассматривать как ЭДС шумового генератора, номинальная мощность которого

Рш=(Еш)²/4R=(кТ₀)(Тш/Т₀)Δf

где кТ₀ = 4 10^-21 Вт/Гц — спектральная мощность шума при стандартной температуре Т_о = 290 К.

Мощность стандартного источника шума, имеющего Т_ш= Т_о = 290 К:

Р_ш=(кТ₀) Δf

Мощность источника шума не зависит от сопротивления R, а определяется температурой нагрева относительно абсолютного нуля Т_ш и полосой пропускания Δf. Поэтому источник шума характеризуется как мощностью Р_ш, так и температурой Т_ш.

При абсолютном нуле хаотическое перемещение элементарных частиц прекращается и мощность шума Р_ш = 0.

Мощность всех внутренних источников шума можно пересчитать ко входу радиоприемника и в целом весь линейный высокочастотный тракт охарактеризовать с помощью единого источника шума: мощностью Р_ш._пр или температурой Т_ш.пр. К тем же входным полюсам можно подключить эквивалентный генератор полезного сигнала, принятого антенной, с номинальной мощностью Р_с и эквивалентный генератор шума канала радиосвязи с мощностью Р_ш,_к, учитывающий шумы космического радиоизлучения, атмосферы и земной поверхности. При пересчете двух последних сигналов ко входу радиоприемника следует учесть потери в антенно-фидерном тракте. где R_n — входное сопротивление демодулятора.

В целом линейный тракт характеризуется тремя основными параметрами:

- полосой пропускания Δf_пр,

- номинальным коэффициентом усиления полезного сигнала по мощности К_Р

- коэффициентом шума К_ш.

Полосу пропускания радиоприемника различают по усилителю ВЧ или СВЧ сигнала и промежуточной частоты, т. е. до и после преобразования сигнала по частоте. Для определения уровня помех на выходе линейного тракта важна полоса пропускания по усилителю промежуточной частоты, Δf _пр при прямоугольной или близкой к ней АЧХ полосовых фильтров.

Номинальный коэффициент усиления линейного тракта по мощности

К_р=Р_с.н./Р_с.

Значение устанавливается из требуемой мощности сигнала на входе демодулятора Р_с.н и мощности на входе радиоприемника Р_с, при которой обеспечивается требуемое отношение мощностей сигнала и шума.

Коэффициент шума определяется как отношение мощностей сигнала и помехи на входе линейного тракта к тому же отношению на его выходе при замене внешнего источника шума на стандартный с температурой шума Т_о = 290 К:

Шумы усиливаются в линейном тракте так же, как и полезный сигнал:

Коэффициент шума

К_ш = 1 + Т_ш/Т₀.

Таким образом, коэффициент шума радиоприемника К_ш > 1 полностью определяется его эквивалентной шумовой температурой Т_ш.

Усилители СВЧ высокого качества, называемые малошу-мящими (МШУ), имеют Т_ш= 150...200 К. Температура специаль­но охлаждаемых МШУ снижается до Т_ш = 50... 100 К.

При расчете реальной чувствительности приемника следует учесть шумы канала радиосвязи Т_шк, вследствие чего коэффициент шума определяется выражением

К_ш= 1 + (Т_ш/Т₀) + (Т_ш._к/Т₀).

Потери в фидере, связывающем ра­диоприемник с антенной. Любое активное сопротивление является источником флуктуационного шума, и поэтому при температуре Т_о = 290 К коэффициент численно равен его коэффициенту затухания, выраженному через отношение входной и выходной мощностей В_ф = Р_вх/Р_вых > 1. В результате коэффициент шума при определении реальной чувствительности приемника увеличится и примет вид

Для уменьшения значения В_ф малошумящий усилитель радио­приемника как можно ближе располагают к антенне.

Дата добавления: 2014-01-20