Глава десятая. Помехи радиоприему и электромагнитная совместимость радиоустройств

§ 10.1. Полная мощность помех на входе приемника

Помехами или шумами называют посторонние сигналы, поступающие на вход радиоприемного устройства одновременно с полезным сигналом и имеющие частоту, попадающую в полосу пропускания приемника. Для уверенного обнаружения полезного сигнала на выходе приемника необходимо, чтобы мощность Р_с полезного сигнала на входе приемника превышала мощность Р_ш помехи или шума. При работе радиолиний различного вида - радиотелеграфа, радиотелефона, телевидения, радиолокации, телеметрии и других - требуется определенное минимальное отношение Р_с/Р_ш. Минимальная мощность полезного сигнала, необходимая для надежной работы радиолинии определяется уровнем помех. Уровень мощности помех обычно претерпевает случайные изменения во времени. Поэтому вычисляют вероятность того, что на данной радиолинии отношение Р_с/Р_ш превышает заданное значение. Эта вероятность называется устойчивостью работы системы.

Мощность помех Р_ш на входе приемника принято определять через шумовую температуру Т_ш:

где k - постоянная Больцмана; Δf - полоса пропускания приемника, Гц.

Суммарная шумовая температура на входе согласованного с антенной приемного устройства равна

Здесь Т_ш.пр - температура теплового шума приемника, приведенная к его входу; Т_ш.ф - температура теплового шума фидера; Т_шА - температура теплового шума конструкции приемной антенны; Т_ΣА - антенная температура, обусловленная воздействием на антенну внешних помех; η_ф - к. п. д. фидера.

Источникам тепловых шумов приемника являются его входные элементы. Величина Т_ш.пр зависит от типа приемного устройства и возрастает с увеличением рабочей частоты. В диапазоне сантиметровых и более коротких радиоволн температура Т_ш.пр превышает остальные слагаемые формулы (10.2) и целиком определяет температуру Т_ш.ф.

Температура теплового шума фидера Т_ш.ф обусловлена тепловыми потерями в фидере. Для фидера, согласованного с входом приемного устройства, величина Т_ш.ф определяется температурой фидера Т_ф:

Температура теплового шума конструкции приемной антенны определяется тепловыми потерями в антенне. Обычно эти потери малы и величина Т_шА не превышает 1 К.

Антенная температура Т_ΣА определяется общим воздействием на антенну внешних источников помех, к которым относятся промышленные, атмосферные, космические помехи, а также шумы, обусловленные тепловым излучением поверхности и атмосферы Земли. Величину Т_ΣА можно представить как сумму температур, обусловленных отдельными источниками:

Здесь Т_п - температура промышленных помех; Т_атм - температура атмосферных (грозовых) помех; - Т_гал температура галактики; Т_диск - температура дискретных космических источников радиоизлучения; Т_{атм.Зем} - температура атмосферы Земли; Т_{пов.Зем} - температура поверхности Земли.

Для определения величины Т_ΣА необходимо вычислить интеграл по полному телесному углу Ω = 4π из точки расположения приемной антенны для каждого из слагаемых формул (10.4). Например,

где D₂ и F(ξ, χ) - соответственно коэффициент направленного действия и нормированная диаграмма направленности приемной антенны; Т_я(ξ, χ) - угловое распределение яркостной температуры внешних источников помех.

Яркостной температурой источника помехи (шума) называется температура абсолютно черного тела, создающего такую же спектральную плотность излучения (плотность потока мощности в полосе частот 1 Гц), как и данный источник. Температура Т_я связана со спектральной плотностью П_f законом Рэлея - Джинса:

где  
- яркость источника, [Вт/м²·Гц·ср].

Вычисление интеграла (10.5) проводят обычно упрощенно. Диаграмму направленности F(ξ, χ) разбивают на две области: область главного лепестка Ω_гл и область боковых лепестков Ω_бок, причем в области Ω_бок F(ξ, χ) считают постоянной величиной, равной β_бок. Тогда (10.5) разбивается на два слагаемых:

При остронаправленных антеннах угол Ω_гл мал, и в пределах этого угла величину Т_я(ξ, χ) = Т_я.гл можно считать постоянной. В этом случае формула (10.7) упрощается:

Данные о величине и распределении Т_я(ξ, χ) для внешних источников помех приведены в следующих параграфах [26].