Вы нашли то, что искали?
Главная Разделы

Добавить страницу в закладки ->
Добро пожаловать на наш сайт!

5.5.5. Эффективная температура системы. Теоретические основы цифровой связи

Лекции по Теоретическим основам цифровой связи   

5. Анализ канала связи

5.5.5. Эффективная температура системы

На рис. 5.18 представлена упрощенная схема принимающей системы, причем указаны те области (антенна, линия связи и предварительный усилитель), которые играют основную роль в ухудшении параметра SNR. Влияние предварительного усилителя уже обсуждалось ранее — оно заключается во введении в линию дополнительного шума. Также рассматривались потери в линии — сигнал поглощается при фиксированном уровне шума (если температура линии меньше (или равна) температуры источника). Оставшиеся источники ухудшения качества сигнала могут быть как естественными, так и искусственными. Естественные источники — это молнии, небесные источники радиоизлучения, атмосферные источники и тепловое излучение от земли и других физических структур. Искусственные — это излучение от автомобильных систем зажигания и других электрических приборов, а также радиопередача от других пользователей, использующих ту же полосу, что и приемник. Общий объем шума, вносимого перечисленными внешними источниками, можно описать как , где является температурой антенны. Антенна подобна линзе: вносимый ею шум определяется тем, "на что смотрит антенна". Если антенна нацелена на прохладную область неба, вводится крайне малый объем теплового шума. Температура антенны — это мера эффективной температуры, проинтегрированной по всей поверхности антенны.

Рис. 5.18. Основные источники шума принимающей системы

Теперь мы можем определить температуру системы Ts°, сложив все вклады в шум системы (выраженные через эффективную температуру). Суммарное выражение выглядит следующим образом.

(5.45)

Здесь, ТА° — температура антенны, а Tо6ш° — общая температура линии и предварительного усилителя. В уравнении (5.45) указаны два основных источника шума и интерференции, вызывающие ухудшение качества работы приемника. Один источник, описываемый членом ТА°, представляет ухудшение работоспособности, навязываемое "внешним миром", проходящим через антенну. Второй источник, описываемый членом Tо6ш°, — это тепловой шум, вызванный движением электронов во всех проводниках. Поскольку температура системы TS° — это новая суммарная температура, включающая ТА° и суммарную эффективную температуру линии и предварительного усилителя, может возникнуть вопрос: почему уравнение (5.45) не содержит тех же множителей последовательного уменьшения, что и в уравнении (5.41)? Мы предполагаем, что антенна не имеет диссипативных частей; ее коэффициент усиления, в отличие от усилителя или аттенюатора, может рассматриваться как коэффициент расширения спектра сигнала. Какая бы эффективная температура не вводилась при проходе через антенну, это не зависит от самой антенны; антенна представляет шум источника (или температуру источника) на входе линии.

Используя уравнение (5.44), мы можем модифицировать уравнение (5.45) следующим образом.

(5.46)

(5.47)

Если LF выражено в децибелах, мы должны вначале изменить его размерность, и Ts° приобретет следующий вид.

Уравнения (5.45)-(5.47) описывают температуру системы ТS на оконечных устройствах принимающей антенны, а уравнения (5.10) и (5.11) — мощность Рr, полученную принимающей антенной. Данные определения используются в этой главе; кроме того, их предпочитают разработчики систем, антенн, а также люди, работающие на передающей стороне линии. Важно отметить, что существует альтернативный набор определений, используемых разработчиками систем, которые предпочитают описывать температуру системы и принятую мощность входе приемника. Если предположить, что антенна и приемник связаны устройством, которое не сложнее линии с потерями, то параметры Ts и отличаются в L раз (напомним, что L— коэффициент потерь в линии). Иными словами, . При вычислении принятого SNR (определяемого в следующем разделе) с помощью определений принятой мощности и температуры системы, соотнесенных с приемником, результат не будет отличаться от того, который был получен при использовании определений, связанных со входом приемника. Причина в том, что множитель L входит и в числитель, и в знаменатель отношения SNR, поэтому он просто сокращается.

Пример 5.5. Шум-фактор и температура шума

На входе приемника, показанном на рис. 5.19, а, шум-фактор равен 10 дБ, усиление равно 80 дБ, а ширина полосы — 6 МГц. Мощность сигнала на входе Si равна 10-11 Вт. Допустим, что потери в линии отсутствуют и температура антенны равна 150 К. Найдите ТR°, ТS°, Nout, (SNR)in и (SNR)out.

а)

б)

Рис. 5.19. Улучшение входного каскада приемника за счет малошумящего предварительного усилителя

Решение

Вначале преобразуем все значения в децибелах в размерные величины.

ТR° = (F- 1)290 К = 2610 К

изолированного уравнения (3.40) при L= 1 для малошумящей линии дает следующее.

= 1,2 мкВт (вклад от источника) + 21,6 мкВт (вклад от входного каскада) = 22,8 мкВт

Заметим, что в приведенном примере шум усилителя значительно больше шума источника и является основной причиной ухудшения параметра SNR.

Пример 5.6. Улучшение параметра SNR с помощью малошумящего предварительного усилителя

Используйте предварительный усилитель, как показано на рис. 5.19, б, с шум-фактором 3 дБ, усилением 13 дБ и шириной полосы 6 МПц для улучшения SNR приемника, описанного в примере 5.5. Определите объединения предварительного усилителя и приемника. Найдите и (SNR)out. Потери в линии будем считать нулевыми.

Решение

Как и ранее, вначале все значения, выраженные в децибелах, приводятся к размерному виду.

= 24,8 мкВт (вклад источника) + 69,6 мкВт (вклад входного каскада) = 94,4 мкВт

Итак, при добавлении предварительного усилителя выходной шум увеличивается (с 22,8 мкВт в примере 5.5) до 94,4 мкВт. И все же, несмотря на увеличение мощности шума, более низкая температура системы приводит к улучшению параметра SNR на 6,9 дБ (с 16,4 дБ в примере 5.5 до 23,3 дБ в данном примере). Цена, которую мы платим за это улучшение, — необходимость улучшения fo&u на 6 дБ (с 10 дБ в примере 5.5 до.4 дБ в данном примере).

Нежелательный Шум частично вносится посредством антенны (KTA°W) и частично генерируется внутренне в входном каскаде приемника (кТ06ш°W). Объем улучшения системы, который может дать проектирование входного каскада, зависит от того, какая часть общего шума вносится входным каскадом. Из примера 5.5 мы видели, что входной каскад вносит большую часть шума. Следовательно, как было сделано в примере 5.6, обеспечение малошумящего предварительного усилителя значительно улучшает системное отношение сигнал/шум (SNR). В следующем примере рассматривается, когда большая часть шума вносится посредством антенны; мы увидим, что в этом случае введение малошумящего предварительного усилителя не дает ощутимого улучшения параметра SNR.

Пример 5.7. Попытка улучшения SNR при больших значениях ТA°

Повторите примеры 5.6 и 5.5 с единственным изменением: пусть тA° =8000 К. Другими словами, большая часть шума теперь вносится антенной; допустим, все поле зрения антенны заполняет очень горячее тело (солнце). Вычислите улучшение параметра SNR, которое дается предварительным усилителем, использованным в примере 5.6 (рис. 5.19, б), после чего сравните результат с ответом примера 5.6.

Решение

Без предварительного усилителя

= 66,2 мкВт (вклад источника) + 21,6 мкВт (вклад входного каскада) = 87,8 мкВт

С предварительным усилителем

= 1324,8 мкВт (вклад источника) + 69,6 мкВт (вклад входного каскада)=1394,4 мкВт

Таким образом, в данном случае улучшение параметра SNR равно всего 1 дБ, что значительно меньше полученных ранее 6,9 дБ. Если основные источники шума находятся внутри приемника, улучшить SNR можно за счет введения малошумящих устройств. В то же время, если основные источники шума являются внешними, то улучшение входного каскада приемника не имеет существенного значения.

Шум-фактор — это определение, основанное на использовании эталонного значения 290 К. Если температура источника отличается от 290К, как в примерах 5.5—5.7, то необходимо определить рабочий или эффективный шум-фактор, описывающий реальную зависимость между (SNR)in и (SNR)out. Если в качестве отправной точки использовать уравнения (5.25) и (5.27), рабочий шум-фактор можно выразить следующим образом.

(5.48)






Спасибо, что просмотрели данную страницу. Рекомендуем добавить ее в закладки ->
© Банк лекций Siblec.ru
Электронная техника, радиотехника и связь. Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные и гуманитарные науки.

Новосибирск, Екатеринбург, Москва, Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону, Чебоксары.

E-mail: formyneeds@yandex.ru