Измерение шумовых параметров устройств ТКС

Одной из главных задач в ТКС и устройствах радиотехники в целом является борьба с шумами и помехами при передаче и приеме информации. Главным образом шумы и помехи негативно проявляют себя в приемниках ТКС. Чтобы эффективно устранять или по возможности уменьшать влияние шумов и помех, безусловно, необходимо знать уровни этих шумов и помех.

Шумовые параметры устройств ТКС

Для оценивания шумовых свойств устройств ТКС используют следующие понятия и параметры: спектральная плотность мощности шума (СПМШ); коэффициент шума К_ш коэффициент шума стандартный К_шс; коэффициент шума интегральный К_ши; эффективная температура шума входа четырехполюсника Г_{эф ш}.

СПМШ — это дифференциальная энергетическая характеристика, позволяющая оценивать уровень шума на входе устройства ТКС:

где Р_ш (j) — мощность сигнала шума в такой узкой полосе частот Д что при ее дальнейшем сужении Р_ш (J) не изменяется.

Коэффициент шума устройства ТКС (линейного четырехполюсника, приемного устройства) при независимости параметров шумового сигнала и устройства от частоты определяется как.

где Р_{с т}, Р_{с вых}, /^>,"._вх, Ли. вых^— мощности сигнала и шума на входе и выходе устройства.

Вводя коэффициент усиления по мощности К,= Р_с лш/Р_{с т}, можно записать.

где Р_{ш вх со6} — мощность собственных шумов устройства, приведенная к эквиваленту на входе.

В идеальном четырехполюснике собственные шумы отсутствуют, т. е. К_ш = 1. Таким образом, К_ш реальных четырехполюсников показывает, во сколько раз шумы на выходе реальных четырехполюсников больше шумов идеального четырехполюсника.

Из (6.7) следует, что К_ш зависит не только от параметров устройства ТКС, но и от шумового сигнала на его входе Р_{ш вх}. Поэтому, чтобы избежать неоднозначности, используют нормированное значение мощности шума на входе устройства Р_шо и вводят понятие коэффициента шума стандартного. Коэффициент шума стандартный определяется по формуле.

За значение Р_шо принимается мощность тепловых шумов согласованной нагрузки на входе четырехполюсника при температуре Т= 293,16 К (20 °С). По аналогии с (6.7) можно записать.

В реальных условиях величина мощности шумов зависит также от спектра частот, в котором проводится измерение, поэтому нормируется также СПМШ. За нормированное значение СПМШ принимается величина в одну единицу кТ_п, равная СПМШ согласованной нагрузки при Т_п = 293,16 К (АТ_П = 4−10^-23 Вт/Гц).

С учетом (6.6) можно записать.

где 5₀ — нормированное значение СПМШ;

5_ВЫХ — СПМШ на выходе четырехполюсника.

По аналогии с (6.8) можно записать.

Реально полоса частот устройства ТКС не может быть бесконечно узкой, поэтому применяется интегральный коэффициент шума.

Коэффициент шума интегральный (усредненный) в полосе частот Д/определяется по формуле

где kT_nAf К_Р — мощность шумов на выходе четырехполюсника при температуре стандартного источника;

Д/— полоса пропускания.

Если учесть, что полный шумовой сигнал на выходе состоит из шумов источника и собственных шумов четырехполюсника, то.

Для маломощных устройств ТКС оценивание шумов по коэффициенту шума неудобно. Для таких устройств используется другой параметр — эффективная температура шума, т. е. температура некоторого условного теплового источника, расположенного на входе исследуемого устройства.

Эффективная температура шума входа четырехполюсника Пф. ш связана с коэффициентом шума следующим соотношением:

Расчет Гэф. _ш по формуле (6.9) делать нецелесообразно, так как могут иметь место большие погрешности при малых значениях К_ш. Поэтому Т,_{ф ш} рекомендуется измерять.