www.chms.ru - вывоз мусора в Балашихе 

Динамо-машины  Сигналы и спектры 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [ 91 ] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358

писали шумовые свойства реального усилителя, изображенного на рис. 5.15, а, внешнему источнику N последовательно соединенному с исходным источником Л,. Значение N , получается путем уменьшения Na на величину, равную коэффициенту усиления усилителя. Как показано на рис. 5.15, б, уравнение (5.25) соотносит все шумы с входом усилителя, независимо от того, где в действительности присутствует шум - на входе устройства или вне его. Как видно из рис. 5.15, мошность шума на выходе реального усилителя идентична тому, что дает эквивалентная модель.

/V/= 1 мкВт

/V/ = 1 мкВт (~ /Ve/ = 0,1 мкВт (~


/Vout = G/V, + /Ve = 110м1сВт

Nout = G(N, + Ne,) = ПОмкВт

Рис. 5.15. Пример трактовки шума в усилителях После упрощения уравнения (5.25) получаем следующее:

N, N,

(5.26)

Из полученного уравнения видим, что коэффициент шума выражает шумовые свойства сети относительно входного источника шума; коэффициент шума - это не абсолютная мера шума. Идеальный усилитель или идеальная сеть, не вносящие шума {N 1 = 0), имеют шум-фактор, равный единице (О дБ).

Для прдктического использования понятия шум-фактор мы должны научиться делать объективные сравнения устройства на основе уравнения (5.26). Слецовательно, в качестве эталонного мы должны выбрать значение N,. Шум-фактор любого устройства будет представлять меру того, насколько более шумным (по сравнению с эталонным) является рассматриваемое устройство. В 1944 году Фриис (Friis) [9] предложил, чтобы шум-фактор определялся для источника шума при эталонной температуре Го deg; = 290 К. Впоследствии это предложение было принято IEEE как часть стандартного определения шум-фактора [10]. Из уравнения (5.17) видим, что для задания максимальной доступной спектральной плотности мощности шума из любого источника достаточно задать температуру этого источника. Значение 290 К бьшо выбрано в качестве эталонного, поскольку именно оно является разумной приближенной оценкой температуры источника большинства каналов связи. Кроме того, если выбрать Го deg; = 290 К, то вычисление спектральной плотности шума yVo при этой температуре дает эстетически красивое значение:

Ло = кГо deg; = 1,38 X 10- X 290 = 4,00 х 10 Вт/Гц



или (в децибелах)

Ло = -204дБВт/Гц.

Теперь, когда мы определили шум-фактор F относительно источника шума с температурой 290 К, важно отметить, что соотношения (5.25) и (5.26) справедливы строго, только если N, - эю источник шума с температурой 290 К. При других N, нужно переименовать коэффициент F в уравнениях (5.25) и (5.26) и использовать термин эксплуатационный коэффициент шума Fop. Связь FviF показана ниже, в уравнении (5.48).

5.5.2. Шумовая температура

Преобразовав уравнение (5.26), можем записать следующее:

N , = {F-l)N, (5.27)

Из уравнения (5.16) можем подставить Л, = кГо deg; и N , = kW, где Го deg; - эталонная температура источника, а Тц deg; - эффективная шумовая температура приемника (или сети). Затем можем записать следующее:

Kr/W=(F-l)Kro deg;W

Г/ = (Р-1)Го deg;.

Температура Го deg; выбрана равной 290 К, поэтому получаем следующее:

rR deg; = (F-l)290K. 5.28)

В уравнении (5.26) понятие коэффициента шума использовано для описания шумовых характеристик усилителя. Уравнение (5.28) - это альтернативная (и при этом эквивалентная) характеристика, именуемая эффективной шумовой температурой. Напомним, что шум-фактор - это измерение относительно эталона. Шумовая температура такого офаничения не имеет.

Характеристики источников шума (в контексте уравнения (5.17)) можно описывать как через доступную спектральную мощность шума, так и эффективную шумовую температуру. Уравнение (5.28) показывает, что шумовые свойства усилителя можно смоделировать с помощью введения дополнительного источника шума, подобного изображенному на рис. 5.15, б, работающего при некоторой эффективной температуре, обозначенной Tr. Для чисто резистивного оконечного устройства всегда превышает температуру окружающей среды (разумеется, если устройство не охлаждается специально). Важно заметить, что в реактивных оконечных устройствах, таких как не-охлаждаемые параметрические усилители или другие малошумящие устройства, может быть значительно меньше 290 К, даже если температура окружающей среды выше этой величины [И]. Чтобы записать выход усилителя как функцию его эффективной температуры, мы можем использовать уравнения (5.16), (5.25) и (5.28):

No = GN, + Gn = (5.29,а)

= GKTg deg;W+ GkTr deg;W = Ск(Г/ + Tr deg;)W = (5.29,6)

= GKTg deg;W+ (F- 1)GkTo deg;W, (5.29,B)

где Tg deg; - температура источника, a To deg; равна 290 К.



5.5.3. Потери в линии связи

Отличия между сетями усилителей и сетями с потерями в линии можно рассматривать в контексте механизмов потерь и шумов, описанных ранее. Сети с шумами рассматривались в разделах 5.5.1 и 5.5.2 и подразумевали использование усилителей. Говорилось, что ухудшение параметра SNR происходит вследствие введения в линию связи дополнительного шума (усилителя), как показано на рис. 5.15. В то же время в случае линии с потерями мы должны показать, что ухудшение параметра SNR происходит вследствие поглошения сигнала при фиксированном уровне шума (когда температура линии меньше (или равна) температуры источника). Впрочем, и в этом случае ухудшение будет выражено через увеличение коэффициента шума или эффективной шумовой температуры.

Источник

Сеть с потерями

N, = kTgW

Температура Tj Усиление G= 1/L L - коэффициент потери мощности

Выход

I Нагрузка

GNu=U-G)kTiW +

-Ngo = GkTgW

kTgW

Рис. 5.16. Линия с потерями: импеданс и температура согласованы на обоих концах

Рассмотрим линию (или сеть) с потерями, показанную на рис. 5.16. Предположим, что линия согласована с источником и нагрузкой по импедансу. Определим потерю мошности следующим образом;

мощность на входе мощность на выходе

Коэффициент усиления сети G равен 1/L (меньше единицы для линии с потерями). Пусть все компоненты работают с температурой Г, deg;. Общий шум, поступающий с выхода сети в нагрузку, равен

поскольку при температуре выход сети выглядит как чистое сопротивление. Для обеспечения теплового равновесия общая мощность, поступающая с нагрузки обратно в сеть, также должна равняться N u,. Напомним, что доступная мощность шума kT deg;W зависит исключительно от температуры, ширины полосы и согласования импедансов; она не зависит от значения сопротивления. yVou, можно разбить на два компонента, Ng и СМц.

N, = KTg deg;W=Ng +GNLi,

(5.30)

N, = GkT/W (5.31)

является компонентом выходной мощности шума, связанным с источником, GKu - компонентом выходной мощности шума, отвечающим за сеть с потерями, а N - щумом сети, измеряемым относительно ее входа. Объединяя уравнения (5.30) и (5.31), можем записать следующее:

KTg deg;W=GKTg deg;W+GNu.

(5.32)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 [ 91 ] 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358