Шумовая температура. Большая энциклопедия нефти и газа

Шумовая температура антенны

Шумовая температура антенны - характеристика мощности шумов приёмной антенны. Шумовая температура не имеет никакого отношения к физической температуре антенны. Она задается формулой Найквиста , и равна температуре резистора , который имел бы такую же мощность тепловых шумов в данной полосе частот:

Где

Мощность шумов, - шумовая температура, - полоса частот, - постоянная Больцмана .

Источником шумов является не сама антенна , а шумящие объекты на Земле и в космосе. Космическая составляющая шума зависит от диаметра антенны: чем больше диаметр и усиление, тем уже основной лепесток диаграммы направленности , соответственно, меньше посторонних космических шумов антенна усиливает вместе с полезным сигналом. Земная составляющая шумовой температуры антенны зависит от угла места - чем ниже «смотрит» антенна, тем больше она принимает индустриальных помех и шумов от источников на поверхности Земли. Поэтому шумовая температура - не постоянная величина, а функция от угла места. Как правило, она указывается в спецификации для одного или нескольких значений угла места. Типичная шумовая температура параболической антенны диаметром 90 см в Ku-диапазоне для угла места 30 градусов - 25-30К.

Шумовая температура антенны в радиоастрономии

Понятие шумовой температуры антенны наряду с понятием антенной температуры широко применяется в радиоастрономии . Антенная температура характеризует полную мощность принимаемого антенной излучения, т.е. мощность шумов и мощность изучаемых объектов , в то время как шумовая температура - только мощность шумов (мешающих факторов). Если в диаграмму направленности не попадает ни одного радиоисточника, то антенная температура равна шумовой. Таким образом полезный сигнал зависит от разности антенной и шумовой температур.

Как правило шумовая температура состоит из двух частей: постоянной и стохастической. Постоянную составляющую можно компенсировать, а вот стохастическая накладывает фундаментальные ограничения на чувствительность радиотелескопов . Поэтому для увеличения соотношение сигнал/шум при проектировании радиотелескопов основное внимание уделяется уменьшения стохастической составляющей. Для этого применяют малошумящие усилители, охлаждение приемников жидким азотом или гелием и прочее.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Шумовая температура антенны" в других словарях:

Эффективная величина, служащая мерой мощности шумов в радиоприёмных устройствах. Ш. т. Тш равна температуре согласованного сопротивления (эквивалента антенны), при которой мощность его теплового шума равна мощности шумов данного… …

эквивалентная шумовая температура спутниковой линии Recom - Шумовая температура на выходе приемной антенны земной станции, соответствующая мощности радиочастотного шума, создающего суммарный шум, наблюдаемый на выходе спутниковой линии, за исключением шума, создаваемого помехами от спутниковых линий,… … Справочник технического переводчика

Эквивалентная шумовая температура спутниковой линии - 1. Шумовая температура на выходе приемной антенны земной станции, соответствующая мощности радиочастотного шума, создающего суммарный шум, наблюдаемый на выходе спутниковой линии, за исключением шума, создаваемого помехами от спутниковых линий,… … Телекоммуникационный словарь

Величина, характеризующая мощность электромагнитного излучения, принимаемого антенной. Часто используется в радиоастрономии. Антенная температура не имеет никакого отношения к физической температуре антенны. Так же, как и шумовая температура, она … Википедия

Фотометрическая величина, характеризующая интенсивность излучения. Часто используется в радиоастрономии. Содержание 1 В диапазоне частот 2 В диапазоне длин волн … Википедия

Антенна радиотелескопа РТ 7.5 МГТУ им. Баумана. РФ, Московская область, Дмитровский район. Диаметр зеркала 7,5 метра, рабочий диапазон длин волн: 1 4 мм Антенна устройство для излучения и приёма радиоволн (разновидности электромагнитного… … Википедия

I Орбита (от лат. orbita колея, путь) круг, сфера действия, распространения; см. также Орбита (мед.), Орбиты небесных тел, Орбиты искусственных космических объектов. II Орбита (мед.) глазница, костная полость Черепа, в которой… … Большая советская энциклопедия

ГОСТ 24375-80: Радиосвязь. Термины и определения - Терминология ГОСТ 24375 80: Радиосвязь. Термины и определения оригинал документа: 304. Абсолютная нестабильность частоты радиопередатчика Нестабильность частоты передатчика Определения термина из разных документов: Абсолютная нестабильность… …

Устройство для приёма и измерения радиоизлучения косм. объектов в диапазоне от декаметровых до миллиметровых длин волн (в пределах «окна прозрачности» земной атмосферы для радиоволн). Измерения на более длинных волнах производят из космоса. Р.… … Физическая энциклопедия

ГОСТ Р 50788-95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений - Терминология ГОСТ Р 50788 95: Установки непосредственного приема программ спутникового телевизионного вещания. Классификация. Основные параметры. Технические требования. Методы измерений оригинал документа: 3.1.4 Антенна устройство для приема… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Cтраница 3

В литературе опубликованы многочисленные сообщения о разработках охлаждаемых параметрических усилителей. В частности, в работах приводятся результаты изучения влияния охлаждения диодов на эффективную шумовую температуру усилителя. На рис. 11.4 приведены полученные экспериментально зависимости шумовой температуры усилителя от температуры диодов из германия, кремния и арсенида галлия.  

Наряду с этим известно много случаев, когда фактические шумы значительно превышают шумы, вычисленные по этим формулам. Для того чтобы избежать несоответствия между опытом и расчетом, вводят понятия об эффективной шумовой температуре или об эффективном сопротивлении (проводимости) взамен соответствующих реальных величин. Такие представления являются неудачными и даже вредными, так как хотя и дают возможность численно свести опыт с расчетом, но не соответствуют существу дела, а поэтому и не указывают на правильные пути борьбы с шумами.  

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 ограничения не имеет.  

Такое разделение просто осуществляется с помощью циркулятора, как показано на рис. 17.23, а. При этом достигается еще и то преимущество, что шумы нагрузки приемника с комнатной температурой не проходят непосредственно в мазер. Помимо собственной шумовой температуры мазера TNM в эффективную шумовую температуру входят слагаемые: TNR / gp, учитывающее шумы приемника; TLA, учитывающее шумы согласованной нагрузки, отраженные от антенны; TLM, обусловленное шумами, проходящими между плечами 2 и 4 циркулятора; TRM, обусловленное щуками приемника, проходящими между плечами 3 и 2 аТ0, определяемое диссипативными потерями в фидере между антенной и мазером.  

Отличия между сетями усилителей и сетями с потерями в линии можно рассматривать в контексте механизмов потерь и шумов, описанных ранее. Впрочем, и в этом случае ухудшение будет выражено через увеличение коэффициента шума или эффективной шумовой температуры.  

Например, теория Петритца ведет к закону вида v - 1 с отклонениями 3 56 почти в пятидекадном диапазоне частот. Были проведены некоторые измерения шума мерцания ; Никол обнаружил, что на частоте 45 Мгц этот шум может оказаться больше дробового и быть значительным на частотах до 1 Ггц. Эти дополнительные источники шума должны учитываться при анализе характеристик диодов с точечным контактом, относя такие шумы к эффективной шумовой температуре.  

Параметрические усилители чаще всего используются в аппаратуре ТРРЛ. Они представляют собой устройства, в которых нсдользуется переменный реактивный элемент, в качестве которого применяется параметрический диод, обладающий свойствами нелинейной емкости и изменяющий свое реактивное сопротивление за счет внешних источников энергии. Так как чисто реактивные элементы не обладают собственными шумами, то ПУ обеспечивают низкие уровни шумов, позволяя уменьшить эффективную шумовую температуру приемника до требуемого значения 100 - 150 К. В них для накапливания энергии используется емкость р-й-иерехода диода, а изменение этой емкости осуществляется за счет подачи от генератора накачки (ГН) переменного напряжения, частота которого выше частоты усиливаемого сигнала.  

Для криогенно охлаждаемых приемников миллиметровых и субмиллиметровых волн приближение Рэлея-Джинса может давать значительную ошибку. Для определения эффективной шумовой температуры теплового источника в случае, когда нужно учитывать квантовые эффекты, используются две формулы.  

Принимая эффективную температуру газа равной 500 К, для Ne n доп-плеровски уширенной линии (9.9) получаем, что полоса усилителя равна 315 Мгц, а по формуле (9.20) находим полную выходную мощность шумов на моду 12 3 10 - 9 вт. Формула (9.6) дает, что эффективная шумовая температура в этом случае равна 8550 К, тогда как идеальное значение этой величины равно 6120 К.  

Диапазон температур для коммерческих систем обычно находится между 30 и 150 К. Недостатком использования шум-факторов для подобных малошумящих сетей является то, что все получаемые значения близки к единице (0 5 - 1 5 дБ), что создает определенные затруднения при сравнении устройств. Для приложений космической связи эталонная температура в 290 К не является настолько подходящей, как для наземных приложений. Эффективная входная шумовая температура просто сравнивается с эффективной шумовой температурой источника. Вообще, приложения, в которых фигурируют малошумящие устройства, лучше описывать с помощью эффективной температуры, а не шум-фактора.  

Для осуществления одноплечего варианта усилителя использован циркулятор. В усилителях такого рода применяются диоды с резкими, плавными и точечно-контактными переходами. Выходные мощности равны 5 - 500 мет, выше этих значений наступает насыщение; внутри этого диапазона мощностей произведение коэффициента усиления на полосу пропускания возрастает. Эффективная шумовая температура обычно не превышает 300 К; в известных пределах шумовую температуру можно снизить за счет использования более высокой мощности накачки.  

На рис. 4.11 изображен график, позволяющий сравнить шумовые свойства различных типов усилителей. Из графика следует, что шумовая температура кристаллических смесителей весьма быстро растет с увеличением частоты и при / 300 МГц превышает 1000 К. Схемы усилителей высокой частоты на триодах обладают более низкой шумовой температурой. Однако с увеличением частоты усиливаемых колебаний она также очень быстро возрастает. Эффективная шумовая температура усилителей на туннельных диодах остается практически постоянной (Тэ 800 К) до частоты / 6000 МГц. Параметрические усилители (ПУ) обладают шумовой температурой, близкой к 100 К. На рисунке для сравнения указана шумовая температура некоторых источников шумов.  

Расчетно-графическая работа

Вариант №25

Подготовил:

студент ИЭБ-405

Кныш И. В.

Проверил:

Сундучков К.С.

Расчетно-графическая работа

«Определение максимально допустимой мощности входного сигнала при котором схема работает в линейном режиме»

I. Вводная часть лабораторной работы.

Цель работы.

Углубить теоретические знания по данному разделу. Научится максимально допустимые мощности входного сигнала при котором схема работает в линейном режиме.

Задание на выполнение лабораторной работы.

2.1 НАЙТИ:

Такое сочетание параметров элементов, при котором:

1. Нет элементов в режиме насыщения;

2. На вход приемника – декодера поступает максимально допустимая мощность сигнала.

2.2 ОФОРМИТЬ

1.На первом листе должны быть указаны: - ВУЗ, группа, Ф.И.О., дата, наименование темы курсовой работы, номер варианта.

2.Привести все исходные данные для вашего варианта из раздела "ДАНО".

3.По каждому вопросу из раздела "НАЙТИ" привести содержание вопроса, формулу по которой будет произведен расчёт, значения параметров в формуле для вашего варианта, ответ, размерность.

4.Все расчеты выполнить на персональном компьютере (ПК)

5.Отчёт предоставить в виде распечатанном на формате А4 и в электронном виде, позволяющем изменять исходные значения и вести расчёт заново.

6.В конце отчёта поставить личную подпись.

2.3 ДАНО:

1. Таблица вариантов

Эл-ты	МШУ1	МШУ2	ПУПЧ	СВЧ-тр	СМ	Приёмник - декодер
Кпер. Одного каскада	10 дБ	10 дБ	10 дБ	-
Рнас.одного каскада (Вт)	10 -6	10 -6	10 -3	-	10 -2
№вар	К-вокаск.	К-вокаск.	К-вокаск.	η	К см	Р Пр-д нас
				0,9 раз	0,1 раз (-10 дБ)	10 -1 Вт
				0,7 раз	10 -2 Вт
				0,5 раз	10 -3 Вт
				0,9 раз	0.25 раз (-6 дБ)	10 -1 Вт
				0,7 раз	10 -2 Вт
				0,5 раз	10 -3 Вт

2. Исходные данные для варианта №25

1. Мощность насыщения СМ

2. Мощность приемника-декодера = 10 -1 Вт

3. Коэффициентпередачи СВЧ тракта = 0,9 раз

4. Коэфициент ПУПЧ = 4

5. Коэффициентусиления - = 2

6. Коэффициентусиления - = 2

Мощность сигнала на входе плоскости АА изменяется от Вт .

II.Теоретическая часть.

Введение.

Обозначения параметров элементов структурных схем приемного тракта Земной станции ССС:

Коэффициент усиления антенны;

Диаметр зеркала приемной антенны;

Эквивалентная шумовая температура;

Коэффициент усиления МШУ;

Эквивалентная шумовая температура входа МШУ;

Коэффициент передачи СВЧ тракта снижения;

Физическая температура окружающей среды;

Эквивалентная шумовая температура входа кнвертора;

Коэффициент передачи ПЧ - тракта снижения;

Эквивалентная шумовая температура на входе линейного тракта ЗС ССС;

Эквивалентная шумовая температура входа приемника;

Центральная частота принимаемого сигнала;

Центральная частота сигнала ПЧ;

Коэффициент, учитывающий уровень энергии, попадающей в антенну через боковые лепестки диаграммы наравленности антенны от теплового излучения поверхности Земли;

Добротность Земной станции ССС.

Эквивалентная шумовая температура и коэффициент усиления антенны.

Эквивалентная шумовая температура антенны ЗС ССС может быть представлена в виде составляющих :

где слагаемые обусловлены следующими факторами:

Приемом космического радиоизлучения с учетом - угла места ДН антенны Земной станции;

Излучением атмосферы с учетом дождя и ;

Приемом излучения Земной поверхности через боковые лепестки ДН антенны, где s=0,05÷0,4, а Т з =290К для суши.

На рисунке 1 представлена частотная зависимость шумовой температуры Галактики, Солнца и атмосферы Земли (без дождя) . Из графика видно что шум Галактики в диапазоне частот выше 6 ГГц практически можно не учитывать. На частотах ниже 6 ГГц значение полученное из графика на рис.1 следует брать для выражения (1) с коэффициентом равным 0,5. Это объясняется тем, что излучение Галактики имеет сплошной спектр и слабо поляризовано, поэтому при приеме его на антенну с любым видом поляризации можно считать, что принимаемое излучение будет половинной интенсивности. Солнце является самым мощным источником радиоизлучения и может полностью нарушить связь, попав на главный лепесток ДН антенны. Однако такую ситуацию обычно преднамеренно исключают.

Рис.1. Частотная зависимость шумовой температуры Галактики, Солнца и атмосферы Земли (без дождя).

Шумовое радиоизлучение земной атмосферы имеет тепловой характер и в полной мере обусловлено поглощением сигналов в атмосфере (с учетом дождя). В силу термодинамического равновесия атмосфера излучает такое же количество энергии на данной частоте, которое поглощает, следовательно,

, (2)

где: =260К – средняя термодинамическая температура атмосферы, L а и L д

ослабление сигнала в атмосфере и в дожде, которые можно найти по графикам на рис. 2 и 3, соответственно . Частотная зависимость шумовой температуры атмосферы (с учетом дождя) приведены на рис. 4(а) и рис. 4(б) .

Рис. 2. Частотная зависимость поглощения радиоволн в спокойной
атмосфере (без дождя) при различных углах места.

Рис. 3. Зависимости поглощения сигнала в дожде от частоты при
различных углах места для Европейской территории СССР в различных
полосах частот, превышаемое не более 1% (сплошные линии)
и 0,1% (штриховые линии) времени любого месяца.

Рис. 4. Частотная зависимость шумовой температуры атмосферы
Земли (с учетом дождя): а) при Т д =1%; б) при Т д =0,1%.

Влияние дождя, облаков, тумана и других видов осадков является статической характеристикой и зависит от толщины поглощающего слоя, времени суток, времени года и подлежит специальному изучению для каждой конкретной местности .

Эквивалентная шумовая температура антенны ЗС ССС может быть представлена в виде составляющих :

где слагаемые обусловлены следующими факторами:

Приемом космического радиоизлучения с учетом - угла места ДН антенны Земной станции;

Излучением атмосферы с учетом дождя и ;

Приемом излучения Земной поверхности через боковые лепестки ДН антенны, где s=0,05÷0,4, а Т з =290К для суши.

На рисунке 1 представлена частотная зависимость шумовой температуры Галактики, Солнца и атмосферы Земли (без дождя) . Из графика видно что шум Галактики в диапазоне частот выше 6 ГГц практически можно не учитывать. На частотах ниже 6 ГГц значение полученное из графика на рис.1 следует брать для выражения (1) с коэффициентом равным 0,5. Это объясняется тем, что излучение Галактики имеет сплошной спектр и слабо поляризовано, поэтому при приеме его на антенну с любым видом поляризации можно считать, что принимаемое излучение будет половинной интенсивности. Солнце является самым мощным источником радиоизлучения и может полностью нарушить связь, попав на главный лепесток ДН антенны. Однако такую ситуацию обычно преднамеренно исключают.

Рис.1. Частотная зависимость шумовой температуры Галактики, Солнца и атмосферы Земли (без дождя).

Шумовое радиоизлучение земной атмосферы имеет тепловой характер и в полной мере обусловлено поглощением сигналов в атмосфере (с учетом дождя). В силу термодинамического равновесия атмосфера излучает такое же количество энергии на данной частоте, которое поглощает, следовательно,

, (2)

где: =260К – средняя термодинамическая температура атмосферы, L а и L д

ослабление сигнала в атмосфере и в дожде, которые можно найти по графикам на рис. 2 и 3, соответственно . Частотная зависимость шумовой температуры атмосферы (с учетом дождя) приведены на рис. 4(а) и рис. 4(б) .

Рис. 2. Частотная зависимость поглощения радиоволн в спокойной
атмосфере (без дождя) при различных углах места.

Рис. 3. Зависимости поглощения сигнала в дожде от частоты при
различных углах места для Европейской территории СССР в различных
полосах частот, превышаемое не более 1% (сплошные линии)
и 0,1% (штриховые линии) времени любого месяца.

Эффективная шумовая температура

Эффективная шумовая температура антенны или АФУ вводится как параметр приемной антенны при приеме слабых сигналов диапазона СВЧ по аналогии с источниками теплового шума.

При исследовании радиоприемных устройств СВЧ эффективная шумовая температура источника шумов (в градусах Кельвина) вводится как коэффициент, связывающий мощность шумов и полосу пропускания:

,

где - постоянная Больцмана

Эффективную шумовую температуру, характеризующую мощность всех внешних помех, называют условно шумовой температурой излучения . Ее обычно рассчитывают, вводя понятие яркостной температуры источников помех . Участок поверхности источника помех имеет температуру , если создаваемая им интенсивность помех равна интенсивности радиоизлучения соответствующего участка абсолютно черного тела, имеющего температуру , и такую же пространственную конфигурацию, что и источник помех. Интенсивность - это спектральная плотность мощности выходящей через единичную площадку поверхности излучающего тела в единичный телесный угол.

Для абсолютно черного тела: .

На приемную антенну попадает только та часть мощности, которая излучается площадкой (элементарная площадка на излучающей поверхности) в телесный угол, опирающийся на площадку, равную эффективной площади антенны . Таким образом, спектральная плотность мощности излучения от площади на входе приемника, согласованного с антенной, равна:

где телесный угол, под которым видна от антенны излучающая площадка ()

Т.к. поля помех приходящих с разных участков излучающей поверхности, статистически независимы, то полная спектральная плотность мощности помех на входе приемника определится суммированием по всем направлениям от антенны, на участки излучающей поверхности:

Полная мощность шумов:

Шумовая температура:

Величина зависит не только от параметров антенны, но и от интенсивности распределения внешних источников помех.

Собственные шумы антенны определяются сопротивлением потерь антенны , температуру которого нужно считать равной температуре окружающей среды - физическая температура антенны. С учетом потерь эквивалентная схема антенны как генератора шумовой ЭДС показана на рисунке, где приписана шумовая температура , отличная от температуры окружающей среды .

Внешние шумы и шумы за счет потерь в антенне статически независимы, поэтому нужно складывать их среднеквадратические значения:

или ,

где - эффективная шумовая температура антенны.

После преобразования имеем:

, ,

где - КПД антенны.

По аналогичной методике учитываются шумы за счет потерь в фидере вместе с включенными в него различными устройствами:

где - КПД линии передачи, - физическая температура линии передачи (фидера), - коэффициент передачи мощности антенной цепи без учета потерь в антенне и линии. Здесь антенна с фидером согласована, а приемник нет ().

Рассогласование приемника с фидером часто используется для уменьшения шумов входной цепи приемника при реализации предельной чувствительности в диапазоне СВЧ.