Эквивалентная шумовая температура на входе линейного приемного тракта зс ссс. RA6FOO УКВ антенны T loss
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.
Так как шумы более широкополосны, чем приемное устройство, то в дальнейшем будем считать, что на входе идеального приемника имеет место шумовое напряжение, идеализируемое белым шумом. Тогда единственной характеристикой, которая потребуется в последующих главах, является спектральная плотность этого эквивалентного шума, пересчитанного ко входу приемника. Чтобы найти эту характеристику, рассмотрим причины возникновения шумов и количественные характеристики шума. Прежде всего заметим, что если бы даже само приемное устройство было идеально нешумящим, на входе приемника имело бы место шумовое напряжение. Причины возникновения этих входных шумов мы укажем несколько ниже. Так как само приемное устройство неидеально и создает добавочные шумы, то шумовое напряжение на выходе приемника будет определяться как входными шумами, так и собственными. Если приемник не содержит малошумящих усилителей высокой частоты, то шумовое напряжение на выходе будет определяться собственными шумами.
Чтобы количественно оценить, насколько реальный приемник отличается от идеального нешумящего, обычно вводится понятие о коэффициенте шума приемного устройства.
Коэффициентом шума некоторого линейного четырехполюсника называется число, показывающее, во сколько раз отношение сигнала к шуму по мощности на
его входе больше соответствующего отношения сигнала к шуму на выходе,
где отношение мощности сигнала к мощности шума на входе в полосе пропускания четырехполюсника; отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе.
Из соотношения (2.2.1) видно, что для идеального нешумящего четырехполюсника коэффициент шума равен единице, а для любого реального
Представим приемное устройство в виде последовательно включенных четырехполюсников, которые имеют соответственно коэффициенты шума: Если нагрузки четырехполюсников согласованы, то для коэффициента шума приемного устройства нетрудно получить следующее соотношение:
где коэффициенты усиления четырехполюсников по мощности.
Из полученного выражения видно, что если приемник имеет усилитель высокой частоты с большим коэффициентом усиления, то его коэффициент шума будет в основном определяться собственными шумами этого усилителя и входных цепей.
Однако часто приемники сантиметрового диапазона усилителей на высокой частоте не имеют. В таких приемниках первым интенсивно шумящим элементом будет смеситель, вторым - усилитель промежуточной частоты. Шумы смесителя складываются из собственных шумов кристаллического детектора и шумов гетеродина. Обычно шумовые свойства смесителя принято характеризовать относительной шумовой температурой
Эффективна шумовая температура смесителя; абсолютная температура элементов приемного устройства; коэффициент передачи по мощности и коэффициент шума смесителя.
Тогда коэффициент шума приемника запишется в виде
Здесь коэффициент шума УПЧ.
Таким образом, коэффициент шума приемника в основном определяется шумами усилителя промежуточной частоты и шумами смесителя. Причин возникновения шумов УПЧ много. Можно указать, например, на такие источники шума, как тепловые шумы сопротивлений, шумы, возникающие за счет дробового эффекта в электронных лампах, и др.
Как следует из формулы (2.2.2), коэффициент шума всего усилителя промежуточной частоты определяется в основном коэффициентами шума первых его каскадов. Поэтому при проектировании приемных устройств особенное внимание уделяется шумовым свойствам входной цепи и первых каскадов УПЧ. Не останавливаясь подробно на этих вопросах, укажем, что коэффициент шума для приемников сантиметрового диапазона, в которых нет усиления на высокой частоте, обычно бывает порядка 10-16 дб
Если приемное устройство имеет усилитель высокой частоты, в качестве которого используется лампа бегущей волны то коэффициент шума такого приемника имеет порядок 3-б дб .
Зная величину коэффициента шума, можно легко подсчитать мощность шума на выходе УПЧ. Из форму получаем
где коэффициент усиления по мощности тракта приемного устройства до второго детектора.
Мощность шумов на входе в полосе пропускания УПЧ можно подсчитать по известной формуле
Где эквивалентная шумовая температура на входе, выраженная в абсолютных единицах; эффективная полоса пропускания УПЧ; k - постоянная Больцмана.
Тогда мощность шума на выходе УПЧ будет равна
где эффективная шумовая температура приемного устройства.
Следует отметить, что коэффициент шума входящий в эти формулы, есть коэффициент шума, замеренный при эффективной шумовой температуре на входе которая может отличаться от стандартной температуры Тогда можно использовать следующее соотношение между коэффициентом шума, измеренным при температуре и стандартным коэффициентом шума, измеренным при температуре
Шумы приемника ограничивают реальную чувствительность приемного устройства, а значит, и предельную дальность действия радиолокационной станции. Кроме того, за счет наличия шумов имеют место дополнительные флюктуационные ошибки измерения координат цели. В связи с этим важнейшей задачей проектирования приемных устройств радиолокационных станций является снижение уровня шумов.
За последнее время на этом пути удалось добиться существенных успехов главным образом за счет применения параметрических и молекулярных усилителей. Их собственные шумы оказываются сравнимыми или меньшими, чем уровень входных шумов.
При этом входными шумами будем называть шумы, возникающие до первого малошумящего усилителя. По причинам возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся шумы, возникающие за счет излучения небесного фона (космические шумы), вторичного излучения поглощающей среды (атмосферные шумы), теплового излучения земли, воспринимаемого боковыми лепестками диаграммы направленности антенны. Ко второй группе относятся шумы, которые
возникают в антенне и элементах приемного тракта предшествующих усилителю. К ним относятся шумы, возникающие за. счет конечной проводимости поверхности металлической антенны, потерь в волноводном тракте от антенны до малошумящего усилителя, прямых потерь в антенном переключателе и т. п.
Если на составляющие шумов антенны, возникающие за счет нагретой земли, мы можем влиять снижением уровня боковых лепестков за счет улучшения конструкции антенны, то более сложной проблемой является снижение уровня шумового излучения неба, принимаемого станцией с направления главного лепестка диаграммы направленности антенны. Этот шум состоит из составляющих, обусловленных рассеянием и поглощением в атмосфере, а также из шумового излучения, приходящего из пространства, расположенного за пределами ионосферы (космический шум). Хотя вопрос о зависимости уровня шумов от рабочей частоты станции еще недостаточно исследован, имеются сведения, дающие возможность судить -о том, что уровень космического шума обратно пропорционален частоте. Это иллюстрируется рис. 2.1, заимствованным из На рисунке показана зависимость эффективной шумовой температуры идеальных антенн от частоты. На более высоких частотах (свыше начинают сильно сказываться атмосферные шумы, которые увеличиваются с увеличением рабочей частоты станции. Отсюда, в частности, видно, что существует некоторый оптимальный диапазон рабочих частот, на котором шумовая температура антенны минимальна. Кроме того, приведенный график дает возможность оценить величину шумовой температуры антенны
Шумы элементов приемного тракта до малошумящего усилителя легко можно оценить. Если имеется некоторый источник с эквивалентной шумовой температурой и нам нужно вычислить эффективную шумовую температуру на выходе пассивного четырехполюсника с коэффициентом передачи по мощности то можно воспользоваться следующей формулой:
где абсолютная температура пассивного четырехполюсника.
блияние добавочных четырехполюсных элементов легко может быть оценено последовательным применением выражений этого типа.
В случае применения параметрических или молекулярных усилителей более удобной характеристикой шумовых свойств приемника является эффективная шумовая температура
Рис. 2.1. Эффективные шумовые температуры идеальных антенн, молекулярных и параметрических усилителей: 1 - идеальная горизонтально направленная на галактический центр антенна; 2 - идеальная вертикально направленная на галактический полюс антенна; 5 - молекулярный усилитель; 4 - параметрические усилители.
Она будет складываться из шумовой температуры на входе и температуры собственных шумов усилителя:
В результате получим, что эффективную шумовую температуру приемного устройства можно оценить по формуле
где эквивалентная шумовая температура антенны; абсолютная температура волноводного тракта; коэффициент передачи по мощности этого тракта; шумовая температура усилителя высокой частоты
По рис. 2.1 можно оценить эффективную шумовую температуру молекулярного и параметрического усилителей и ее зависимость от рабочей частоты. Как видно из графика, особенно низкой (несколько градусов оказывается шумовая температура молекулярного усилителя, поэтому в (приемные устройствах с такими усилителями очень большую роль начинают играть входные шумы. В связи с этим серьезной проблемой является уменьшение шумов на входе. Это можно сделать улучшением конструкции антенны, выбором рабочей частоты станции, охлаждением элементов, антенно-волноводного тракта до малошумящего усилителя и уменьшением потерь в этих элементах.
В дальнейшем мы всюду будем оперировать со спектральной плотностью шума которую нетрудно получить из приведенных выше соотношений:
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.
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 .
- Шумов, Александр Витальевич
- Шумовка (Шумячский район, деревня)
Смотреть что такое "Шумовая температура антенны" в других словарях:
Шумовая температура - 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
Антенная температура - 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
Яркостная температура - фотометрическая величина, характеризующая интенсивность излучения. Часто используется в радиоастрономии. Содержание 1 В диапазоне частот 2 В диапазоне длин волн … Википедия
Радио-антенна - 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
Орбита - 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… …
РАДИОТЕЛЕСКОП - 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
Внутренними шумами являются шум активного сопротивления потерь антенны Tlos (loss - потери) и шум активного сопротивления потерь фидера Тф. Их уровень зависит от частоты в той мере, в которой зависят от нее активные потери в антенне и фидере.
тепловой шум фидера Тф
Зная потери фидера в дБ, его несложно расчитать по формуле Тф = То (1 - КПД), где То температура среды (фидера) в гр. Кельвина. Для чего известные потери фидера надо перевести из дБ в КПД и сделать расчет. Например при потерях фидера 1 дБ его КПД 0,89. При 17°С этот фидер будет иметь шумовую температуру Тф = 290 (1 - 0,89) = 32°.
тепловой шум антенны Tlos
Его величину также можно расчитать из известных потерь в материале антенны. Антенна из
идеального материала не шумит. Из реального- шумит в той мере, в которой ее сопротивление потерь
составляет часть от сопротивления ИЗЛУЧЕНИЯ антенны. Выбором точки питания и устройства
согласования вместе с R излуч. и R потерь также приводится к ВХОДНОМУ сопротивлению антенны.
Потери в дб в антенне из реального материала можно определить по разности усиления антенны из
идеального и реального материала. Переведя дб в отношение величин и вычтя из единицы получим
долю R потерь в R излуч. или R входн. Умножив долю R потерь на температуру окружающей среды в
°Кельвина получим Т шума R потерь или T loss с точностью более, чем достаточной для
нормальных УКВ антенн.
Например антенна 50 ом из идеального материала имеет усиление 13 дб, из алюминия 12.81 дб.
Разность 0,19 дб соответствует отношению U или R 0,9783. 1,0 - 0,9783 = 0,0217 есть доля потерь.
При R вх 50 ом приведенное к входному сопротивление потерь составит 0,0217 х 50=1,085 ома.
Если температура среды принята 290°Кельвина, то T loss составит:
290°К х Rпотерь привед. / Rвх.
В нашем случае это составит 290 х 1,085/50=6,3°К.
С достаточной точностью можно расчитать проще. По таблице децибел находим численное значение
разности усилений, вычитаем 1 и умножаем на 290°. В нашем примере 0.19 дб=1.022. При этом Tlos
будет равно 290(1,022-1)=6,4°. В таблице ниже сделан расчет Tlos для обычно имеющихся потерь
в антеннах ВК из чистого алюминия, сделанный в MMANA. C учетом потерь в фидере эффективная
температура Tlos на входе приемника будет равна Tlos x КПД фидера.
Таблица перевода разности усилений антенны, расчитанных для идеального материала и чистого алюминия в Tlos
ВНЕШНИЕ ШУМЫ АФС
Внешние шумы - это шумы, принятые антенной от источников шумов внешнего пространства таким же образом, как и полезный сигнал. Такими источниками являются тепловой шум земли Тз или Tearth (earth - земля), техногенный шум Тт и космический шум (шум неба) Тк или Tsky (sky - небо) . Очевидно, что суммарный внешний шум АФС будет зависеть и от шумовой температуры этих источников и от диаграммы и положения антенны относительно этих источников и уже поэтому он не может быть нормализован. тепловой шум земли T earth
Сторого говоря шумовая температура земли Tearth равна ее физческой температуре Т, умноженной на 1 - Ф, где Ф - коэффициент отражения земной поверхности, который в свою очередь зависит от угла наклона, электрических свойств земной поверхности и поляризации антенны. Но на УКВ диапазонах как правило выполняется условие Рэлея, поверхность земли считается шероховатой, отражение от нее - диффузным, Ф стремится к 0, а Tearth - к физической температуре земли, которую в расчетах обычно принимают 290°К. Уровень теплового шума земли от частоты зависит мало.
техногенный шум Тт
Шум электрических аппаратов, от бытовых приборов, компьютерных сетей до ЛЭП, электротранспорта и пром. предприятий. Уровень может быть весьма различен, от 0 °К в безлюдной местности без рельсовых, трубопроводных и электрокоммуникаций в радиусе 100 км, до тысяч и десятков тысяч градусов в деловых центрах городов и промзонах. Или просто при наличии у соседа включенного в сеть китайского зарядника или БП компьютера без фильтра помех. С ростом частоты интенсивность техногенного шума падает, но не так быстро, как хотелось бы.
шум неба Тsky
Как видно на карте Tsky неба для частоты 136 МГц, различные его области имеют весьма различную шумовую температуру Tsky, от 200° до 3000°К. На частоте 430 МГц шумовая температура тех же областей меньше в среднем в 15 раз. Шумовая температура Tsky непостоянна во времени, она зависит от солнечной активности. Кроме того в Tsky входят и шум диска Солнца, Луны, планет, также непостоянные и весьма различные во времени.
ОЦЕНКА ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ АФС
Методика оценки хорошо описана DJ9BV и F6HYE в журнале“DUBUS”-3/1992г. Перевод этой статьи Оценка качества ЕМЕ-системы можно прочитать на УКВ портале. Автор перевода Николай Мясников, UA3DJG.
ОБЩАЯ ШУМОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА АФС
Шумовая температура антенны Та на входе в фидер есть арифметическая сумма шумовых температур внутренних и внешних источников шумов. Шумовая температура АФС на входе приемника это также арифметическая сумма шумовой температуры антенны Та с учетом ее потерь в фидере и шумовой температуры самого фидера Тф. Тафс = Та х КПД + Тф. Тф конкретного фидера заранее может быть расчитана по его затуханию и в расчетах ниже не участвует, далее рассматривается только Ta антенны или антенной системы (стека).
РАСЧЕТ ШУМОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ АНТЕНН
Существует несколько методик расчета Та. Например в приведена одна из них:
В целом ряде случаев оказывается удобным определять шумовую температуру антенны через
коэффициенты рассеяния β i . Под коэффициентом рассеяния в режиме передачи
понимается отношение доли мощности, заключенной в пределах данного телесного угла, ко всей
мощности, излученной антенной. Обычно выделяют полный и дифференциальные коэффициенты
рассеяния. Полный коэффициент рассеяния представляет отношение всей мощности, излученной
антенной в боковые и задние лепестки диаграммы направленности, к полной излученной мощности.
Естественно, что полный коэффициент рассеяния является суммой дифференциальных
коэффициентов β i .
Если, например, пространство, окружающее антенну, разбить на три области: 1) область главного
лепестка, .2) область, занятую лепестками переднего полупространства (по отношению к раскрыву
антенны), 3) область заднего полупространства, то эффективная шумовая температура антенны,
без учета омических потерь, может быть определена через коэффициенты рассеяния из выражения
Та = Т 1 (1 - β) + Т 2 β 2 + Т 3 β 3 ,
где Т 1 - усредненная яркостная температура среды в пределах главного лепестка
диаграммы; Т 2 - усредненная яркостная температура шумового излучения, принимаемого
боковыми лепестками в области переднего относительно раскрыва антенны полупространства;
Т 3 средняя яркостная температура шумового излучения в области заднего
полупространства; β - общий коэффициент рассеяния антенны за пределы главного лепестка
диаграммы; β 2 , β 3 - коэффициенты рассеяния, соответственно,
в передней и задней полусферах β 1 = β 2 + β 3
Общая шумовая температура антенны с учетом омических потерь в линии передачи равна:
Та у = Та η + Ty = Т 1 (1 - β)η + T 2 β 2 η +
T 3 β 3 η + T 0 (1 - η). Таким образом, шумовая
температура антенны зависит не только от собственных характеристик антенны (β, η),
но и от температуры внешнего шумового излучения (Т 1 , T 2 , T 3).
Поэтому в зависимости от ориентации антенны ее шумовая температура будет изменяться.
В приведенной методике нет определенного параметра или их комплекса, по которому можно
сравнить антенны между собой и сделать выбор. Причина в непостоянстве шумовой температуры
внешних источников и ее зависимости от положения антенны относительно них. Об этом же пишет
И. Гончаренко DL2KQ на своем форуме.
Вопрос:
Есть ли формулы для вычисления Ta, G/Ta , T los. Почему эти данные вычисляет только YA324,
а MMANAGAL нет?
Ответ:
Шумовая температура антенны (она же Ta) пришла к нам из радиоастрономии. Ta вычисляется
как произведение плотности шума пространства (solar flux unit, sfu) S (1S = 10-22 W s/m2) на
эффективную площадь раскрыва антенны A, деленное на две постоянных Больцмана 2 k
(где k=1.380662 10-23). Заменив площадь раскрыва через формулу, связывающую её с Ga
(см. например, п.3.1.7 во второй части "КВ и УКВ") получим и упростив- вычислив степени и
константы получим: Ta = S G λ²/3.47, где: S - sfu безразмерная, сегодняшннее значение
(см. например, Геофизические оповещения);
G - в разах (не в дБ);λ - в метрах.
Как Вы понимаете, имея вычисленное в программе G (и максимальное, и текущее, в произвольном
направлении по вектору) посчитать Ta, G/Ta, Tlos не составляет труда. Сделаем в GAL-ANA. Почему не
сделали в MMANA-GAL? Потому что бесплатная MMANA-GAL делалась нами под наше персональное
(и возможно ошибочное) представление о понятном и удобным в антенных расчетах. По упомянутому
мнению использование температур фидера и антенны – вещь неудобная. Посмотрите сами: в формулу
Tlos входит непостоянная температура окружающего пространства To, а в формулу Ta- непостоянный,
зависящий от Солнца, solar flux unit.В результате Tlos и Ta гуляют от погоды.
Удобно ли пользоваться такими плавающими параметрами? Конечно можно ввести некие стандартно-
средние To и S. Но это пока не стандартизовано, отчего в разных публикациях кто в лес, кто по дрова.
ответ написан 24.1.2007 года, в 8:11
У радиолюбителей принята методика расчета шумовых свойств антенны как отношение G/T, где
G - усиление антенны и Та - её шумовая температура. Усиление G вполне определенно, а уровень
шума Та определен только для Т los, остальные компоненты зависят от непостоянных внешних
источников шума и ориентации антенны относительно них, поэтому они должны быть оговорены
заранее.
Ориентация антенны или стека из них относительно земли принята как положение антенны в
горизонтальной поляризации с углом наклона максимума относительно горизонта (элевацией)
30°
Внешние условия, Т шума неба и Т шума земли, приняты равномерно распределенными по верхней
и нижней полусферам вокруг антенны. За Т шума неба на диапазоне 144 МГц принята температура
200°, на диапазоне 432 МГц 15°. Тшума земли на обоих диапазонах принята 1000°.
Результаты расчета G/T антенн в стеках 2 х 2 представлены
в таблице VE7BQH .
КОНТАКТНЫЕ ШУМЫ
Есть еще источник шума, о котором программы не знают, а радиолюбители иногда забывают- контактный шум. Контактный шум прямо пропорционален величине тока, плотность мощности падает с ростом частоты (1/f), но в определенных условиях на УКВ может достигать величины, мешающей даже местным связям. Это шум переменных точек контакта в антеннах с механическим соединением элементов, траверсы, крепежных деталей из металла между собой. Резьбовое соединение, запрессовка, обжим хомутом, тугая посадка трубки в трубку, ВЧ разьем,- везде гальванический контакт не по всей поверхности а в нескольких точках. Несмотря на их множество, любое самое незначительное воздействие разрывает одни точки контакта и образует другие. Под воздействием подразумевается смещение от ветра, изменение размеров при изменении температуры, процесс корозии поверхностей, пробой ВЧ напряжением окисной пленки и ее восстановление при приеме, "блуждающие токи" электросети и электростатики и т.п. В результате при надежных с точки зрения электрика ЖЭУ контактах непрерывно меняется путь тока и геометрия антенны. Шорохи и треск, возникающие при этом, обычно списывают на внешние помехи. Болтовое соединение между вибратором и кабелем из разнородных металлов и в полной мере обладает этими недостатками. В антеннах ВК, у которых вибратор и гамма-согласователь скреплены обжимом полосы, эти же причины на 145 мгц возможно, а на 1296 мгц неизбежно приведут к нестабильности и ухудшению параметров антенны.
Литература (и они же - ссылки сайты, где их можно скачать):
1 - Современные проблемы
антенно-волноводной техники Сборник статей АН СССР
2 - Справочник радиолюбителя - коротковолновика С. Г. Бунин, Л. П. Яйленко
3 - Методы подавления шумов
и помех в электронных системах Г. Отт
4 - Справочник по
радиорелейной связи ред. Бородич С. В.
5 - Элементарная радиоастрономия Каплан
6 - Радиоастрономия Дж. Краус
