2. Шумы антенной системы

На антенную систему помимо сигналов искусственного происхождения в виде излучения различных радиостанций или индустриальных помех от работающих электрических устройств воздействует электромагнитное излучение естественного происхождения.

К естественным шумам относятся

а) собственный шум сопротивления потерь антенны, имеющий характер теплового шума активного сопротивления;

б) шум, обусловленный излучением внеземных источников, или шум космического пространства;

в) шум, обусловленный флуктуационным характером поглощения радиоволн в атмосфере Земли;

г) шум, обусловленный тепловым излучением Земли;

д) помехи, обусловленные грозовыми разрядами в атмосфере.

Шумы первых четырех типов имеют весьма широкий спектр. В пределах полосы пропускания радиоприемников спектральные плотности этих шумов постоянны и шумы можно считать белыми. Атмосферный шум является более узкополосным, в силу чего его удобно рассматривать отдельно, не включая в шумы антенной системы.

Спектральная плотность шума, порождаемого сопротивлением потерь антенны, а дисперсия э. д. с. . В этих формулах температура, при которой находится антенна, сопротивление потерь. На практике вместо удобнее пользоваться выражением полного сопротивления антенны где сопротивление излучения. Так как к. п. д. антенны

для получаем

и, следовательно,

Шумы, обусловленные приемом внешних излучений (шумов космоса, поглощения в атмосфере и теплового излучения Земли), статистически независимы, в силу чего их спектральные плотности суммируются

Удобно считать, что каждая компонента этих шумов создается эквивалентным сопротивлением, которое равно сопротивлению излучения, находящемуся при температурах соответственно. Температуры определяются равенствами

а общий шум создается тем же сопротивлением, находящимся при температуре Поэтому

Дисперсия шумовой антенны от внешних источников равна

Учитывая, что из (1.1.21) и (1.1.22), находим дисперсию шумов, создаваемых антенной:

Таким образом, антенную систему в отношении шумов можно представить эквивалентной схемой, состоящей из источника шумовой и последовательно включенного сопротивления которое находится при температуре

Указанная эквивалентная схема используется для определения шумов, передаваемых из антенны во входные цепи радиоприемника, и вычисления коэффициента шума приемника.

Шум, обусловленный излучением внеземных источников, зависит от углового положения максимума диаграммы направленности антенны Различают фоновый шум и шум дискретных источников излучений («радиозвезд»). Фоновый шум характеризуется температурой являющейся функцией угловых координат точки небесной сферы.

Для узконаправленных антенн в пределах ширины диаграммы Тк практически постоянна.

Температура фона зависит от частоты. Из рис. 1.6, где представлена типовая зависимость следует, что для частот, превышающих фоновая температура мала и ее можно не учитывать [94, 147, 19].

Шумовая температура дискретных источников с угловыми размерами, не превышающими угловой размер основного лепестка диаграммы

где эффективная температура источника, его угловой размер.

Примерами дискретных источников могут служить Солнце и Луна Заметим, что угловые размеры этих источников приблизительно одинаковы и составляют .

Тепловой шум атмосферы обусловлен флуктуационным характером рассеяния радиоволн кислородом и парами воды атмосферы. Тепловой шум атмосферы Тпогл имеет существенное значение в области очень высоких частот (от и выше) и зависит от ориентации антенны, возрастая по мере приближения максимума диаграммы направленности к горизонту, Графики зависимости температур атмосферы от частоты приведены на рис. 1.6 для углов возвышения от (зенит) до 0° (горизонт). Наименьший уровень космических шумов и теплового шума атмосферы наблюдается в диапазоне от 2—3 до причем средняя суммарная температура этих шумов имеет порядок 10—20 К, если углы возвышения не менее [147].

На антенну действует также излучение Земли, поскольку ее нагретая поверхность является источником шумового

Рис. 1.6.

электромагнитного излучения. Температура будет велика для антенны, направленной на Землю (например, в панорамной радиолокационной станции, для допплеровского измерителя скорости самолета, радиовысотомера) и мала для антенны, у которой на Землю направлены только боковые лепестки. Таким образом, Та может меняться в довольно широких пределах.