Аддитивные помехи

Промышленные помехи. К ним относятся помехи от посторонних радиостанций и помехи, источником которых являются разного рода промышленные электроустановки. Любые радиостанции излучают радиоволны не только на несущей частоте, но и на второй и более высокочастотной гармониках. Если одна из гармоник попадает в полосу рабочих частот другой радиостанции, то она при приеме воспринимается как помеха.

В реальных условиях (особенно это свойственно диапазону декаметровых волн) на входе приемника может действовать смесь сигналов от нескольких посторонних радиостанций, работающих на частоте полезного передатчика. Мерой борьбы с помехами этого вида является ис-пользование направленных приемных антенн с управляемой диаграммой направленности, которые по-зволяют в ряде случаев отстроиться от помехи, направление которой не совпадает с направлением прихода полезного сигнала (рис. 10.1). Часто эффективным средством для умень-шения действия помехи является сме-на рабочей частоты.

Промышленные электроустанов-ки являются активными источника-ми радиоизлучения в широком диа-пазоне частот. Чаще всего излучение электромагнитных волн происходит в момент переключения токонесущих цепей, которое сопровождается электрическим разрядом (искрением). Источниками такого вида помех являются коллекторные электрические машины, токосъемники транспорта на электрической тяге, сварочные агрегаты и др.

Помехи от промышленных установок могут проникать в приемное устройство в виде радиоволн не только через приемную антенну, но и через цепи питания этих устройств, если источник помехи питается от той же электросети.

Искровой разряд является источником излучения электромагнитного импульса с бесконечно частотным спектром. Однако, как следует из разложения импульса в ряд Фурье, с ростом номера гармоники амплитуда составляющей спектра уменьшается.

Поэтому промышленные помехи меньше всего сказываются на работе радиолиний в диапазоне ультракоротких волн. Основной мерой борьбы с промышленными помехами является экранирование источников паразитного излучения и установка в цепях электропитания приемников специальных фильтров, которые подавляют высокочастотные составляющие тока. Для уменьшения действия промышленных помех профессиональные радиоцентры выносятся из черты города.

Атмосферные помехи. Источник атмосферных помех – грозовые разряды. Грозовой разряд (молния) местного характера рождает мощный электромагнитный импульс. Совокупность отдаленных грозовых разрядов образует электромагнитное излучение, представляющее собой флуктуационную помеху со сплошным спектром типа гладкого шума.

Основным источником атмосферных помех являются грозовые разряды в области тропического пояса, где ежесекундно происходит до 100 грозовых разрядов. Для определения уровня атмосферных помех составлены специальные карты, рекомендованные МККР.

Атмосферные помехи имеют явно выраженный сезонный и суточный ход. Поэтому эти карты составлены для четырех времен года и для разных часов суток. Образец такой карты дан на рис. 10.2.

На картах нанесены линии равных значений (изоплеты) мощности атмосферных помех, в дБ, по отношению к величине kТВ, где k =
= 1,38×10^–23 Дж/К – постоянная Больцмана; В – эффективная полоса пропускания приемника, Гц; Т – абсолютная температура приемной антенны, К. При построении карт эта величина принята равной 288 К. Величина kТВ определяет мощность собственных шумов на входе приемника:

Р _ш = NkТВ, (10.1)

где N – коэффициент шума приемника.

Уровень атмосферных помех дается на картах для частоты, равной 1 МГц. Для определения мощности помех на другой частоте служат графики, приведенные на рис. 10.3. Каждая кривая соответствует определенному отношению мощности помех к kТВ, дБ, определенному

Рис. 10.2. Карта распределения атмосферных помех

по картам. По оси ординат на графиках отложено эффективное значение напряженности поля помехи по отношению к 1 мкВ. По оси абсцисс отложены значения частоты. График построен для полосы пропускания приемника, равной 1 кГц. Уровень помехи при заданной полосе В определяется по формуле

. (10.2)

Рис. 10.3. Графики для определения напряженности

поля атмосферных помех

Уровень атмосферных помех резко уменьшается с ростом частоты, так как электромагнитное излучение грозового происхождения способно распространяться на большие расстояния только за счет отражения от ионосферы и только на частотах менее 30 МГц. Поэтому атмосферные помехи оказывают мешающее действие в основном в диапазоне длинных и средних волн.

Космические помехи. Под космическими помехами подразумевают радиоизлучение внеземного происхождения – излучение Солнца, планет Солнечной системы, излучение Галактики и внегалактического происхождения. Последнее носит название метагалактического фона и состоит из совокупности излучений внешних галактик.

Распределение источников космического излучения в настоящее время хорошо изучено. Составлены карты интенсивности космического излучения небесной сферы. На рис. 10.4 дана карта интенсивности излучения небесной сферы в проекции Меркатора (проекция небесной сферы на равномерную прямоугольную координатную сетку).

Рис. 10.4. Карта распределения космических помех

Из рис. 10.4 видно, что космическое радиоизлучение имеет наибольшую интенсивность в области галактического экватора и возрастает по мере перемещения вдоль экватора к галактическому центру.

Многочисленные радиоастрономические измерения позволили составить карты распределения интенсивности космического радиоизлучения в широком спектре частот УКВ-диапазона. В результате их обработки получены графики зависимости интенсивности излучения в яркостных единицах от частоты (рис. 10.5). Яркостной температурой источника излучения называют температуру, до которой нужно нагреть воображаемое абсолютно черное тело, чтобы оно излучало в данном спектре частот ту же мощность, что и источник помех.

Рис. 10.5. Зависимость яркостной температуры

фонового космического радиоизлучения от частоты

Из рис. 10.5 видно, что яркостная температура космического радиоизлучения убывает с ростом частоты. Уже на частоте 400 МГц яркостная температура составляет всего 30 К.

Таким образом, с галактическими помехами можно не считаться на частотах, превышающих 1000 МГц.

Кроме космического излучения, регистрируемого в виде фона, необходимо учитывать излучение дискретных источников. В диапазоне дециметровых и сантиметровых волн среди дискретных источников радиоизлучения наиболее ярким является Солнце. На рис. 10.6 даны кривые зависимости интенсивности радиоизлучения Солнца в пределах широкого спектра частот от 1,5 до 100 ГГц. Заштрихованная область показывает изменение интенсивности излучения в зависимости от солнечной активности. Верхняя граница области соответствует максимуму солнечной активности, нижняя – годам минимума солнечной активности. Здесь же, на рис. 10.6, приведены сведения об интенсивности радиоизлучения ближайших к Земле планет Солнечной системы.

Рис. 10.6. Графики яркостной температуры радио-

излучения Солнца и планет Солнечной системы

Из рис. 10.6 видно, что в целом интенсивность излучения планет на несколько порядков ниже интенсивности излучения Солнца. Угловой размер Солнца составляет примерно 80×10^–5 ср. Если Солнце попадает в пределы максимума диаграммы направленности приемной антенны, то происходит «ослепление» антенны и прием нарушается. Типичная ситуация имеет место в том случае, когда угол места спутника совпадает с угловым положением Солнца во время пересечения спутником линии Земля – Солнце.

Помехи, возникающие в результате радиоизлучения Земли. Земля, как любое нагретое тело, излучает радиоволны. В диапазоне декаметровых и более длинных радиоволн с излучением Земли можно не считаться, так как здесь доминируют атмосферные и промышленные помехи. Таким образом, основной вес радиоизлучение Земли имеет в диапазоне ультракоротких волн.

Уровень помех на входе приемника, вызванных радиоизлучени-
ем Земли, сильно зависит от угла возвышения приемной антенны.
В табл. 10.1 приведены значения яркостной температуры приемной антенны при нескольких углах возвышения.

Т а б л и ц а 10.1

Значения яркостной температуры приемной антенны

Угол возвышения, град	Яркостная температура антенны, К

Как видно из табл. 10.1, угол возвышения приемной антенны при связи с космическим аппаратом не должен быть меньше величины порядка 5°.

Собственные шумы приемных устройств. Источники помех, присущие радиоприемным устройствам, подробно рассматриваются в курсе «Радиоприемные устройства». Остается лишь подчеркнуть, что внутренние шумы приемника становятся доминирующей помехой на частотах, превышающих 1000 МГц.

Вопросы для самопроверки

1. Объяснить, какие бывают виды помех радиоприему.

2. Какая существует разница между аддитивными и мультипликативными помехами?

3. На каких частотах доминирующее значение имеют промышленные, атмосферные, космические помехи, а также внутренние шумы приемника?

4. Что называется яркостной температурой антенны?

5. Чем объясняются трудности приема сигналов спутников при ма-лых угловых возвышениях наземной приемной антенны?

6. Какие методы борьбы созданы с аддитивными помехами?