Коэффициент шума многокаскадной линейной схемы

Допущения:

- Эта структура линейная (приводима к линейной).

- Все каскады согласованы между собой.

- Оценка уровня шумов ведется для всех каскадов в одинаковой полосе Df_Э.

Найдем коэффициент шума линейного тракта из последовательно соединенных четырехполюсников, например усилителей. Каждый четырехполюсник характеризуется коэффициентом передачи по мощности и коэффициентом шума.

Мощность шумов для последнего каскада: .

Мощность шумов для всего приемника:

Шумовая температура многокаскадного устройства (T_Ш = (N-1)T):

Следствия:

1. Наибольшее влияние на шумы приемника оказывает первый каскад.

2. С ростом усиления (по мере продвижения к выходу приемника) влияние собственных шумов каскадов снижается.

3. Если на входе приемника стоит пассивный четырехполюсник (аттенюатор, фильтр, фидер), то коэффициент шума приемника возрастает в затухание раз: , где L – коэффициент затухания.

Example:

, Если фидер не шумит, то N = L.

С точки зрения уменьшения N и увеличения чувствительности не следует включать на вход приемника пассивный четырехполюсник.

При работе с длинным фидером, желательно переносить каскад усиления на вход фидера (антенный усилитель): .

Полученное соотношение позволяет получить коэффициент шума всего приемника, а следовательно его чувствительность по шумовым свойствам и коэффициентам передач отдельных каскадов. Зная чувствительность приемника (из Технического Задания), можно определить допустимое значение коэффициента его шума и по нему, используя полученную формулу сформулировать требование к шумовым свойствам отдельных каскадов.

4. Коэффициент шума и шумовая температура устройства определяются свойствами главным образом первых четырехполюсников. Влияние последующих каскадов тем меньше, чем больше усиление по мощности предшествующих. Чтобы коэффициент шума был мал, необходимо первые каскады выполнять малошумящими и с большими коэффициентами передачи по мощности.

2.1 Одноконтурные и многоконтурные фильтры.

Эквивалентная схема замещения одноконтурного фильтра. Его основные свойства.

К селективным каскадам относят каскады приемника, частотные характеристики которого существенно сказываются на селективности приемника. Это каскады: входная цепь, усилитель радиочастоты (УРЧ), фильтр сосредоточенной селекции (ФСС), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), магнитные антенны, цепи межкаскадного согласования, фильтры для специальной обработки (СФ, оптимальный фильтр).

Принцип разделимости в селективных каскадах:рис1

Данный пример показывает, что можно рассматривать отдельно частотно-селективные цепи и остальные усилительные элементы (УЭ). Рассчитывать каждую часть по отдельности удобнее, чем все части одновременно (УРЧ).

Частотно-селективные цепи называются фильтрами. Задачи, которые решают фильтры:

1. Задача частотной селекции сигналов;

2. Согласование импедансов (комплексных сопротивлений). Межкаскадное согласование.

Рис2

Условия согласования: 1. ; 2. ; 3. .

Одноконтурный и многоконтурные фильтры в РПУ.

Комплексный коэффициент передачи параллельного колебательного контура: .

Где - обобщенная расстройка контура. Ширина спектра определяется добротностью Q.

Добротность Q колебательного контура состоит из собственной добротности Q₀ и эквивалентной добротности Q_Э.

Путем увеличения числа контуров можно улучшить частотную селекцию:

Рис3

Частотно-селективные свойства зависят от Q_Э.

Рис4

Для решения задач согласования и частотной селекции генератор и нагрузку включают в контур не полностью, чтобы добротность была заданной. Импедансы антенны, усилительных каскадов и других цепей приемника при подключении к ним колебательного контура влияют на настройку и резонансную характеристику этого контура. Если требуется уменьшить это влияние, то применяют неполное включение.

p₁, p₂ – коэффициенты включения, исходя из Q_Э.

Задачи согласования: Компенсация реактивностей, согласование активных сопротивлений.

Виды связи.

А) Внешне емкостная связь: (p = 1):

Рис5

Б) Трансформаторная связь (индуктивная): рис6

В) Автотрансформаторная связь: рис7

Рис8

Г) Внутри емкостная связь:

Д) Комбинированная связь: рис9

Общие соотношения для одноконтурного фильтра.

рис10

Коэффициент передачи такой цепи: , где

d_Э – эквивалентное затухание; Q_Э = 1/d_Э – эквивалентная добротность.

Нашей задачей является найти: К₀ и d_Э.

Известны: p₁, p₂, w₀, G₀ – собственная проводимость (определяется потерями).

Пересчитаем генератор и нагрузку в параллельную эквивалентную схему замещения:

Рис11

Пересчитаем генератор и нагрузку в контур (частичные включения пересчитываются в контур, как полное включение).

Этот контур должен быть настроен на w₀. Это делается таким образом, что и пересчитываются в емкость или индуктивность контура, вследствие чего эти проводимости исключаются.

- резонансный коэффициент передачи.

Получим d_Э:

- эквивалентное затухание.

r - характеристическое сопротивление контура.

G_Э – эквивалентная проводимость на резонансной частоте.

rG₀ – собственное затухание в контуре (d₀).

АЧХ:

рис12

2.2 Одноконтурный фильтр в режиме максимального коэффициента передачи.

Требования:

1. Резонансная частота, должна оставаться равной w.
2. Подобрать p₁, p₂ так, чтобы K₀ был максимальным. ( - максимум максиморум).
3. Df – не интересует.

Ограничения: .

рис13

- эти условия совместно не возможны, так как в противном случае должно быть G₀ = 0.

Поэтому, если G₁ > G₂, то с целью увеличения K₀: p₂ = 1, p₁ – выбираем из условия согласования:

Влияние G₀ ослабляется.

рис14

То есть получаем:

1. Если :

2. Если :

Эти два соотношения определяют условия максимального коэффициента передачи.

Запишем выражения для максимального коэффициента передачи эквивалентного затухания:

;

Выводы:

1. Больший коэффициент передачи получить нельзя.
2. Этот режим не всегда реализуем.
3. В данном режиме фильтр обладает очень низкими селективными свойствами.

Использование этого режима: