|
| |
|
Слаботочка Книги 68. Радиопомехи Радиопомехи можно классифицировать по источникам их возникновения и по спектральному составу. Источники помех следующие: внешние - промышленные, атмосферные, космические и от мешающих радиостанций, и внутренние, возникающие в данном приемно-передающем устройстве. По спектральному составу радиопомехи разделяются на периодические, имеющие дискретный характер, импульсные апериодические и гладкие апериодические, имеющие непрерывный характер. Примером периодических могут служить помехи, создаваемые радиостанциями со смежными спектрами, и некоторые промышленные помехи; импульсных апериодических - промышленные и атмосферные помехи; гладких апериодических - внутренние и космические помехи. Особое место занимают радиопомехи, умышленно создаваемые противником. Промышленные (индустриальные) помехи связаны с излучением радиоволн при искрообразовании (это явление наблюдается во всех видах электрического транспорта, в сварочных аппаратах, двигателях внутреннего сгорания, бытовых приборах и т. д.) и при работе промышленных установок, в которых генерируются колебания высокой частоты (например, для плавки и термической обработки металлов, сушки древесины, медицинских целей и т. д.). Чтобы ослабить промышленные помехи, источники их возникновения тщательно экранируют, вводят в них фильтры, снижают всеми средствами искрообразование и, если возможно, радиоприемные устройства выносят за пределы промышленных районов. Атмосферные помехи (атмосферики) обусловлены электромагнитным излучением, вызванным грозовыми разрядами. На земном шаре, по среднестатистическим данным, одновременно происходит около 2000 гроз и ежесекундно - около 100 молний. Грозы усиливаются по мере приближения к экватору и сказываются летом больше, чем зимой вследствие усиления солнечной активности. Анализ помех от грозовых разрядов показывает, что их спектральная плотность возрастает при Jмeньшeнии частоты. Волны с частотой более 50 Мгц, вызванные дальними очагами гроз, не отражаются ионосферой и, следовательно, совсем не вызывают радиопомех. Наибольшие атмосферные помехи наблюдаются на сверхдлинных и длинных волнах. Шумами называют внутренние помехи внешние от радиоизлучения космического происхождения, а также связанные с поглощением волн в атмосфере. Внешние помехи проникают в приемник через антенну; внутренние же обусловлены тепловым движением электрически заряженных частиц в различных элементах схемы приемника и дробовым эффектом, возникающим в электронных приборах. Тепловое движение зарядов равнозначно электрическому току, от которого на концах проводника возникает флуктуационное напряжение. Слово флуктуация означает случайные изменения какой-либо физической величины относительно ее среднего значения. 9В* . 261 Флук7уационные помехи имеют вид очень коротких импульсов с большой и случайной частотой следования. Если бы импульс был бесконечно малой длительности, то спектр его, подобно белому свету, был бы сплошным и равномерным. Поэтому флуктуационные помехи называют иногда белым шумом. Спектр флуктуационных помех равномерен до 10-10 гц, ибо длительность их импульсов порядка 10-2-10-з сек. Всякий источник шума, например активное сопротивление, отдает в согласованную с ним нагрузку мощность P = kTAf где k = 1,38.10-23 - постоянная Больцмана; гц-град Т - абсолютная температура источника шумов; А/пр- полоса частот, в пределах которой сосредоточена мощность Рш- Физический смысл этой формулы очевиден: чем больше температура Т, тем интенсивнее тепловое движение заряженных частиц и тем больше порождаемая ими мощность шумов, но так как спектр белого шума сплошной, то эта мощность прямо пропорциональна полосе частот А/пр, которая пропускается в нагрузку. Прямая пропорциональность между мощностью Рш и температурой Т позволяет оценить источник шума эффективной шумовой температурой 7ш, которая однозначно соответствует генерируемой мощности шумов. Для белого шума справедлив нормальный {гауссо-вый) закон распределения случайных величин. По этому закону (рис. 10.19) вероятность р появления шумовых импульсов непрерывно уменьшается с увеличением пиковых значений и этих импульсов. Вероятность максимальна {р = Рмакс) при ш = о, так как флуктуации напряжения совершаются относительно нулевого уровня; вероятность уже меньше {Р - Pi) при некотором значении ш = ш1 и еще меньше (рг <С Pi) при большем значении шумовых выбросов (Иш2 mi). Космические шумы обусловлены радиоизлучением дискретных и распределенных неземных источников. К дискретным источникам космических шумов относятся Солнце и радиозвезды, а к распределенным - небесная сфера. 252
Рис. 10.19. График нормального закона распределения напряжения шумов. Радиоизлучение Солнца имеет тепловую природу. Если Солнце находится в спокойном состоянии , то интенсивность его излучения приблизительно пропорциональна квадрату частоты. Когда же на Солнце появляются пятна, вспышки или другие признаки повышенной активности, радиоизлучение усиливается весьма резко. Естественно, что помехи такого рода проявляются в наибольшей мере при ориентации антенны на Солнце. Радиозвезды излучают волны сравнительно слабо, их излучение падает с ростом частоты. То же самое можно сказать и о распределенном космическом радиоизлучении. Оно сказывается в наибольшей мере на метровых волнах. Это излучение усиливается в направлении от полюсов нашей Галактики, где звезд мало, к ее центру, где существуют миллионы звезд. Шумы, вызванные поглощением радиоволн в атмосфере. Пары воды и кислород атмосферы поглощают радиоволны СВЧ, преобразуя их энергию в тепловую. В результате атмосфера оказывается источником тепловых шумов. Так как по законам физики излучаемая энергия равна поглощаемой, то эффективная шумовая температура атмосферы повышается с ростом частоты и достигает максимума при резонансном поглощении в кислороде и парах воды (к = 1,7; 5 мм; 1,3 см). Уровень всех перечисленных шумов на десятки децибел ниже уровня промышленных и атмосферных помех. Из этих соображений шумами на низких радиочастотах пренебрегают, тогда как на УКВ, где отсутствуют промышленные и атмосферные помехи, шумы играют решающую роль в приеме слабых сигналов. На частотах более 10 Ггц шумовая температура определяется главным образом потерями в атмосфере, на частотах менее 1 Ггц - космическими шумами, а между этими частотами имеется широкий минимум. Этим объясняется, почему радиолокационные станции, линии дальней радиорелейной связи и связи через искусственные спутники Земли преимущественно работают на частотах 1-10 Ггц. 69. Методы повышения помехоустойчивости Общие сведения. Помехи маскируют сигнал. Это затрудняет обнаружение сигнала и выявление информации. Отсюда важнейшим показателем системы связи является ее помехоустойчивость, под которой понимают способность системы противостоять мешающему действию помех. Помехоустойчивость основывается на различии между сигналом и помехой. При построении системы связи нужно учитывать возможные помехи и предельно использовать различие между ними и сигналом. Какие-то сведения о сигнале всегда имеются у получателя информации, например данные о несущей частоте, виде модуляции и 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 [83] 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 |