10 Zgomot Ai Unui Cuadripol Banda ,temp

PARAMETRII DE ZGOMOT AI UNUI CUADRIPOL Orice etaj din structura unui receptor radio poate fi analizat ca şi un cuadripol, caracterizat de funcţia de transfer: K& j   K    exp  j     .

(2.52)

Modulul funcţiei de transfer, K& j   K    , determină răspunsul în frecvenţă al cadripolului, a cărui caracteristică de frecvenţă normată va fi: K   , (2.53) K0 unde K 0 reprezintă valoarea maximă a funcţiei de transfer, la frecvenţa de rezonanţă 0 . Cu ajutorul caracteristicii de frecvenţă putem determina banda de trecere a cuadripolului, definită la nivelul 0,707. Argumentul funcţiei de transfer   f  , determină caracteristica fază – frecvenţă a cuadripolului. Pentru a putea caracteriza un cuadripol din punct de vedere al performanţelor de zgomot se folosesc câţiva parametri specifici şi anume: • banda eficace de zgomot sau banda efectivă de trecere - Be ; • factorul de zgomot (noise Factor) F , care se poate exprima şi în decibeli F  dB  10log  F  (noise Figure); • temperatura efectivă de zgomot.

 f 

Pentru a determina banda eficace de zgomot – Be vom considera sistemul din fig. , format din dipolul A – care reprezintă sursa de semnal/zgomot, caracterizat printr-o densitate spectrală a puterii nominale de zgomot constantă S zA şi cuadripolul B – caracterizat prin intermediul coeficientului de amplificare în putere K p  f  .

Fig. Sistem pentru evaluarea lui Be şi F

În aceste condiţii, puterea nominală a zgomotelor transferate de la 2 sursa de semnal la bornele 2-2` de ieşire ale cuadripolului - PzA  , va fi egală cu: 



0

0

PzA    S zA K p  f  df  S zA K p 0  2

Kp  f  K p0



df S zA K p 0   2  f  df , 0

(2.54)

unde K p 0 reprezintă valoarea maximă a coeficientului de amplificare în putere, la frecvenţa de rezonanţă 0 , iar indicele din paranteze indică poarta cuadripolului la care se determină puterea de zgomot. Vom defini banda eficace de zgomot – Be , a cuadripolului B ca: 

Rezultă că:

Be    2  f  df . 0

(2.55)

PzA   S zA K p 0 Be .

(2.56)

2

Fig. Banda eficace de zgomot În fig. este prezentată interpretarea grafică a benzii efective de zgomot, aceasta fiind numeric egală cu baza dreptunghiului cu înălţimea egală cu unitatea şi a cărui suprafaţă este egală cu suprafaţa cuprinsă întra 2 curba   f  şi axa absciselor.

Pentru similitudine, putem introduce un nou parametru care să caracterizeze puterea zgomotelor interne ale cuadripolului, definit temperatura efectivă de zgomot a cuadripolului Te , astfel încât:   Pzpr n  kTe Be ,

(2.75)

Te  T0  F  1 .

(2.76)

1

rezultând că:

Prin urmare, puterea totală a zgomotelor la bornele de intrare ale sistemului A-B, în condiţii de adaptare, va fi: Pz   k  TA  Te  Be . 1

(2.77)

Altfel spus, dacă temperatura de zgomot a antenei TA , se ridică cu Te grade pe scara absolută, atunci această sursă, în regim de adaptare, aplică o putere suplimentară de zgomot la intrarea cuadripolului egală cu puterea zgomotelor interne ale acestuia. De subliniat că temperatura efectivă de zgomot a unui cuadripol nu depinde de temperatura echivalentă de zgomot a sursei de semnal. Comparând Te cu TA putem trage concluzii importante pentru practică. Astfel, pentru un receptor radio, dacă Te < TA , atunci este clar că sensibilitatea acestuia este limitată de zgomotele externe şi nu va avea nici un rost să micşorăm zgomotele interne. Dacă însă Te > TA , atunci se impune găsirea unor soluţii de reducere a zgomotelor interne pentru a îmbunătăţi sensibilitatea acestuia. Factorul de zgomot şi temperatura efectivă de zgomot a unui cuadripol sunt parametri ce se pot măsura în practică. Să considerăm un amplificator format din unul sau mai multe etaje, caracterizat de coeficientul de amplificare în putere K p 0 , banda efectivă de zgomot Be şi factorul de zgomot F sau temperatura efectivă de zgomot Te  T0  F  1 (fig. ). Într-o primă etapă a procesului de măsurare, la intrarea amplificatorului se conectează un rezistor etalonat cu rezistenţa R, egală cu rezistenţa echivalentă a antenei sau rezistenţa internă a sursei de semnal, pentru a avea adaptare, care se află la temperatura TA1  t A1 T0 . La ieşirea amplificatorului se conectează un watt-metru, care va măsura puterea totală a zgomotelor: Pz1  kTA1Be K p 0  kT0 Be  F  1 K p 0  kT0 Be  F  1  t A1  K p 0 . (2.78)

Fig. Metodă de măsurare a factorului de zgomot În a doua etapă, printr-o metodă oarecare, rezistorul R se aduce la temperatura TA 2  t A 2 T0  TA1 . Watt-metrul va măsura puterea de zgomot: Pz 2  kT0 Be  F  1  t A 2  K p 0 .

(2.79)

În a treia etapă, cunoscând raportul dintre puterile măsurate anterior: Pz 2 F  1  t A2   , Pz1 F  1  t A1

(2.80)

putem determina valoarea factorului de zgomot sau a temperaturii efective de zgomot: t   t A1 T   TA1 F  1  A2 Te  A 2 , . (2.81)  1  1 În realitate, prima măsurătoare se face la temperatura mediului ambiant TA1  T0 , iar pentru a se creşte temperatura de zgomot a rezistorului, în etapa a doua, se foloseşte un generator de zgomot cu ajutorul căruia se injectează un curent de zgomot care să permită creşterea puterii de zgomot la bornele rezistorului până obţinem un raport   2 al puterilor de la ieşire. Astfel, dacă vom folosi ca generator de zgomot o diodă semiconductoare cu o rezistenţă de pierderi mică, pentru a putea neglija zgomotele termice ale acesteia în raport cu zgomotele de alice, atunci valoarea medie pătratică a tensiunii de zgomot la bornele rezistorului R va fi:   e u z2  4kT0 Be R  2eI 0 Be R 2  4kT0 Be R  1  I 0 R   4kTA2 Be R , 2kT0   (2.83) de unde rezultă că:

TA 2  T0  1  20 I 0 R  ,