Конспект лекций по курсу: «Основы построения Земных станций и бортовых ретрансляторов». Часть 4: "Спутниковый транспондер (бортовой ретранслятор)" (Модель транспондера. Входной блок транспондера), страница 2

Рис. 4.3. Зависимость эквивалентной шумовой температуры от коэффициента шума на входе приемника ( = фоновая температура).

Входной коэффициент шума приемника F зависит от характеристик элементов входной цепи приемника. В таблице 4.1 приведены значения коэффициента шума различных элементов входных цепей приемника, которые после суммирования определяют полную величину F. В таблице 4.1 представлены формулы для расчета коэффициента шума различных элементов входных цепей приемника.

Таблица 4.1. Значения коэффициентов шума различных элементов входных цепей приемника.

Элемент	Коэффициент шума
Кабель с потерями; Длина L, температура ; Потери a, dB/L.
Потери на распространение волны; Усиление =, температура .
Делитель мощности (сплиттер), 2900; Выходная/входная мощность a	1/a
Усилитель (номинальный коэффициент шума ); Потери на распространение волны+шум усилителя при 2900;

Если обозначить коэффициент шума i-го элемента F_i , а величина G_i –усиление по мощности (или потери), то совокупный коэффициент шума в формуле (4.2) равен

.                                (4.2.3)

В соответствии с (4.2.3) входной коэффициент шума равен сумме значений коэффициентов шума отдельных элементов на входе приемника.

 

Рис. 4.4. Модели входных элементов и соответствующие им величины коэффициента шума F.

На рис. 4.4 показано несколько моделей входных элементов и приведены соответствующие расчетные формулы коэффициентов шума, которые входят в формулу (4.2.3).

Данные таблицы 4.1 и рис. 4.4 позволяют отметить следующее. Если на входе используют высокочастотный предварительный усилитель, который включен непосредственно за антенной, то коэффициент шума определяется собственным шумом такого предварительного усилителя при условии его достаточно большого коэффициента усиления. Поэтому, основное требование, предъявляемое к предварительному усилителю, это высокий коэффициент усиления и низкий уровень собственного шума. На рис. 4.5 представлены графики частотных зависимостей коэффициентов шума и коэффициентов усиления различных типов предварительных усилителей.

 

Рис. 4.5. Частотные зависимости коэффициентов шума и коэффициентов усиления различных типов предварительных усилителей (GA FET – полевой транзистор; Paramp – параметрический усилитель).

Твердотельные усилители СВЧ, например, усилители на туннельных диодах (tunneldiodeamplifiers – TDA), которые отличаются низким уровнем шума и средним значением коэффициента усиления, широко используются в бортовых входных блоках в С- и К-диапазонах. К сожалению, коэффициент усиления твердотельных усилителей на туннельных диодах резко снижается на частотах >10 ГГц. Поэтому, ожидается, что усилители на туннельных диодах будут заменены в ближайшее время другими типами малошумящих усилителей, таких как, например, усилители на полевых транзисторах, разрабатываемых для К-диапазона.

Уравнение (4.2.3) также показывает, что коэффициент шума при каскадном соединении входных элементов уменьшается обратно пропорционально коэффициенту усиления соответствующих элементов (величина коэффициента усиления находится в данной формуле в знаменателе). Следовательно, шумящие предварительные усилители с высоким коэффициентом усиления включены в оконечных каскадах входного блока.

Пассивные элементы, которые вносят потери (устройства с коэффициентом усиления, меньшим единицы) и которые включены перед предварительным усилителем, увеличивают его коэффициент шума. Поэтому, малошумящий усилитель  должен быть включен непосредственно после антенны, чтобы уменьшить шум, вызванный включением пассивных элементов. Потери в кабеле, ведущем от антенны к усилителю, увеличивают эффективный шум приемника и этот шум следует свести к минимуму. Как правило, коэффициент шума входных цепей бортового усилителя равен 5–10 дБ, что соответствует шумовой температуре приблизительно 1000⁰…3000⁰ К (см. рис. 4.3). На Земной станции связи может быть использована система охлаждения для уменьшения коэффициента шума до уровня, равного 2–5 дБ. Следовательно, типовая шумовая температура входных устройств Земной станции связи равна приблизительно 50⁰…800⁰ К.

Входные фильтры