Флуктуации — колебания какой-либо физической величины около своего среднего значения. Такие флуктуации э. д. с. или электрического тока неиз-бежно возникают в любых радиотехнических устройствах. Происходит это вследствие дискретной природы электрического тока (потока заряженных частиц – электронов). Поскольку эти флуктуации оказывают в радиоустрой-ствах мешающее действие и в определенных условиях могут нарушить их нормальную работу, они называются помехами. А так как эти помехи не приходят откуда-то извне, а возникают непосредственно внутри радиоуст-ройств, их называют внутренними.
Если такие внутренние помехи в достаточной степени усилить и подать на громкоговоритель, то последний будет издавать своеобразные шипящие звуки. Поэтому такие помехи принято называть шумовыми помехами или просто шумами. Такое название сохраняется даже в тех случаях, когда помеха никаких звуков не производит, как, например, при приеме телевизионных изображений.
Флуктуационная помеха — помеха, которая представляет собой случайный нормально распределенный шумовой сигнал (Гауссовский шум).
К основным видам шумовых помех относятся:
— тепловые (шум Джонсона): образуются за счет хаотического теплового движения электронов в различных активных сопротивлениях, колебательных контурах, фидерных линиях, антеннах. Тепловой шум генерируется любым резистором, находящимся в измерительной цепи. Зна-чение его состоит в том, что он устанавливает нижнюю границу напряжения шумов любого измерительного преобразователя, имеющего выходное сопротивление.
— дробовые, обязанные своим происхождением флуктуациям потока электронов во всевозможных электронных приборах (диодах, транзисторах, радиолампах). Он имеет равномерный спектр, т.е. является белым.
— фликкер – шум: к данному виду относят шумы, у которых спектраль-ная мощность на декаду частоты примерно постоянна, т.е. розовые шумы, например шум постоянного резистора, пропорциональный протекающему через него току, шум тока базы транзистора и др.
Тепловые и дробовые помехи представляют собой беспорядочную хаотическую последовательность очень малых и очень коротких импульсов, следующих друг за другом через случайные промежутки времени, вследствие чего спектр шумов является сплошным. В нем присутствуют составляющие любых частот, но из-за этого мощность каждой такой составляющей оказывается бесконечно малой. Поэтому для оценки распределения мощности шума по частотам пришлось ввести специальное понятие — спектральную плотность мощности шума. Иногда спектральную мощность шумов называют также интенсивностью шума.
Спектральная плотность мощности шума — величина постоянная от нуле-вых до самых высоких радиочастот. Поэтому флуктуационные помехи не-редко называют гладким или белым шумом (рис.6) (по аналогии со спектром белого света). Спектральные составляющие белого шума равномерно распределены по всему частотному диапазону.
Встречаются сложные источники шума, спектр которых неравномерен. Спектральная плотность мощности шума при его возникновении и постоян-на. Но при прохождении напряжения шумов по тракту в нем могут встре-титься участки, коэффициент передачи которых изменяется с частотой (различные цепи коррекции, усилители с ограниченной полосой частот, на-пример с резонансными контурами и т. п.). После таких участков спектраль-ная плотность мощности шума приобретает форму, соответствующую кривой изменения коэффициента передачи участка в зависимости от частоты.
Флуктуационную помеху полностью устранить невозможно, так как часть спектра помехи всегда накладывается на спектр сигнала. Для умень-шения влияния флуктуационной помехи на качество приема применяют частотно-избирательные цепи в радиотракте приемника.
Пространственная избирательность основана на применении антенн с диаграммой направленности заданной формы и ориентации. Особенно ши-роко этот способ стали применять в радиоприемных устройствах, работаю-щих с антеннами типа фазированных антенных решеток в диапазоне СВЧ.
Поляризационная избирательность основана на различиях поляризации полей сигнала и помех. Этот способ применяют при защите приемника от действия атмосферных помех.
Временная избирательность применяется в основном в импульсных системах. Основана на различии длительности импульсных помех и рабочих сигналов. Хорошие результаты дает дополнительная реализация метода накопления периодических сигналов на фоне белого шума.
Для защиты от импульсных помех, отличающихся по амплитуде от по-лезного сигнала, применяют: ограничитель снизу, который отделяет полез-ный сигнал от импульсных помех меньшей амплитуды, ограничитель сверху, отделяющий полезный сигнал от импульсных помех большей ам-плитуды.
Компенсационный метод защиты от помех основан на применении уст-ройства, состоящего из двух трактов: рабочего и компенсационного. Рабо-чий тракт настроен на частоту сигнала, а компенсационный расстроен на частоту Д/к. При незначительных расстройках импульсная помеха в рабочем и компенсационном трактах идентична и может быть скомпенсирована.
Флуктуационную помеху на выходе узкополосных систем можно пред-ставить:
n(t)=a(t)cos(wt-j(t))=A(t)cos t+B(t)sin t,
где A(t)-случайная медленно меняющаяся амплитуда;
B(t)-случайная фаза.