Атмосферные помехи и тепловые шумы


Облака оказываются электрически заряженными относительно земли и друг друга. Летом, благодаря этим зарядам, возникают исключительно высокие напряжения, вызывающие мощные разряды в виде молний. Молнии создают токи порядка тысяч ампер. Такие токи излучают радиоволны, которые, распространяясь на сотни и тысячи километров, являются помехами для радиосвязи.
Нижний предел частот этих радиоволн зависит от длины пути разряда (молнии). Путь разряда может достигать до полукилометра. Ионизированный в них слой газа можно рассматривать как антенну приблизительно такой же длины. Он излучает сильные радиопомехи на длинных радиоволнах. Иногда разряд молний происходит по нескольким направлениям одновременно с ответвлениями от главного ствола. При этом излучаются многие частоты. Следует иметь в виду, что импульсы токов при грозах отличаются друг от друга по своему характеру и длительности. Как обычно импульсы имеют основную частоту и гармоники. Поэтому помехи от грозовых разрядов, называемые атмосферными помехами, занимают широкий спектр частот от наименьшей основной частоты до очень высоких. Амплитуда этих помех постепенно снижается с частотой вплоть до 50 Мгц. Атмосферные помехи больше всего сказываются при приеме длинных радиоволн. На высоких частотах их влияние мало. В диапазоне длинных радиоволн атмосферные помехи чрезвычайно сильны и существуют постоянно, так как грозы всегда существуют в тропических широтах. Эти волны хорошо распространяются на большие расстояния. В диапазоне средних и коротких радиоволн на большие расстояния атмосферные помехи также распространяются. Но на этих частотах изменяются условия приема во времени и имеют место другие частотные эффекты.
Тепловые шумы. К сожалению, имеется еще один вид естественных шумов, действующих на всех радиочастотах. Это шумы, обусловленные беспорядочным движением электронов в электрических проводниках, возникающих вследствие теплового возбуждения атомов, которые имеются в проводнике. С ростом температуры возбуждение атомов усиливается. Тепловое движение электронов создает случайные разности потенциалов на концах проводников. Эти случайные напряжения равномерно распределены по всему спектру радиочастот.
Отсюда следует, что шумы этого рода, проходящие через усилитель, зависят от ширины полосы пропускания усилителя. Узкополосный усилитель пропускает шумы соответственно узкому спектру частот. Уровень шумов в нем будет ограничен. В широкополосной системе возникает большой уровень шумов, так как она пропускает более широкую часть спектра радиочастот. Шумы здесь сказываются сильнее. По этой причине ради снижения уровня шумов ширина полосы приемника рассчитывается на пропускание только несущей и боковых полос.
Шумы, слышимые в громкоговорителе, чаще всего называют шипением. В телевизионном изображении внутренние шумы дают на экране «снег».
Напряжение шумов в разомкнутой цепи легко подсчитать. Оно равно:
E=√4KTRB,

где К — постоянная, равная 1,37∙10в-25; Т — абсолютная температура в градусах Кельвина (около 300° при обычной комнатной температуре); R — сопротивление в омах; В — ширина полосы частот в герцах.
Для температуры 300° К эта формула будет иметь вид:
Еш(мкв)=0,13√RВ(Мгц).

Можно подсчитать, что антенный провод с сопротивлением 100 ом в полосе частот шириной около 10 000 гц создает напряжение шумов за счет теплового движения электронов около 0,13 мкв. Отсюда следует, что нет смысла создавать приемник с сопротивлением на входе порядка 100 ом и с чувствительностью, рассчитанной на прием сигналов около 0,13 мкв. Приемник с такой большой чувствительностью просто усиливал бы собственные шумы, на фоне которых сигнал был бы незаметен.
Для телевизионных систем с входным сопротивлением 100 ом и шириной полосы пропускания 4 Мгц шумовой порог будет около 2,6 мкв.