6

SZUMY

Podstawowy podział szumów:

Zakłócenia powodowane przez człowieka

Zakłócenia interferencyjne mają wyraźnie określone widmo (często ograniczone do jednego
prążka – fala nośna).
Zakłócenia przemysłowe maja bardzo szerokie widmo: od 50 Hz do 1 GHz.
Poziom zakłóceń przemysłowych maleje ze wzrostem częstotliwości o 28 dB na dekadę.

Źródła zakłóceń przemysłowych można podzielić na dwie kategorie:
- systemy energetyczne, które generują i przenoszą zakłócenia przez dołączone do nich
urządzenia elektryczne – częstotliwości mniejsze niż 10 MHz
- urządzenia zapłonowe pojazdów samochodowych – w zakresie 0,02 do 1 GHz i wyżej.
Zakłócenia naturalne o charakterze makroskopowym

Dzielimy na:
- atmosferyczne
- kosmiczne

Przyczyną powstawania zakłóceń atmosferycznych są wyładowania elektryczne między
chmurą a ziemią. Zakłócenia powstałe pod wpływem wyładowań elektrycznych możemy
podzielić na dwa rodzaje:
- zakłócenia lokalne – objawiające się pojawianiem trzasków w odbiornikach radiowych
- zakłócenia dalekie – objawiające się ciągłym, słabym szumem w odbiorniku

Izoplety – linie na mapie łączące punkty o jednakowych zakłóceniach

Przy częstotliwościach powyżej 40 MHz poziom zakłóceń atmosferycznych znacznie się
obniża.

7

Zjawiska burzowe występują na 0.16% powierzchni Ziemi jednocześnie.
W każdej sekundzie obserwujemy 100 wyładowań i 1000 burz.
Burza obejmuje 20-200 km

2

powierzchni i przesuwa się z prędkością 30-50 km/h. Nad lądami

burze najczęściej występują w okresie letnim w godzinach 13-15. Nad morzami – zimą w
godzinach nocnych i rannych. Zazwyczaj trwają 1 do 2 godzin. Aktywność burzowa różnych
rejonów jest niejednorodna – najwięcej dni burzowych w Afryce, Ameryce Południowej i
Azji (ponad 100 dni burzowych w roku).

W zakresie fal metrowych głównym źródłem zakłóceń jest promieniowanie dochodzące z
różnych miejsc Galaktyki oraz obszarów pozagalaktycznych, jak również promieniowanie
radiogwiazd , planet, Słońca i Księżyca.
Promieniowanie źródeł znajdujących się poza ziemią nazywa się promieniowaniem
kosmicznym, a zakłócenia przez nie powodowane – zakłóceniami kosmicznymi.


Wzór Rayleigha-Jeansa:

2

2



kT

U

B



Częstotliwościowa zależność zastępczej temperatury szumów kosmicznych dla wszystkich
obszarów nieba ma postać





f

T

z

~

gdzie α = 2,4



Szumy fluktuacyjne

Dwa skrajne przypadki:



fluktuacje prądów i napięć w przewodnikach metalicznych przy termodynamicznej
równowadze z promieniowaniem (szum cieplny oporności) – Einstein 1907



fluktuacje prądu elektronowego w diodzie próżniowej (szum śrutowy) – Shottky
1918

Parametry szumowe



napięcie (prąd) szumów



moc szumów



temperatura szumowa



współczynnik szumów

Szum cieplny

8

Schemat zastępczy z Thevenina 

kTBR

e

nsk

4



, jak dwa oporniki szeregowo to

)

2

1

(

4

R

R

kTB

e

nsk





, jak dwa oporniki równolegle to

)

2

1

2

1

(

4

R

R

R

R

kTB

e

nsk





Schemat zastępczy z Nortona 

kTBG

i

nsk

4



Gęstość mocy dysponowanej szumu cieplnego:

kT

kT

hf

hf

f

n



















1

exp

)

(



W temperaturze pokojowej, uwzględniając dwa pierwsze wyrazy rozwinięcia w szereg:

kT

f

n



)

(



Moc dysponowana źródła szumu cieplnego jest proporcjonalna do iloczynu szerokości
pasma B układu przez temperaturę źródła

kTB

N



Równoważna temperatura szumów:

kdf

dN

T

z



Szum typu 1/f – rośnie wraz ze zmniejszaniem częstotliwości



przyrządy elektronowe i jonowe



przewodniki niemetaliczne



czynne elementy półprzewodnikowe

Szum impulsowy – przyczyny:



procesy przejściowe (stany nieustalone) podczas komutacji w centralach
telefonicznych



wyładowania koronowe w liniach transmisyjnych



niedostateczne tłumienie między torami transmisyjnymi różnych systemów



występowanie burz z piorunami w pobliżu napowietrznych torów kablowych, a także
w pobliżu tras linii radiowych

Współczynnik szumów

Charakteryzuje własności szumowe wzmacniacza. Pojęcie współczynnika szumów odnosi się
do wzmacniacza idealnego – bezszumnego. Współczynnikiem szumów nazywamy stosunek
mocy szumu wydzielanej na dopasowanym obciążeniu w wąskim paśmie częstotliwości df do
mocy szumu na wyjściu wzmacniacza idealnego.

0

0

0

0

0

1

)

(

)

(

)

(

T

T

dN

dN

f

G

dN

df

kT

f

G

dN

dN

dN

f

F

z

wy

wzm

a

wy

a

wy

wy

wy













Inna definicja współczynnika szumów – stosunek sygnał/szum na wejściu do stosunku
sygnał/szum na wyjściu układu:

9

wy

wy

we

we

N

S

N

S

f

F



)

(

Związek między temperaturą szumową a współczynnikiem szumów:

)

1

(

0





F

T

T

z

Współczynnik szumów dopasowanego tłumika:

a

L

F



Zastępcza temperatura szumowa tłumika:

)

1

(





a

z

L

T

T

Jeśli tor znajduje się w temperaturze 290K, to:

dB

z

L

T

8

,

66



Współczynnik szumów w kaskadowym połączeniu czwórników:

1

2

1

1

2

1

...

1

...

1















N

N

G

G

G

F

G

F

F

F

Zastępcza temperatura szumowa w kaskadowym połączeniu czwórników:

1

2

1

1

2

1

...

...

1













N

ZN

Z

Z

G

G

G

T

G

T

T

Tz

Charakterystyka szumowa modulacji – funkcyjna zależność między stosunkiem sygnału do
szumu na wejściu i wyjściu odbiornika







































we

wy

N

S

f

N

S

Szum biały, szum biały wąskopasmowy

Szum biały wąskopasmowy można przedstawić w postaci przebiegu wielkiej częstotliwości o
wolnozmiennej w czasie amplitudzie i fazie.
Widmowa gęstość mocy szumu białego jest stała:

const

n







)

(



