Кто вы?

Вся беда состоит в том, что поток носителей зарядов (в лампах — это поток электронов, в полупроводниках — электронная и «дырочная» проводимость) невозможно сделать строго постоянным. Он колеблется вокруг некоторой средней величины по случайному закону, что, естественно, приводит к непостоянству величины усиливаемого сигнала, или, что то же самое, к появлению шума. По своим характеристикам он близок к тепловому.

Шумы этих двух очагов складываются и образуется результирующий шум приемного устройства. Анализ поединка сигнала и помех в приемнике, когда много отдельных источников шума, сложен. Поэтому применяют такой «ход конем»: реальный приемник заменяют идеальным, в котором нет ни единой шуминки, но на вход этого чудо-приемника включают генератор шума. Его мощность берут такой, чтобы он создавал в нашем бесшумном приемнике такой же шум, какой имел реальный приемник. Следовательно, вынос помех на вход вполне допустим — картина «добра и зла» в приемнике от этого не изменяется.

Десятки лет напряжение шума приемника измеряли в микровольтах (миллионных долях вольта). Сейчас оказалось более удобным измерять его в градусах шкалы Кельвина. В паспорте приемника так и пишут: температура шумов равна, скажем, 50 градусам по Кельвину. Что же значат слова «температура шумов»? Разве есть горячий и холодный шум? Или, вставив термометр в приемник, можно измерить его шумы?

Дело обстоит значительно проще. Если температура шумов 50 градусов, то, подключив на вход приемника сопротивление, равное сопротивлению его входа, и нагрев его до температуры 50 градусов, мы и получим тот самый вынесенный на вход генератор шума в виде шумящего сопротивления. Он будет создавать в приемнике шумы, равные по величине реальным.

Ожесточенная борьба за снижения температуры шумов приемника привела в последнее время к созданию малошумящих приемников. «Ртутный столбик» термометра приемника упал с температуры 1500–2000 до 20–50 градусов по Кельвину, то есть почти в сто раз. Это достигнуто за счет использования новых принципов усиления и преобразования сигналов и «замораживания» входного каскада приемника до температур, близких к абсолютному нулю.

Один из новых видов усилителей — мазер. Это молекулярный усилитель, который работает на принципах, схожих с работой лазера (мы с ними знакомились в главе второй).

Переходим к врагам внешним. Одним из основных его источников является сумма теплового и синхротронного излучения небесных тел Галактики и Метагалактики.

Это излучение имеет непрерывный спектр, и величина его падает с уменьшением длины волны. Значит, для уменьшения помех, создаваемых небесным фоном, надо работать на предельно коротких волнах. Но к сожалению, уменьшение волны приводит к появлению нового вида шумов — квантовых, которые есть результат дискретной или фотонной структуры потоков излучений.

Эти два фактора приводят к тому, что результирующий шумовой фон неба, о котором мы говорили уже, имеет глубокий минимум.

При волнах короче 3 сантиметров появляются шумы атмосферы. Правда, их можно принципиально исключить, вынося приборы за ее пределы.

Шумовой фон достигает максимума, когда радиотелескопы смотрят на центр Галактики (там максимальная концентрация магнитного поля и релятивистских электронов), и минимума — при направлении на ее полюс.

Как и внутренние шумы приемника, внешние шумы также измеряют градусами Кельвина.

Направим радиотелескоп на центр Галактики. Приемник при этом будем перестраивать по частоте и измерять уровень фона на его выходе. Мы получим кривую, приведенную на рисунке (при направлении на полюс минимум будет еще глубже).

Я надеюсь, что Жан Эффель не обидится, что его создание — черт — приобрело, еще одну специальность — олицетворять злые шумовые силы природы.

Землянам опять повезло. Минимальный чертик хорошо совмещается с радиоокном нашей планеты.

Из кривой следует, что температура фона наименьшая — составляет единицы градусов — в диапазоне волн приблизительно 3–10 сантиметров.

Кроме шумового фона, в радиовселенной много так называемых дискретных источников излучения. Они дают всплески радиоизлучения в отдельных точках неба. Такая помеха попадет в горло приемника, если антенна направлена на этот источник. Тогда уровень внешних помех может резко возрасти (при сильном дискретном источнике). Но это отдельные, редкие точки на небосводе, и их можно в большинстве случаев избежать, изменяя направление антенны или настройку приемника.

Блок-схема системы связи, нарисованная на странице 97, нереальна. В ней действует только сигнал, а помех совсем нет. Учесть же их можно введением в эту схему генераторов помех, которые выбираются так, чтобы создаваемый ими электрический хаос соответствовал реальному в рассматриваемой системе связи.

Во весь голос

А нельзя ли перекричать помехи? Подавить этого врага грубой силой? Можно. Но этот путь дает успех при не очень больших расстояниях между передатчиком и приемником. Так, вращая ручку настройки приемника, мы замечаем, что местные радиовещательные станции отлично слышны, а дальние еле-еле и искажаются помехами.