Gürültü
Resim 1: Bir PPI-ekranda kuvvetlendirilmiş arka plan gürültüsü
Resim 1: Bir PPI-ekranda kuvvetlendirilmiş arka plan gürültüsü
Gürültü
Gürültü, rasgele oluşan ve istatistik yasalarıyla kavranabilen, genellikle istenmeyen bir sinyaldir. Gürültü, bir radarın alıcı aygıtının hassasiyetini sınırlayan bir olgudur. Bu nedenle gürültünün bir şekilde niceliksel olarak tanımlanması gerekir. Gürültü alıcıda işlenen faydalı sinyalle binişen, bu nedenle istenmeyen bir sinyaldir. Gürültü ile hemen hemen tüm elektronik modüllerde karşılaşılır ve farklı nedenlerle ortaya çıkarlar:
- Akustik sinyallerin yükseltilmesi sırasında ilave gürültü sinyalleri ortaya çıkar. Bu sinyaller süreklidir ve bir hışırtı gibi duyulurlar.
- Bir radarın PPI-ekranındaki resim ya da videolarda, parlaklığı ve renk bilgisi noktadan-noktaya rasgele değişen, ekranın tamamını bir gri sis gibi kaplayan küçük noktalar halinde görülürler. (Resim.1 i büyüterek bakınız)
- Gürültünün gerilimi bir osiloskop ile ölçülebilir. Bunlar bir radarın A-ekranında bir “çim halı” gibi görülürler
Gürültü, örneğin bir radar alıcısına gelen yankı sinyalleri gibi zayıf sinyallerde görülür. Gürültü istatistiki kurallara göre seviyesi inip çıkan bir sinyaldir. Tüm frekansları aynı genlikle olan gürültü sinyaline „beyaz gürültü“ denir. Bu “beyaz” nitelemesini, tüm renklerin eşit miktarda katkısıyla oluşan beyaz ışıktan almaktadır. Buna karşılık „pembe gürültü (pink noise)“ denilen, frekansla ters orantılı (yani 1/f) gibi bir çizgeye dağılan bir kavram daha vardır. Birçok elektronik uygulamasında karşılaşılan bu gürültü sinyallerinin bant genişlikleri büyüktür. Modern radarların alıcıları genellikle süperheterodin tiptir ve bant genişlikleri yaklaşık ara frekans değeri kadardır. Formüldeki Bn değerine dikkat edilmesi gerekir. Bu değer sıkça elektronik devrelerde kullanılan -3 dB yarı-güç değerine denk düşen bant genişliği değildir.
Gürültü sinyalleri alıcıya antenden gelebildiği gibi, alıcının kendi devrelerinden de kaynaklanabilir. Antene, sinyal gücü ile birlikte gürültü gücü de gönderilir. Bu gürültü gücü, alıcının f frekansına ve B bant genişliğine bağlıdır. Antenin etkin gürültü sıcaklığı (equivalent noise temperature) genellikle antenin yükseklik açısına bağlıdır. Bu alınan gürültü sinyali antenin baktığı yöne bağlıdır: Gürültü gücü, uzaydan gelen ışınımdan (genellikle samanyolundaki galaktik ya da kozmik ışınımdan), atmosferde soğrulmuş elektromanyetik ışınımından ve yerin ısıl gürültüsünden kaynaklanır. Bu gürültü sinyali, yansımış zayıf radar sinyallerinden ayırt edilemez ve alıcıdaki tüm yükselteç katlarında radar sinyalleri ile birlikte yükseltilir.
Radarın kendisi gürültüden arınmış bir ortamda çalışsa ve alıcının kendisi gürültü açısından mükemmel bir aygıt olsa bile, alıcının omik devrelerinde elektron yükünün bir kurala tabi olmaksızın hareket etmeleri sonucunda yine gürültü meydana gelir. Bu gürültüye ısıl-gürültü (thermal noise) denir. Bu akımların anlık ortalama değerleri sıfırdır, ama etkin değerleri (rms) sıfır olmamaktadır. Büyüklüğü alıcının omik devrelerinin sıcaklığına ve alıcının bant genişliğine ve frekansına bağlıdır.
Resim 2: Bir osiloskopta gürültü görüntüsü (ölçme kablosunun ucu açık iken)
Bir sistemdeki (ya da bir ağdaki) gürültü üç değişik, eşdeğerli kavramla tanımlanabilir:
- Gürültü katsayısı (Fn ),
- Gürültü sayısı (F) ve
- Gürültü sıcaklığı (Te ).
Bu büyüklükler sırasıyla; boyutsuz oran, desibel cinsinden oran ya da etken sıcaklık olarak ifade edilebilir.
Bant genişliği Bn ve sıcaklığı (T) olan bir alıcının olabilecek (available) ısıl-gürültü gücü:
|N = kTBn||k = Boltzmann katsayısı (1,38·10-23 Joules/K)


Bn = Bant genişliği [Hz] ve
T = Etken sıcaklık
|(1)|
Girişteki olabilecek en küçük gürültü gücü değeri, mutlak sıcaklıkta yani T0=0°K iken tanımlanır. Normal çevre sıcaklığında (T = 290°K = 17°C) gürültünün bant genişliği içindeki ortalama güç yoğunluğu yaklaşık 4·10-21 W/Hz kadardır. Eğer alıcının devreleri farklı bir sıcaklıkta ise ısıl-gürültü gücü farklı bir değer alır.
Gürültü katsayısı (Fn )
Bir modülün girişindeki faydalı PSE sinyali yanında başka kaynaktan (örneğin bir radar yankısından) gelen bir PRE gürültüsü bulunur. Her yükselteç katının da kendine özgü bir gürültüsü vardır ve ilaveten başka kaynaklardan gelen PRE gürültüsünü de yükseltir ve yükselttiği sinyalin üstüne bindirir. Bir belirlenmiş giriş frekansındaki Gürültü Katsayısı (Noise Factor) Fn:
|Fn =||Rauschleistung am Ausgang der Baugruppe||(2)|
|verstärkte Rauschleistung vom Eingang der Baugruppe|
|Gürültü katsayısı F =||PSE (Girişteki faydalı sinyal)|
|PRE (Girişteki gürültü sinyali)|
|PSA (Çıkıştaki faydalı sinyal)|
|PRA (Çıkıştaki gürültü sinyali)|
Gürültü katsayısı boyutsuz bir büyüklüktür.
Gürültü Kazancı (F)
Gürültü Kazancı (Noise Figure, NF) Gürültü Katsayısının desibel cinsinden ifadesidir. Bu, bir verilen bant genişliği için bir radyo frekans sinyal zincirindeki devrelerin sebep olduğu sinyal-gürültü oranındaki bozulmanın ölçütüdür. Bu, bir aygıtta gürültü gücünün girişten çıkışa doğru artışıdır ve faydalı sinyal kazancından daha büyüktür. Gürültü Kazancı bir oran ya da desibel olarak ifade edilebilir. Modern alıcılarda Gürültü Kazancı aygıtların veri sayfalarında desibel olarak verilir. Bu değer genellikle 8 dB ila 10 dB arasında değişir. Gürültü Kazancı, bir alıcıdan geçen sinyalin sinyal-gürültü oranının ne kadar bozulduğunun bir ölçütü gibi düşünülebilir. Gürültü devre içindeki elemanların sıcaklıklarına bağlı olması nedeniyle gürültü katsayısı referans sıcaklık T0= 290K (yaklaşık 16,8 °C) de tanımlanır.
Gürültü Sıcaklığı (Te )
modül
Resim 3: Gürültü altındaki modül, giriş devresi sıcaklığı T= 0 K
modül
Resim 3: Gürültü altındaki modül, giriş devresi sıcaklığı T= 0 K
Formülde sıkça kullanılan kT0B büyüklüğüne, gürültüden arınmış ideal bir alıcının ulaşabileceği mümkün olabilecek en küçük gürültü gücü denir. Pratikte her alıcı gürültülüdür, gürültü katsayısı 1 den daha büyüktür ve bu nedenle gürültü kazancının da keza 0 dan büyük olması gerekir.
Bir dört terminalli devrenin gürültü özellikleri Gürültü Katsayısı yanında sıkça Etkin Gürültülü Sıcaklık (Noise Temperature) olarak adlandırılan Te ile karakterize edilir. Bu, genelde ortam sıcaklığı T0 ile aynı olmayan, sadece bir saf aritmetiksel büyüklük olarak algılanmalıdır.
olmayan modül
Resim 4: Gürültü altında olmayan modül, giriş devresi sıcaklığı Te
olmayan modül
Resim 4: Gürültü altında olmayan modül, giriş devresi sıcaklığı Te
Bu sıcaklık, gürültüden arınmış devrenin (Resim.3) çıkışında aynı gürültü gücünü sağlayan, gürültüden arınmış ideal dört-kutuplu devrenin (Resim.4) girişinde bulunması gereken sıcaklık olarak tanımlanır.
T = Genellikle 290 K (= 17°C = 62°F) olarak kullanılan referans sıcaklık.
|Te = (F - 1) ·T||T = Referans sıcaklık, genellikle 290 K (= 17°C = 62°F) olarak alınır.||(2)|
sıcaklığı
gücü
gürültü
gürültü
Resim 5: Anten-Gürültü Sıcaklığı ile Anten-Gürültü-Gücü arasındaki frekansa bağlı ilişki
(ε= demetin yükseklik açısı)
sıcaklığı
gücü
gürültü
gürültü
Resim 5: Anten-Gürültü Sıcaklığı ile Anten-Gürültü-Gücü arasındaki frekansa bağlı ilişki
(ε= demetin yükseklik açısı)
sıcaklığı
gücü
gürültü
gürültü
Resim 5: Anten-Gürültü Sıcaklığı ile Anten-Gürültü-Gücü arasındaki frekansa bağlı ilişki
(ε= demetin yükseklik açısı)
Girişteki olabilecek en küçük gürültü gücü değeri mutlak sıcaklık T0=0°K iken tanımlanır. Normal çevre sıcaklığında (T = 290°K = 17°C), gürültünün ortalama güç yoğunluğu yaklaşık 4·10-21 W/Hz kadardır.
Formülde sıkça kullanılan kT0B büyüklüğüne, gürültüden arınmış ideal bir alıcının ulaşabileceği mümkün olabilecek en küçük gürültü gücü denir. Pratikte her alıcı gürültülüdür, gürültü katsayısın 1 den daha büyüktür ve bu nedenle gürültü kazancının keza 0 dan da büyük olması gerekir.