Bakgrundsbruset?

Skalmannen

Well-Known Member
Med risk för att ställa den mest korkade frågan på den här sidan nyår så
kastar jag mig med berått mod ut över stupet. Undrar över det brus som hörs
i en mottagare när man öppnar brusspärren, och vad det är man egentligen
hör? Antar att en del kommer från mottagaren själv, men vad är allt
det som i varierande styrka trillar in utifrån? Är det så enkelt att det är
radiostrålning från solen (och andra strålningskällor i rymden) som gör
att det brusar? Och varför skiljer sig bruset på HF från det på högre
frekvenser (där det är jämnare och inte har tjut och pip och områden
med starkare störningar som på HF?).
 
Hej!

Fick faktiskt samma fråga för bara några dagar sedan. Mina kunskaper är inte perfekta, så med risk att klanta till det ordentligt försöker jag ge ett svar:

Du hör fyra sortes brus:
1. Du hör det brus som genereras internt i mottagaren, så kallat termiskt brus. Allt som är varmare än absoluta nollpunkten brusar. Ju varmare, desto brusigare. Radioamatörer har i alla fall på kortvåg inte särskilt mycket skada av detta brus. Radioastronomer kyler ned sina förförstäkare till bara några eller några tiotal Kelvin för att minska detta brus.

2. Atmosfäriskt brus. Genereras i atmosfären, t.ex. av blixtar. På kortvågen kan man ibland höra tropiska åskväder som "smällar" med en avtagande svans av brus. Kräver vågutbredning till bruskällan för att höras.

3. Kosmiskt brus. Brus från rymden. Med stora antennsystem för VHF och uppåt kan man höra solen brusa kraftigare än rymden. Inte besvärande för "den vanlige amatören".

4. "Man-made noise". Det brus som skapas av människan och hennes maskiner. Har ökat stadigt på senare år. Kraftledningar, elstängsel, lysrör, fläktreglering, switchade nätaggregat, datorer lågenergilampor, ADSL-modem m.m. Här har vi det stora bekymret för dagens amatörer.

m.v.h.
SM5OCI, Per
 
För att ta det enklaste först så är bruset i en VHF-mottagare nästan alltid förstärkt termiskt brus från mottagarens ingångssteg. Detta gäller i synnerhet om antennen är liten.

Förr så var det en allmänt accepterad sanning att det var det termiska bruset som begränsade känsligheten på VHF, eftersom man för det mesta kunde försumma "man-made"-bruset i det frekvensområdet.

Numera har "nedskräpningen" gått så långt att på frekvenser <146 MHz så får man, i varje fall i städerna, räkna med att om man har en stor antenn är det "man-made" brus som sätter gränsen.

På HF och lägre band så dominerar "man-made" och atmosfäriskt brus. I några fall kan man räkna med att kosmiskt brus blir starkare än atmosfäriskt brus. Detta gäller främst på frekvenser över 20 MHz och vintertid.

Sammantaget så är mottagarnas egenbrusegenskaper ganska underordnade på HF och lägre frekvenser. En "normal" kortvågsmottagare har ett egenbrus som är c:a 10 ggr högre än det termiska, och ytterligare typiskt 10 ggr lägre än det atmosfäriska i huvuddelen av HF-området.

Man brukar bara bekymra sig om mottagarnas egenbrus om man har en väldigt liten antenn, eller om man befinner sig i polartrakterna dit det atmosfäriska bruset inte når, och där det kosmiska absorberas av jonosfären.

Slutligen har brus på olika frekvenser olika egenskaper.

Det termiska bruset är s.k. "Johnson-brus" vilket innebär att det har samma energiinnehåll
oavsett frekvens. Ett sådant brus låter som ett jämnt "pysande".

Atmosfäriskt och "man-made" brus har en mer "skarpkantad" karaktär och därmed en "vassare" ton med mycket större skillnad mellan topp- och medelvärde.

Detta styr hur mottagna signalers uppfattbarhet påverkas av bruset, vilket f.ö. är en hel vetenskap.

73/

Karl-Arne
SM0AOM
 
En "normal" kortvågsmottagare har ett egenbrus som är c:a 10 ggr högre än det termiska, och ytterligare typiskt 10 ggr lägre än det atmosfäriska i huvuddelen av HF-området.

En läsare vill ha det här med mottagares egenbrus utvecklat.

Om det funnits "ideala" mottagare så skulle dessa bara förstärka det brus som kommer
från yttervärlden, utan att addera något eget.

Man kallar den försämring av signal/brus-förhållandet som en realiserbar mottagare orsakar för "brusfaktor", vilket är en dimensionslös kvot och därför uttrycks den ofta i dB.

Om det yttre bruset i sig är starkt, så gör det inget om mottagaren själv tillför lite brus, så länge som man kan försumma detta tillskott. Därför gör man oftast kortvågsmottagare
så att de har ett egenbrus som är c:a 10 ggr mindre än den lägsta yttre brusnivån man kan förvänta sig, och denna ligger för normalstora antenner på c:a 100 ggr eller 20 dB över den termiska.

Ett alternativt mått för brusets styrka är "brustemperatur" vilket motsvarar den temperatur som man skulle behöva hetta upp ett motstånd till för att få samma bruseffekt som t.ex. från en given antenn eller förstärkare.

I HF-området varierar brustemperaturen hos en 1/2-vågsdipol mellan kanske 30000 - 1000000 Kelvin varierande på dels frekvens och dels årstid och tid på dygnet. Sett i ljuset av detta så kan man vanligen försumma en mottagares brustemperatur som ligger runt 2500 Kelvin.

Däremot blir mottagarnas egenbrus kritiskt när man riktar en antenn ut i världsrymden,
där man har extremt låga brusnivåer, så länge man inte riktar antennens strålningslob mot stjärnor eller galaxer. Den "kosmiska bakgrundsstrålningen" motsvarar en
brustemperatur av c:a 3 K, så för att kunna försumma en mottagares brus måste denna ha ett egenbrus av ett par tiondels Kelvin. Sådant kan man inte åstadkomma, kvantfysiken i form av Heisenbergs osäkerhetsrelation lägger hinder i vägen.

Med transistorer (HEMT-FET:ar) som gemene man kan köpa går det att åstadkomma en brustemperatur i det lägre mikrovågsområdet på kanske 20 - 30 K, och då kan fortfarande inte mottagarbruset försummas vid "rymdkommunikation". Däremot, om man riktar antennen mot horisonten så får antennen en brustemperatur på kanske 300 - 400 K och då så blir mottagarbruset försumbart igen.

Det kan vara direkt kontraproduktivt att ha "för känsliga" mottagare i HF-området. En sådan har ofta en hög förstärkning i sin HF-del för att maskera bruset från blandare och MF-del, och då riskerar man att överstyra mottagaren om en stor antenn används.

En "tumregel" som förekommer inom NATO är att stationära HF-mottagare ska ha en brusfaktor på 15 - 17 dB (motsvarar c:a 10000 K brustemperatur) och transportabla dito vilka ansluts till små antenner c:a 10 dB (c:a 2500 K). Följer man dessa råd så har man gjort det bästa av situationen.

Vid de fåtaliga tillfällen som man behöver en känsligare mottagare är en in/ur-kopplingsbar lågbrusförstärkare före att rekommendera.

73/

Karl-Arne
SM0AOM
 
Detektering av brus

Detekteringen har väl också stor inverkan på hur man uppfattar bruset i mottagaren?
T.ex. om man lyssnar på AM eller FM. :p

/Ingvar
 
Det är helt riktigt att detektorer för AM och FM hanterar brus helt annorlunda.

En FM-detektor har en tydlig tröskel när bruset helt tar över vid ett sjunkande signal/brus förhållande.

Detta beror på att FM-detektorn genererar sin information genom att undersöka fasen hos den inkommande signalen, och när S/N försämras kommer fasändringen hos insignalen att maskeras av de helt slumpmässiga fasvariationerna av bruset.

När FM-signalen är tillräckligt stark för att brusvariationerna av fasläget inte längre har något inflytande får man "brusfri mottagning" eller "quieting".

Beroende på hur detektorn är gjord och på modulationsindex sker detta vid olika S/N för ingångssignalen, och anledningen till att bruset blir så starkt i FM-detektorn är att brusets fasvariationer kommer registreras mellan båda ytterkanterna på MF-passbandet. Brussignalens amplitud uppgår då till hela detektorns utstyrningsområde.

Därför är det nödvändigt med brusspärr i FM-mottagare, medan AM och SSB-mottagare uppvisar mindre våldsamma variationer i brusnivå när signalen försvinner.

AGC och MGC tillsammans kan ge en "brusspärrseffekt" även hos mottagare för
AM och SSB.

73/

Karl-Arne
SM0AOM
 
Back
Top