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Même
sans antenne branchée, un récepteur fait entendre
un bruit de fond dans le casque ou le haut parleur lorsque tous
les réglages de gains sont réglés au maximum.
Ce bruit de fond (bruit blanc, souffle...) est généré
par le récepteur lui-même et il s'ajoute d'une part
aux bruits parasites recueillis par l'antenne et d'autre part
au signal utile qui parfois peut être complètement
noyé. Bruit d'origine thermique Lorsqu'ils sont soumis à une température supérieure au zéro absolu, les atomes constituant la matière d'un conducteur voient leurs électrons s'agiter de façon globalement désordonnée. Ces mouvements électroniques génèrent des courants électriques aléatoires qui s'ajoutent au courant utile traversant le conducteur. C'est un bruit blanc, dont la puissance contenue dans une bande passante donnée (1000 Hz, par exemple), est la même quelle que soit la fréquence considérée. La puissance du bruit dû à l'agitation électronique est directement proportionnelle à la température exprimée en kelvins mais aussi à la bande de fréquence considérée. On peut la calculer simplement à l'aide de la formule suivante :  avec : PTH : puissance de bruit, en W k : constante de Boltzmann = 1,38 . 10-23 J/K T : température en K B : largeur de la bande de fréquence en Hz exemple : Puissance de bruit à l'entrée d'un récepteur à la température de 17°C soit 290 K et pour une bande passante de 250 Hz : 1.10-18 watts ce qui correspond à un niveau de -150dBm Densité spectrale de bruit La puissance de bruit correspondant à une largeur de bande de 1Hz est, appelée "densité spectrale de bruit" représentée par la lettre S. C'est une valeur intéressante que l'on utilise dans le calcul de la sensibilité d'un récepteur. Elle correspond au produit k.T de la formule ci-dessus. La densité spectrale de bruit thermique ne dépend donc que de la température exprimée en kelvin et lui est directement proportionnelle. On la calcule facilement à l'aide de la formule précédente pour une température T de 6000°K : S = k . T S = 1,38 . 10-23 . 6000 S = 8.28 . 10-20 W/Hz Bruit en fonction de la bande passante A la température ambiante standardisée de 290 kelvins (+17°C) la densité de puissance, autrement dit, la puissance de bruit dans une bande passante de 1 hertz est égale à : PTH = 1,38 . 10-23 . 290 . 1 PTH = 4.00 . 10-21 watts, ce qui correspond à un niveau de -174dBm C'est le niveau plancher de sensibilité d'un récepteur à température ambiante. Si la bande passante du récepteur est supérieure à 1Hz, ce qui est le lot de tout récepteur d'amateur, il faudra ajouter à ce niveau la valeur en décibels correspondant à la puissance de bruit contenue dans la bande passante du récepteur calculée avec la formule :  Avec : LNth : niveau de bruit en dB B : bande passante du récepteur en Hz Exemple : Bruit ajouté avec l'utilisation d'un filtre à 300Hz : 24,8dB et avec un filtre à 2700Hz : 34,3dB On voit que le gain de sensibilité lors de l'utilisation de la télégraphie par rapport à celle de la phonie peut être chiffrée à 10dB grâce à l'utilisation d'un filtre étroit en télégraphie, inutilisable en phonie. Le niveau plancher d'un récepteur équipé d'un filtre SSB de 2700Hz est donc : -174+34 = -140 dBm Le tableau suivant donne le niveau de bruit en décibels pour différentes bandes passantes B.
Exemple pratique L'analyseur de spectre, qui est un récepteur de type très particulier, dispose de filtres qui permettent de choisir la résolution avec laquelle la bande de fréquences observée sera examinée. Selon la largeur du filtre utilisé, le niveau plancher de bruit sera plus ou moins élevé. Les quatre photos ci-dessous montrent le niveau de bruit mesuré par un analyseur de spectre dont on fait varier la résolution de 0,3kHz à 300kHz. On voit que le fait de multiplier par 10 la largeur de bande fait augmenter de 10dB le niveau du bruit puisque sur l'axe vertical un carré correspond à 10dB. Un point situé en haut de l'écran est à un niveau de -60dBm.
Niveau de bruit à l'entrée du récepteur Pour comparer la sensibilité de deux récepteurs il est facile de calculer pour chacun d'eux le niveau de bruit ramené à la prise d'antenne à la température de 290 kelvins (+17°C) et bien sûr pour la même bande passante. Ce niveau de bruit LN est la somme de : - niveau plancher de sensibilité d'un récepteur à 290°K évalué plus haut à -174dBm - niveau de bruit LNth en dB correspondant à la bande passante considérée. Par exemple 24,8dB pour 300Hz - facteur de bruit F du récepteur exprimé en décibels Ce qui se résume à la formule : LN = -174 + LNth + FdB Exemple : Un récepteur de facteur de bruit 2,2dB et de bande passante 300Hz aura un niveau de bruit ramené à l'entrée de -174 + 24,8 + 2,2 = -147dBm Autres bruits Dans un transistor bipolaire (ou une diode...) le passage des porteurs de charges au niveau de la jonction provoque un bruit dit "de grenaille" dont la densité de puissance spectrale (puissance de bruit contenue dans une bande de fréquence donnée) diminue lorsque la fréquence augmente. Un autre type de bruit présent dans les semi-conducteurs est le bruit de scintillation (flicker noise en anglais), c'est un "bruit rose". Il faut mentionner aussi le bruit de phase des divers oscillateurs. Les tubes, maintenant très rares dans les étages d'entrée des récepteurs, produisaient également du bruit dû à des phénomènes qui leurs étaient particuliers. On ne parle ici que du bruit produit par le récepteur non raccordé à une antenne, pas du bruit de fond produit par l'intermodulation. Inconvénient du bruit propre au récepteur Sauf cas très particulier, un récepteur est toujours relié à une antenne pour écouter un signal particulier sur une fréquence donnée. En même temps que le signal utile, l'antenne fournit au récepteur une foule de signaux indésirables mais surtout du bruit de fond radioélectrique d'origine naturelle (venant de l'espace ou produit par les orages terrestres) ou généré par les activités humaines. Le niveau de ce bruit de fond est très variable en fonction de la saison, de la situation géographique de l'antenne et de son environnement immédiat. Mais le facteur déterminant est la fréquence. Le niveau de bruit fourni par l'antenne dépend de la bande : sur 160m (1,8MHz) il peut être supérieur de plus de 50 décibels à celui que l'on rencontre sur la bande 70cm (434MHz). On comprend facilement que le bruit généré en interne par le récepteur aura moins d'influence sur le rapport signal/bruit en décamétrique qu'en UHF. C'est pourquoi on s'en préoccuppera surtout au-dessus de 30 MHz. |
