Шумовое излучение плазмы

Плазма излучает в очень широком спектре в диапазоне СВЧ. Спектр этого излучения – сплошной (непрерывный). Излучение плазмы мы называем шумовым, потому что оно имеет, во-первых, широкий спектр, во-вторых, имеют место случайные законы изменения частоты и амплитуды. Излучение нам дает соударение электронов.

Если отвлечься от рассмотрения физики плазмы, то в оптике излучение (излучательная способность) описывается законом Планка или, в более частном случае, законом Рэлея-Джинса. Распространим этот закон и на плазму.

Закон Рэлея-Джинса определяет мощность излучения с единичной поверхности F в единичный телесный угол на единичной частоте:

где	– частота, на которой оцениваем мощность; Т – температура плазмы; с – скорость света; – единичный телесный угол.

Закон Рэлея-Джинса – это частный вид закона Планка для СВЧ.

Для реальных тел (и для плазмы) нужно учитывать степень черноты – отличие излучательной способности плазмы от абсолютно черного тела.

Излучательную способность можем учесть введя постоянную затухания в плазме (А). Если говорим, что шум плазмы принимается бортовой антенной, а антенна работает на приемник, то тогда мощность шумов плазмы, принятая антенной и воспринятая приемником, может быть оценена следующим образом:

где	– линейная полоса пропускания.

Принято говорить, что, определяя мощность шумов, мы считаем плазму равновесной по температуре частиц плазмы. Говоря о равновесности, предполагаем, что температура частиц одинакова, а значит можем использовать температуру электронов в формуле для мощности:

При использовании этой формулы возникают трудности при определении затухания в плазме и температуры электронов. Не всегда затухание можно рассчитать несмотря на всю простоту предыдущих формул для расчета. Поэтому и формула выше, несмотря на использование только трех множителей, оказывается весьма сложной и часто не находит применения.

Расчеты показали, что шумовая температура плазмы может достигать тысячи градусов, однако нас интересует не сама она, а то, какая мощность будет создаваться при этой температуре. Эта мощность может быть соизмерима с мощностью принимаемого сигнала и даже превышать его. Это означает, что можем потерять полезный сигнал на фоне шумов плазмы.

Измерить мощность шумов (шумового сигнала) можно радиометром.