Dopasowanie szumowe – a co to właściwie jest?

Zgodnie z obietnicą, omawiając kolejne aspekty problemu dopasowania, zaczynamy zajmować się dopasowaniem szumowym. To wyjątkowo trudny temat i okazało się, że nawet zgrubne zasygnalizowanie go w jakiś prosty sposób wymaga dwóch artykułów, z których poniższy jest tylko wprowadzeniem.

Wcześniej, w artykule Podstawowe zjawiska falowe, omówiłem fundamenty ogromnie ważnego, a słabo rozumianego problemu zjawisk falowych i odbić, a w artykule serii Dopasowanie falowe – dlaczego i kiedy potrzebne? pokazałem jak można uniknąć odbić i wyjaśniłem, czym jest dopasowanie falowe. W poprzednim artykule tej serii Dopasowanie energetyczne. Czy w ogóle jest potrzebne? omówiłem dopasowanie energetyczne i pewne fałszywe wyobrażenia na jego temat, pokutujące w umysłach wielu osób. W poniższym artykule spróbuję nie tyle wyjaśnić, co wstępnie zasygnalizować i nieco przybliżyć naprawdę trudny problem dopasowania szumowego.

Znów dopasowanie falowe i energetyczne

Przed omówieniem dopasowania szumowego muszę przypomnieć, że dopasowanie falowe jest niezbędne przy przekazywaniu sygnałów, czy ściślej energii elektromagnetycznej, na „większe” odległości, gdzie wzięte w cudzysłów słowo w praktyce oznacza 1/10 długości fali transmitowanego sygnału. Dopasowanie falowe nie jest potrzebne, gdy przekazujemy sygnały (energię elektromagnetyczną) na „małe” odległości.

Z kolei dopasowanie energetyczne wykorzystujemy tam, gdzie jest potrzeba „wyciągnięcia” ze źródła energii maksymalnej mocy. Jak już uzasadniłem, w innych dziedzinach elektroniki dopasowanie energetyczne wykorzystujemy rzadko. W technice radiowej dopasowanie energetyczne, czyli dopasowanie mocy jest niezbędne w generatorach i we wzmacniaczach wysokich częstotliwości, by z pojedynczego tranzystora „wyciągnąć” jak najwięcej mocy. W poprzednim artykule doszliśmy też do przykładu anteny odbiorczej, którą można słusznie traktować jako źródło energii elektromagnetycznej o jakiejś rezystancji wewnętrznej R_W.

Właśnie antena odbiorcza wydaje się idealnym, niepodważalnym i rozstrzygającym przykładem udowadniającym sens i potrzebę wykorzystania dopasowania energetycznego, by z tej anteny „wyciągnąć” jak najwięcej mocy. W zasadzie tak.

Ogólnie biorąc, jak najbardziej – ze słabych źródeł energii chcemy „wyciągać” jak najwięcej mocy. Ale świat nie jest tak prosty, jakbyśmy chcieli! I właśnie w niektórych zastosowaniach w grę wchodzi jeszcze coś innego, dziwnego, co nazywamy dopasowaniem szumowym (noise matching). Szczegóły przedstawię w następnym artykule, a ponieważ temat jest trudny, w tym artykule „przygotuję grunt”. O szumach opowiem w dalszej części artykułu, a na początek zasygnalizuję pewną istotną kwestię ogólną.

Co ważniejsze: napięcie czy moc?

Nieprzypadkowo w jednym z wcześniejszych artykułów napisałem, że „początkujący elektronicy myślą napięciem”. Napięcie wydaje im się najważniejsze, a temat mocy i dopasowania energetycznego wydaje się drugorzędny.

Trzeba mocno podkreślić, że w niektórych dziedzinach elektroniki rzeczywiście dobrze sprawdza się takie „podejście napięciowe”. Na przykład w „elektronice stałoprądowej” oraz w technice audio (ale z pominięciem klasycznej telefonii, na której mało kto dziś się już zna). W technice audio rzadko mówimy o mocy sygnału, a nieporównanie częściej o poziomie sygnału, który jest wyrażany w jednostkach napięcia, często w mierze decybelowej, ale praktycznie zawsze dotyczącej napięcia, a nie mocy. Tymczasem w technice radiowej najczęściej mówimy o mocy sygnału, a nie o napięciu.

Z kilku ważnych powodów. Najprościej biorąc, w przypadku fal elektromagnetycznych „nie widać” napięcia, a tym bardziej nie ma prądu elektrycznego, które pozwalają obliczyć moc (P = U × I) – jest jedynie pole elektryczne i pole magnetyczne. To pole przenosi energię w określonym tempie czyli z określoną mocą (co określa wzór Poyntinga). Czyli w przypadku pola elektromagnetycznego o prądzie (i napięciu) mówić nie można, ale o mocy, czyli tempie przekazywania energii – jak najbardziej!

Ale nawet jeśli chodzi o „przewodowe” obwody radiowe, gdzie występują napięcia i płyną prądy, to przy wysokich częstotliwościach jest kłopot z pomiarem napięcia (i prądu). A przy bardzo wysokich częstotliwościach, już w zakresie mikrofalowym „oddzielne” pomiary napięcia czy prądu są praktycznie niemożliwe. Natomiast moc można mierzyć różnymi innymi sposobami, bez pomiaru napięcia i prądu.

Generalnie w technice radiowej najbardziej interesuje nas moc sygnału, a mniej jego napięcie. Przypominam, że zawsze najważniejsze jest pole elektryczne i pole magnetyczne, a jak pisałem wcześniej, właśnie w technice radiowej warto traktować napięcie jako „produkt uboczny”, jako efekt, przejaw występowania pola elektrycznego. Podobnie prąd elektryczny można i warto traktować jako „efekt uboczny” obecności pola magnetycznego. Tak rozumiał to genialny Heaviside. I dziś tak to rozumie wielu specjalistów zajmujących się techniką wysokich częstotliwości. Owszem zgodnie z rysunkiem 1 napięcie jest związane z mocą w prosty sposób: P = U² / R (a prąd: P = I² × R), ale to nie napięcie powinno być w centrum uwagi.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w majowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 5/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 5/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.