Интегратор для модуляционного радиометра

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для вьщеления среднего значения напряжения , пропори юнального разности шумовых мощностей измеряемого сигнала и эталонной нагрузки в модуляционном радиометре. Цель изобретения - повышение точности при одновременном упрощении . Для достижения цели в устрво введены счетчик-делитель 3, RS- триггер 5, элемент ИЛИ 6, запоминающий блок 16. В устр-ве операции усиления с подавлением синфазной помехи , интегрирования и детектирования разностного сигнала реализованы всего на одном операционном у-ле. Все типы коммутационных помех, возникающих в одном полупериоде модуляции и дакщих добавку напряжения на конд-ре компенсируются такими же помехами в другом полупериоде, напряжение которых вычитается из напряжения конд-ра протеканием через него обратного тока. Предлагаемое устр-во вьщеляет разностньй сигнал независимо от наличия или отсутствия постоянной составляющей входного сигнала, что расширяет область его применения при различных режимах обработки радиометрических сигналов. 2 ил. с б (/)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„140142 ц11 4 С 01 $13/95

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4038291/24-09 (22) 18.03.86 (46) 07.06.88. Бюп. М- 21 (71) Институт радиофизики и электроники АН АрмССР (72) Г.Г.Айвазян, А.N.Àñëàíÿí и Л.Г.Гулян (53) 621.396.96 (088.8) (56) Варельджян А.В., Тохмахян М.Г.

Низкочастотный тракт радиометра.

ПТЗ, 1984, Н - 1, с.142-146. (54) ИНТЕГРАТОР ДЛЯ МОДУЛЯЦИОННОГО

РАДИОМЕТРА (57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для выделения среднего значения напряжения, пропорционального разности шумовых мощностей измеряемого сигнала и эталонной нагрузки в модуляционном радиометре, Цель изобретения — повышение точности при одновременном упрощении. Для достижения цели в устрво введены счетчик-делитель 3, RSтриггер 5, элемент ИЛИ 6, запоминающий блок 16. В устр-ве операции усиления с подавлением синфаэной помехи, интегрирования и детектирования разностного сигнала реализованы всего на одном операционном у-ле. Все типы коммутационных помех, возникающих в одном полупериоде модуляции и дакщих добавку напряжения на конд-ре компенсируются такими же помехами в другом полупериоде, напряжение которых вычитается из напряжения конд-ра протеканием через него обратного тока.

Предлагаемое устр-во выделяет разностный сигнал независимо от наличия или отсутствия постоянной составляющей входного сигнала, что расширяет область его применения при различных режимах обработки радиометрических сигналов. 2 ил.

1401424

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для выделения среднего значения напряжения, пропорционального разности шумовых мощностей измеряемого сигнала и эталонной нагрузки в модуляционном радиометре.

Цель изобретения — повышение то ности при одновременном упрощении.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема интегратора, на фиг.2 — временные диаграммы, поясняияцие работу интегратора.

Интегратор для модуляиионного радиометра содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетный триггер

2, счетчик-делитель 3, элемент И-НЕ

4, RS-триггер 5, элементы ИЛИ 6 и

НЕ 7, коммутаторы 8-12, операционный 20 усилитель 13, коммутатор 14, источник 15 опорного напряжения, запоминанлщий блок 16, токозадающий резистор

17, первый 18 и второй 19 резисторы и конденсатор 20 ° 25

Интегратор для модуляционного радиометра работает следующим образом.

Генератор 1 прямоугольных импульсов выдает импульсы, каждый из которых производит переключение счетного триггера 2, на выходах которого фор-. мируется противофазный меандр (фиг.2а — в), период которого задает перибд модуляции t Выходной сигнал триггера 2 передается в высокочастотную (ВЧ) часть радиометра для управления модулятором (М), производящим в каждом из полупериодов подключение к входу радиометра измеряемого сигна- 40 ла или эталонной нагрузки. Передний фронт каждого импульса на прямом выходе счетного триггера 2 (фиг.2б) в моменты времени t,, t» t» ..., t > дает один счетный импульс, заполняющий счетчик-делитель 3, который практически считает число периодов модуляции.

При достижении счетчиком-делителем

3 некоторого числа и определяемого его коэффициентом деления, в момент времени t> íà его выходе появляется импульс, который поступает на S-вход

RS-триггера 5, переводя его в единичное состояние (фиг.2г). RS-триггер

5 находится в единичном состоянии в интервале времени с -сц до поступления его íà R-вход переднего фронта импульса с прямого выхода счетного триггера 2, Через элемент ИЛИ 6 проходят импульсы с прямого выхода счетного триггера 2 и с выхода RS-триггера 5 (фиг.2б,г), поэтому íà его выходе напряжение имеет вид, показанный на фиг.2д. Едийичные состояния RS-триггера 5 и прямого выхода счетного триггера 2 переводят элемент И-НЕ 4 в нулевое состояние в интервале времени t>-t, (фиг.2е), которое инвертируется на элементе НЕ 7 (фиг ° 2ж).

Коэффициент деления счетчика-делителя 3 определяет число периодов модуляции, образующих интервал gt, по истечении которого устройство каждый раз переходит в режим переключений, описанных для интервала t -t Таким образом, формируются напряжения (фиг.2в,д — ж), управляющие режимами переключения коммутаторов 8 — 12 и 14.

С выхода предварительного усилителя низкой частоты (ПУНЧ) из ВЧ части через первый вход модулированное по амплитуде напряжение, каждый полупериод которого реально представляет собой не постоянное, а шумное напряжение (фиг.2и), поступает на вход идеального интегратора, образованного токозадающим резистором 17, операционным усилителем 13 и конденсатором 20. Ток заряда конденсатора 20 в идеальном интеграторе обеспечивается источником тока, выполненном на операционном усилителе 13, и поэтому не зависит от напряжения на конденсаторе 20, как это имеет место для RCинтеграторов, поэтому выходное напряжение идеального интегратора может превышать значение входного напряжения, что эквивалентно его усилению, т.е. ток заряда определяется только входным напряжением устройства и в каждом полупериоде напряжение конденсатора 20 линейно изменяется, накапливая среднее значение шумового напряжения. В каждый момент времени напряжение на конденсаторе 20 пропорционально математическому интегралу или среднему значению шумового напряжения на временном интервале заряда конденсатора 20.

Значение токозадающего резистора

17 создает ток заряда конденсатора

20 и определяет коэффициент усиления среднего значения шумового напряже45

3 14014 ния в идеальном интеграторе. На опорный вход идеального интегратора через первый резистор 18 подается напряжение с второго входа устройства коЭ

5 торое в частном случае может не содержать сигнальной информации и нести только информацию о наведенных помехах в линии соединения ВЧ и НЧ трактов, Такая же помеха будет наведена в сиг-1р кальком проводе первого входа, поэтому она будет скомпенсирована на дифференциальных (вычитающих) входах .операционного усилителя 13 и не сказывается на процессе заряда конден- 15 сатора 20.

Коммутатор 12 замкнут на все интервале gt и интегратор работает в режиме заряда входным током. Ток заряда задается в каждом периоде моду- 2р ляции попеременно по полпериода напряжением измеряемого сигнала или эталонной нагрузки. Считаем, что полупериодами напряжения измеряемого сигнала являются интервалы t -с, 25 с -с4, и т.д., а эталонной нагрузки с -t» t — t и т,д. (фиг.2и). Работа коммутатора 10,9 и 8,11 обеспечивает переключение обкладок конденсатора 20 таким образом, что в полупе- Зр риодах t)-t2 съ 4 когда зам кнуты коммутаторы 10 и 9, конденсатор 20 заряжается напряжением измеряемого сигнала, а в полупериоды -t, С4 с5 ° °, когда замкнуты коммутато 35 ры 8 и 11, ток протекает через конденсатор 20 в обратном направлении и он заряжается напряжением эталонной . нагрузки.

Так как напряжение сигнала выше напряжения эталона, то крутизна заряда больше, чем крутизна разряда, и в конце интервала t -t напряжение конденсатора 20 достигает значения

UI (фиг ° 2з), которое пропорционально разности средних значений сигнальной и эталонной мощности на интервале

t,-t>. В следующем периоде модуляции с -с z к напряжению О„ прибавляется среднее значение разностного сигнала в этом периоде, т.е. напряжение Ц, пропорционально разности средних эна" чений сигнальной и эталонной мощности на интервале t,-t>.

Таким образом, разностный сигнал накапливается в течение времени gt которое на практике содержит десятки и сотни периодов модуляции, и сформированное напряжение U> (фиг.2з) пред24

4 ставляет собой усиленное значение разностного сигнала U --U на интервале времени dt, представляющем собой время усреднения выходного сигнала и определяемым коэффициентом деления (числом n) счетчика-делителя 3. При этом напряжение U> может иметь и отрицательное значение при эталонном напряжении выше сигнального или при иной последовательности заряда и pasряда °

В интервале t -tù при замкнутых коммутаторах 10 и 9 и разомкнутом коммутаторе 12 (фиг.2е) операционный усилитель 13 представляет собой повторитель выходного напряжения источника 15 опорного напряжения, которое суммируется на выходе операционного усилителя 13 с напряжением конденсатора 20. Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 13, несущее информацию о разностном сигнале, может быть сдвинуто на произвольный отрицательный или положительный уровень выбором выходного напряжения источника 15 опорного напряжения. Через замкнутый коммутатор 14 в интервале t> - „„ выходное напряжение операционного усилителя 13 выдается на запоминающий блок 14, с выхода которого выдается на выход интегратора.

В интервале t „о-t при замкнутых коммутаторах 8-12 конденсатор 20 разряжается до нуля, после чего с момента с, режим, описанный для интервала t,-сн, повторяется. Новое значение U сформированное в последующем интервале gt также выдается на выход через запоминающий блок 14, т.е. раэностный сигнал на выходе интегратора представляется в виде дискретной последовательности результатов интегрирования на интервалх Qt причем, так как операция интегрирования, необходимая для вьделения среднего значения, производится идеальным интегратором, выполняющим чисто математическую операцию интегрирования, то раз-. брос результатов интегрирования от интервала g t к интервалу, т.е. размах выходных флуктуаций среднего значения разностного сигнала, лежит в пределах чувствительности радиометра, определяясь как ошибка среднего арифметического при усреднении.

Таким образом, на выходе тракта формируется именно среднее значение

1401424 6 разностного сигнала, которое может быть непосредственно использовано в дальнейшей обработке. При этом в известном устройстве, использующем в качестве интегратора фильтр нижних частот на основе RC-цепочки, амплитуда шумовых флуктуаций уменьшается в соответствии с частотной характеристикой фильтра, но сохраняется и превышает значение чувствительности, что требует дополнительных работ по выделению среднего значения разностного сигнала.

Кроме того, в предлагаемом устройстве операции усиления с подавлением синфазной помехи, интегрирования и детектирования разностного сигнала реализованы всего на одном операционном усилителе, в то время как в известном устройстве для выполнения этих функций используется восемь операционных усилителей, восемь коммутаторов, двенадцать конденсаторов и т.д.

Все типы коммутационных помех, возникающих у предлагаемого устройства в одном полупериоде модуляции и дающих добавку напряжения на конденсаторе, компенсируются таким же помехами в другом полупериоде, напряжение которых вычитается из напряжения конденсатора протеканием через него обратного тока, а в известном устройстве подавление коммутационной и синфазной помех достигается тщательным симметрированием обоих каналов.

В отличие от известного устройства, имеющего возможность работать только с переменной составляющей напряжения ПУНЧ, предлагаемое устройство выделяет разностный сигнал не.зависимо от наличия или отсутствия, постоянной составляющей входного сиг нала, что расширяет область его применения при различных режимах обработки радиометрических сигналов.

Формула изобретения

Интегратор для модуляционного радиометра, содержащий генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом счетного триггера, прямой и инвертирующий выходы которого являются входами подключения модулятора высокочастотной части модуля5

ЭО

55 цианного радиометра, токоэадающий резистор и первый резистор, первые выводы, которых являются входами сигналов предварительного усилителя низкой частоты высокочастотной части модуляционного радиометра, второй вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, прямой выход счетного триггера соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом управления первого коммутатора и входом элемента НЕ, выход которого. соединен с входом управления шестого коммутатора, второй резистор, первый вывод которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй, третий, четвертый и пятый коммутаторы, при этом инвертирующий выход счетного триггера соединен с входами управления второго и пятого коммутаторов, выход второго коммутатора соединен с первым выводом конденсатора, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности при одновременном упрощении, введены.RS-триггер, счетчик-делитель, элемент ИЛИ и запоминающий блок, при этом прямой выход счетного триггера соединен с R- âõîäîì RS-триггера и входом счетчика-делителя, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход которого соединен с вторыми входами элемента И-HF. и элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с пря" мым выходом счетного триггера, выход элемента ИЛИ соединен с входами управления четвертого и третьего коммутаторов, второй вывод токозадающего резистора соединен с входом первого коммутатора, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и входами второго и третьего коммутаторов, второй вывод первого резистора соединен с вторым выводом второго резистора, выход операционного усилителя соединен с входами четвертого и пятого коммутаторов и входом шестого коммутатора, выход которого соединен с входом запоминающего блока, выход которого является выходом интегратора для модуляционного радиометра, выход четвертого коммутатора соединен с пер» вым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с выходами третьего и пятого коммутаторов.

Составитель E.Ïîãèáëîâà

Техред М.Морг ентал Корректор И.Муска

Редактор П.Гереши

Заказ 2782/46

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4