Нулевой радиометр

 

Изобретение относится к устройствам массивной радиолокации и может быть использовано при измерении мощностей слабых шумовых сигналов в диапазоне СВЧ. Нулевой радиометр содержит антенну, первый модулятор, приемник, импульсный усилитель . Фильтр высоких частот, синхронный фильтр, компаратор, блок управления, выходную шину, согласованную нагрузку, термостатированную плату, активный генератор шума и второй модулятор. 2 ил.

1) 4936463/09

2) 16.05.91

6) 30.08.93, Бюл, М 32

1) Читинский институт природных ресуров СО PAH

2) А. В. Филатов

3) Читинский институт природных ресуров СО РАН

6) W, N. Hardy, К. W. Gray, А. W. Love. On

-band radiometer design with high absolute

reclssion//IEEE Transaction on Microwave

heory and Technigues,— 1974.-vol. MTT — 22.—

4. — р, 382.

Авторское свидетельство СССР

1704107, G 01 R 29/08, 1989 r. — прототип. (54) НУЛЕВОЙ РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к устройствам массивной радиолокации и может быть использовано при измерении мощностей слабых шумовых сигналов в диапазоне СВЧ.

Нулевой радиометр содержит антенну, первый модулятор, приемник, импульсный усилитель. Фильтр высоких частот, синхронный фильтр, компаратор, блок управления, выходную шину, согласованную нагрузку, термостатированную плату, активный генератор шума и второй модулятор. 2 ил.

Изобретение относится к пассивной раиолокации и может использоваться в технике измерения мощности слабых шумовых игMafloB в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ).

Цель изобретения — повышение точноти и чувствительности измерений шумовых игналов квазистационарных тепловых поей.

На фиг. 1 представлена блок-схема нуевого радиометра; на фиг. 2 — временные иаграммы, поясняющие принцип работы адиометра.

Предлагаемый нулевой радиометр соержит антенну 1, первый модулятор 2, при мник 3, импульсный усилитель 4, фильтр

ысоких частот 5, синхронный фильтр 6, омпаратор 7, блок управления 8. выходную ину 9, согласованную нагрузку 10, термотатированную плату 11, активный генераор шума 12 с низкой шумовой емпературой, второй модулятор 13.

Принцип работы радиометра заключается в следующем. Первый модулятор 2 по поступающим сигналам на его вход управления со второго выхода блока управления

8 попеременно подключает на вход приемника 3 на одинаковые промежутки времени

tA и тг д антенну 1 с шумовой температурой

Тд и выход второго модулятора 13, соответственно. Второй модулятор 13 подключает поочередно на свой выход согласованную нагрузку 10, находящуюся при температуре

То термостатированной платы 11, и активный генератор шума 16 с низкой умовой температурой Тдгш. Длительность их поступления на второй вход первого модулятора 2 переменна и зависит от управляющего сигнала с четвертого выхода блока управления 8, Для выбранной структурной схемы построения радиометра входной сигнал от антенны Тд может изменяться в пределах Тдгш — То, то есть при любых Тд должно выполняться условие То>Тд>Тдгш, 1838793

После усиления шумовых сигналов с выхода первого модулятора 2 в приемнике 3 по сверхвысокой частоте. квадратичного детектирования, усиления в импульсном усилителе 4, на выходе синхронного фильтра 6 будет наблюдаться импульсная периодическая последовательность сигналов, один полный период которой приведен на фиг.

2а, и в которой исключена постоянная составляющая напряжения в результате передачи ее через фильтр высоких частот 5 (в простейшем случае фильтр высоких частот представляет собой дифференцирующую

RC-цепь), На временной диаграмме (фиг. 2) вместо амплитуд напряжений импульсов на выходе синхронного фильтра приведены истинные значения входных температур шумовых сигналов, которые связаны с амплитудами напряжений коэффициентом передачи измерительного тракта, включающим в себя коэффициент усиления па сверхвысокой частоте, коэффициент передачи квадратичного детектора, коэффициент усиления импульсного усилителя.

На этой временной диаграмме для одного периода модуляции можно выделить длительности одинаковых по мощности импульсов шумового сигнала, поступающих на вход приемника 3, В начале первого полупериодэ (участак 1 — 2 на фиг. 2, а) на вход приемника 3 через первый вход второго модулятора 13 и второй вход первого модулятора 2 поступает сигнал ат согласованной нагрузки 10 с температурой То. В этом же полупериоде (участак 2-3) на вход приемника 3 через второй вход второго модулятора

13 и второй вход первого модулятора 2 поступает шумовой сигнал от активного генератора шума 16 с температурой Тдгщ, Во втором полупериаде (участок 3-4) на вход приемника 3 через первый вход первого модулятора 2 поступает сигнал от антенны 1 с температурой Тд.

На фиг. 2, а приведен период импульсных сигналов при произвольной длительности to поступления на вход приемника 3 сигнала ат согласованной нагрузки 10. Так как постоянная составляющая напряжения в сигнале, действующем на выходе синхронного фильтра, исключена, то для одного периода сигнала справедливо равенство вал ьт-секундн ых площадей, расположенных выше и ниже нулевой линии, то есть в положительной и отрицательной областях напря>кений, Откуда следует, что можно записать Я1+ЯЗ=52.

При изменении длительности tp и, следовательно, изменении длительности подключения активного генератора шума (при

55 неизменной длительности полупериода) будет происходить плавный сдвиг периодической последовательности импульсов на выходе синхронного фильтра относительно нулевой линии вверх (вниз), все время выполняя условие равенства вольт-секундных площадей положительного и отрицательного импульсов для одного периода сигнала (постоянная составляющая напряжения исключена фильтром высоких частот). Если это изменение tp проводить направленно так, чтобы выполнилось условие Из=О, то временная диаграмма примет другой вид, как показано на фиг. 2, б, для которой будет выполняться равенство SI =S1 или

1 2 (Tp — ТА)1о=(ТА — ТАГШ)(т2мод to)

Решая это равенство относительно tp, полТА ТДШГ о Т.-т "мод

o — Are

Из принципа работы первого модулятоРа 2 слеДУет, что 12мод=1д=tM, Длительность

to подключения на вход приемника 3 согласованной нагрузки 10 переменна в зависимости от управляющего сигнала с четвертого выхода блока управления 8, и ее можно считать широтно-импульсным сигналом и обозначить t<»<. С учетом вновь введенных обозначений получим тшис = -„- 1м

Tn — TAer (1)

Т. — TAre

Из формулы (1) следует, что при изменении сигнала от антенны Тд длительность

t «подключения на вход приемника 3 согласованной нагрузки 10 будет пропорционально изменяться и принимать следующие значения: при TA=TAI e тшис=О, при

Тр -Тдгщ 1м

ТА=Тдгщ+

t p=, при Тд=То

2 тшис=tM. Откуда можно заключить, что длительность t p сигнала от согласованной нагрузки 10 линейно связана с сигналом Тд от антенны 1 и при изменении последнего в пределах от Тдгщ до То изменяется ат О до

t, где Тдгщ и То выполняют роль двух опорных величин. Нижний предел измеряемых антенных температур задается температурой Тдгщ активного генератора шума, а верхний предел измеряемых сигналов от антеннй ограничивается величиной температуры То термостатированной платы и расположенной на ней согласованной нагрузки.

Таким образом, для представленной структуры радиометрического приемника цепь. обратной связи автоматического регулирования (измерительный тракт — блок управления — второй модулятор) при изменении сигнала от антенны каждый раз

"подгоняет" длительность поступления на

1838793 вход приемника шумового сигнала от согласаванной нагрузки так, чтобы обеспечить равенство нулю напряжения на входе компаратора (выходе синхронного фильтра) в полупериод коммутации на вход сигнала от антенны.

В предлагаемой схеме радиометра второй модулятор 13 подобен первому модулятору 2. Активный генератор шума 12 активный "холодный" шумовой источник представляет собой малошумящий транзисторный усилитель сверхвысоких частот, нагруженный на 50-омный безиндукционный резистор и подключенный входом ко второму входу второго модулятора 13, Блок управления 8 (подробно описанный s прототипе) организует последовательность переключений модуляторов, что приводит к получению на выходе синхронного фильтра

6 импульсных сигналов, как на фиг, 2. При известной разрядности двоичного и реверсивного счетчиков блока управления 8 можно перейти в формуле (1) от длительностей сигналов к их цифровым эквивалентам, а именно тм=(1Чмакс+1)1ген, где NI43Kc максимально возможный цифровой код двоичного счетчика, после которого происходит переполнение счетчика, те„- период тактового генератора блока управления, тшис=ИРСЧ тген, ГДЕ NPCY ЦИфРОВОй ХОД, содержащийся в реверсивном счетчике и являющийся выходным цифровым кодом живых прибора, поступающим на шину 9. После подстановки формула (1) примет вид:

TA — Тдшг 4РСЧ чгеы = - -1- (Ммвхс+1)Сген, „— TAT LH или после сокращения т ен.

TA — 1киК ) РСЧ= ) вых- — — — (Ммвкс+1)

To — 1дгш

С выхода прибора цифровой код живых может быть подвергнут дальнейшей обработке, накоплению результатов измерений, коррекции, расчету действительного значения цифрового кода измеряемого сигнала путем сложения N« x с цифровым эквивалентом известного сигнала от активного генератора шума.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить точность и чувствительность нулевого метода измерений, В радиометре использование

5 активного генератора шума с низким значением шума, определяющим нижний предел измеряемого сигнала от антенны, позволяет снизить порог обнаружения измерительного сигнала и повысить флуктуационную чув10 ствительность прибора, В приведенном радиометре отсутствует генератор шума и направленный ответвитель, и тем самым не оказывается влияния в виде шумового воздействия на исследуемый объект, 15

Формула изобретения

Нулевой радиометр, содержащий антенну, согласованную нагрузку, термостатированную плату и последовательно

20 соединенные модулятор, приемник, импульсный усилитель, фильтр высоких частот, синхронный фильтр, компаратор. блок управления, причем модулятор и согласованная нагрузка находятся в тепловом контакте

25 с термостатированной платой, первый выход блока управления подключен к управляющему входу синхронного фильтра, второй вход компаратора подключен к общему проводу, второй выход блока управления соеди30 нен с управляющим входом модулятора, а третий является выходом нулевого радиометра, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности измерения шумовой температуры квазистаци35 онарных радиотепловых полей, введены активный генератор шума и второй модулятор. установленные на термостатированной плате и находящиеся с ней в тепловом контакте, первый вход второго модулятора сое40 динен с согласованной нагрузкой, второй вход — с активным генератором шума, управляющий вход — с четвертым выходом блока управления, а выход второго модулятора соединен с вторым входом первого мо45 дулятора, первый вход которого соединен с антенной.

1838793 Ри(Составитель Д. Певцов

Техред М.Моргентал Корректор С. Пекарь

Редактор С. Кулакова

Заказ 2924 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101