Нулевой радиометр

 

Нулевой радиометр предназначен для измерения слабых шумовых сигналов в диапазоне сверхвысоких частот. Радиометр содержит антенну 1, модуляторы 2, 11, приемник 3, импульсный усилитель 4, фильтр 5 высокой частоты, синхронный фильтр 6, компаратор 7, блок 8 управления, шину 9, термостатированную плату 10, вентили 12, 13, регулируемые аттенюаторы 14, 15, делитель мощности 16, генератор шума 17, источник постоянного тока 18. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться в технике измерения мощности слабых шумовых сигналов в диапазоне сверхвысоких частот.

Известен нулевой радиометр (Филатов А.В., Бордонский Г.С. Нулевой радиометр. Патент РФ N 1704107, G 01 R 29/08, G 01 S 13/95), содержащий термостатированное входное устройство, собственно приемник сверхвысоких частот 3, импульсный усилитель 4, фильтр высоких частот 5, синхронный фильтр 6, компаратор 7, блок управления 8, выходную цифровую шину 9. На термостатированной плате 10 входного устройства установлены модулятор 2, на первый вход которого поступает сигнал от согласованной опорной нагрузки 15, а на второй вход - сумма сигналов от антенны 1 и генератора шума 12. Сигнал генератора шума проходит на вход модулятора 2 через аттенюатор 13 и направленный ответвитель 14. Генератор шума запитывается от управляемого генератора тока 11.

В радиометре выполняется прямоугольная симметричная модуляция сигналов антенны и опорной нагрузки. Ввод сигнала генератора шума через направленный ответвитель в тракт антенны происходит импульсами, длительность которых меняется. Изменением этой длительности в радиометре устанавливается нулевой баланс. Условием выполнения такого баланса является равенство нулю напряжения на входе компаратора в ту половину периода модуляции, когда на вход приемника подключена согласованная нагрузка. Для этого в измерительный тракт радиометра введен фильтр высоких частот, исключающий постоянную составляющую напряжения в импульсной периодической последовательности сигналов, промодулированных на входе. Равенство нулю напряжения на входе компаратора в полупериод подключения согласованной нагрузки достигается за счет выравнивания вольт-секундных площадей отрицательного и положительного импульсов в другой полупериод, когда на вход приемника произведена коммутация антенны, без сигнала генератора шума (отрицательный импульс) и с включенным генератором шума (положительный импульс). Выравнивание осуществляется изменением длительности ввода сигнала генератора шума, и эта длительность связана с сигналом антенны линейным соотношением.

К недостаткам этого радиометра можно отнести недостаточную точность измерений. Эта точность будет зависеть как от стабильности (температурной и временной) выходной мощности генератора шума, так и от стабильности температуры согласованной нагрузки. Поэтому эти два опорных источника необходимо термостатировать с достаточно высокой точностью, что вызывает известные проблемы при эксплуатации радиометра в полевых условиях при исследовании природных сред. Термостат должен быть выполнен с высокой тщательностью. Дополнительные погрешности вызваны включением направленного ответвителя в тракт антенны. Часть мощности сигнала генератора шума поступает на вход радиометра, в антенну. В радиометре сложно перестроить диапазон измерений. Верхняя граница измеряемых сигналов определена температурой термостатированной платы. Следовательно, эту границу достаточно сложно изменить и изменить можно только в узких пределах.

Известен нулевой радиометр (Филатов А.В. Нулевой радиометр. Патент РФ N 1838793, G 01 R 29/08, Б.И. N 32, 1993 год), выбранный в качестве прототипа, содержащий антенну 1, термостатированную плату 10, на которой установлены два идентичных модулятора 2 и 11, согласованная нагрузка 12, активный генератор шума 13. Эти компоненты образуют входное устройство радиометра. Все остальные узлы идентичны вышеописанному радиометру, выбранному в качестве аналога. Шумовые температуры согласованной нагрузки (равной температуре T₀ термостатированной платы) и активного генератора шума (холодный эталон T_агш определяют соответственно верхнюю и нижнюю границы измеряемых сигналов. Следовательно, измеряемый сигнал антенны T_а может изменяться в пределах от T_агш до T₀ и находится из линейного соотношения T_а=T_агш+(T₀-T_агш)t_шис/t_п/п, где t_п/п - длительность половины периода симметричной прямоугольной модуляции, выполняемой в первом модуляторе 2; t_шис - переменная длительность модуляции второго модулятора 11, которая может изменяться от 0 до длительности половины периода модуляции t_п/п.

На время t_шис к входу приемника подключается согласованная нагрузка, а на время t_п/п-t_шис - активный генератор шума. Длительность t_шис косвенным образом определяет сигнал антенны t_шис =(T_а-T_агш)t_п/п/(T₀-T_агш).

К первому недостатку этого радиометра можно отнести не высокую точность измерений, которая будет непосредственно зависеть от стабильности опорных генераторов - согласованной нагрузки и активного генератора шума. Эквивалентная шумовая температура активного генератора шума определяет наклон передаточной характеристики радиометра и поэтому термостатировать его необходимо особо тщательно. В качестве активного генератора шума используется сверхмалошумящий СВЧ-усилитель с низкой эквивалентной шумовой температурой, дорогостоящий элемент. Это второй недостаток. Третий недостаток названного радиометра связан с достаточно узким диапазоном измеряемых сигналов. Верхняя граница диапазона определяется температурой термостатирования радиометра, нижняя - активным генератором шума, малошумящим усилителем СВЧ, его эквивалентными шумами на входе.

Разработка предлагаемого изобретения позволяет устранить недостатки прототипа: повысить точность измерений и расширить диапазон измеряемых сигналов.

Для этого в нулевой радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, первый модулятор, приемник, импульсный усилитель, фильтр верхних частот, синхронный фильтр, компаратор, блок управления, а также содержащий термостатированную плату и второй модулятор, выход которого соединен с вторым входом первого модулятора, первый выход блока управления подключен к управляющему входу синхронного фильтра, второй вход компаратора подключен к общему проводу, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого и второго модуляторов, а четвертый выход - является выходом нулевого радиометра, для достижения намеченного технического результата введены первый и второй вентили, первый и второй регулируемые аттенюаторы, последовательно соединенные источник тока, генератор шума, делитель мощности пополам, причем источник тока и генератор шума установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте, первый выход делителя мощности пополам соединен через последовательно соединенные первый регулируемый аттенюатор и первый вентиль с первым входом второго модулятора, а второй выход - через последовательно соединенные второй регулируемый аттенюатор и второй вентиль с вторым входом второго модулятора.

На фиг. 1 представлена структурная схема нулевого радиометра - аналога.

На фиг. 2 представлена структурная схема нулевого радиометра - прототипа.

На фиг. 3 представлена структурная схема предлагаемого нулевого радиометра.

На фиг. 4а представлена временная диаграмма одного периода модуляции в радиометре, регистрируемая на входе компаратора низкочастотного тракта. Временная диаграмма показана для случая, когда в контуре автоматического регулирования длительности широтно-импульсного сигнала достигнут нулевой баланс.

На фиг. 4б представлены временные диаграммы, поясняющие работу блока управления радиометра.

На фиг. 5 приведена функциональная схема блока управления.

На фиг. 6 приведен график изменения погрешности измерений сигнала антенны относительно нестабильности сигнала генератора шума при изменении длительности широтно-импульсного сигнала от нуля до длительности половины периода модуляции в радиометре.

В состав радиометра входят (фиг. 3) антенна 1, идентичные модуляторы 2 и 11, последовательно соединенные приемник 3, импульсный усилитель 4, фильтр высокой частоты 5, синхронный фильтр 6, компаратор 7 (сравнение входного напряжения с нулевым потенциалом). Введенными новыми элементами в радиометре являются: источник постоянного тока 18 и генератор шума 17, расположенные на термостатированной плате 10, делитель мощности пополам 16, регулируемые аттенюаторы 14 и 15, одинаковые вентили 12 и 13. Выходной сигнал в цифровой форме поступает на шину 9 блока управления 8.

В радиометре применен генератор шума с высокой эффективной шумовой температурой. Как правило, в качестве активного элемента для этих целей используют полупроводниковые лавинно-пролетные диоды, которые обладают рядом преимуществ (компактны, имеют высокий КПД). Однако на выходную мощность генератора шума оказывает влияние его температурный режим. Для снижения температурных погрешностей генератор шума и питающий его источник тока термостатированы. В радиометре они расположены на термостатированной плате и конструктивно с ней связаны. Другими новыми элементами радиометра являются делитель мощности пополам (мост), регулируемые аттенюаторы, вентили. Эти элементы являются пассивными устройствами и поэтому их технические характеристики слабо зависят от изменения температуры рабочей среды.

В радиометре вырабатываются два опорных сигнала от одного источника шума - генератора 17. Установленный на термостатированной плате генератор шума запитывается от источника тока 18. Шумовая температура T_гш генератора непосредственно зависит от величины питающего его тока. Делитель мощности пополам 16 (мостовое соединение) осуществляет равное деление мощности с постоянным фазовым сдвигом в полосе частот. С обоих выходов моста сигналы T_гш/2 поступают на соответствующие регулируемые аттенюаторы 14 и 15, изменением поглощения в которых происходит настройка радиометра на нужный диапазон измерений. Регулировкой аттенюатора 14 настраивается верхняя граница измеряемых сигналов, а регулировкой аттенюатора 15 - нижняя граница или наклон передаточной характеристики радиометра. С выходов обоих аттенюаторов 14 и 15 сигналы T_гш/2, ослабленные соответственно с коэффициентами α₁ и α₂ через идентичные вентили 12 и 13, поступают на входы модулятора 11. В случае закрытого входа модулятора сигнал, отражаясь от него, поглощается в согласованной нагрузке вентиля, не проникая на выход аттенюатора и далее на выход генератора шума, и тем самым не нарушает его работу. Таким образом, в соответствии с предлагаемой схемой формирования эталонных шумовых сигналов на первый вход модулятора 11 поступает сигнал T_гш1= α₁T_гш/2 = β₁T_гш, (1) а на второй вход - T_гш2= α₂T_гш/2 = β₂T_гш. Опорные сигналы должны отвечать условию T_гш2 > T_гш1. Это достигается α₁<α₂<1. β₁= α₁/2, β₂= α₂/2. Рассмотрим принцип работы радиометра. По поступающим сигналам управления с блока управления 8 в радиометре осуществляется модуляция сигналов: двух опорных T_гш1, T_гш2 и входного сигнала антенны T_а. На фиг. 4а показан один полный период модуляции, который включает два равных по длительности t_п/п полупериода и дополнительный промежуток времени t_доп, на протяжении которого через первый вход модулятора 11 и второй вход модулятора 2 на приемник поступает сигнал T_гш1. Из двух полупериодов модуляции в первом на вход приемника через первый вход модулятора 2 подключается антенна 1 (T_а), а во втором полупериоде с помощью модулятора 11 выполняется широтно-импульсная модуляция опорного сигнала T_гш2. Приемник 3, как и в прототипе, содержит последовательно включенные вентиль, полосовой фильтр, усилители высокой частоты, квадратичный детектор. В приемнике модулированная последовательность сигналов усиливается по высокой частоте и выделяется огибающая в квадратичном детекторе. Затем огибающая усиливается по низкой частоте в импульсном усилителе 4, проходит через фильтр высокой частоты 5, где исключается постоянная составляющая напряжения, синхронный фильтр 6, устраняющий высокочастотные всплески в сигналах и тем самым устраняется динамическая перегрузка следующего за ним компаратора 7 (нуль-органа), где происходит сравнение входной величины с нулевым потенциалом. Блок управления радиометра постоянно следит за уровнем сигнала в дополнительном промежутке времени t_доп. С этой целью в этом промежутке времени блок управления производит анализ логического сигнала с выхода компаратора.

Работа цифрового блока управления заключается в постоянном поддержании на входе компаратора измерительного тракта в интервале времени t_доп нулевого потенциала. Для этого блок управления вырабатывает импульсный сигнал длительностью t_шис, который поступает на управляющий вход модулятора 11. Слежение за уровнем сигнала в интервале t_доп и формирование t_шис осуществляется блоком управления в каждом периоде модуляции. Изменение сигнала T_а приводит к тому, что напряжение на входе компаратора в интервале t_доп уже не будет равно нулю при неизменном t_шис. Сдвиг модуляционной последовательности сигналов относительно нулевой оси времени произойдет за счет исключения в этой последовательности постоянной составляющей напряжения фильтром высокой частоты 5. Блок управления реагирует на изменение сигнала антенны (появление напряжения на входе компаратора в t_доп) соответствующим изменением t_шис. В зависимости от направления изменения сигнала T_а блоком управления увеличивается или уменьшается время включения на вход приемника опорного сигнала T _гш2. Изменение t_шис заканчивается в тот момент, когда будет достигнут нулевой потенциал на входе компаратора в интервале времени t_доп. Так как в этом интервале времени блоком управления радиометра поддерживается нулевой потенциал, следовательно, для одного периода модуляции (показан на фиг. 4а) на входе компаратора будет иметь место равенство вольт-секундных площадей отрицательного S₁ и положительного S₂ импульсов. Площади S₁ и S₂ пропорциональны разности сигналов T_гш1-T_а и T_гш2-T_гш1 и определяются соотношениями
S₁= Gβkdf(T_гш1-T_a)PK_иt_п/п,
S₂= Gβkdf(T_гш2-T_гш1)RK_иt_шис,
где
G - коэффициент усиления сигналов в приемнике по высокой частоте;
β - чувствительность по току детекторного диода в приемнике;
k - постоянная Больцмана;
df - полоса принимаемых радиометром частот;
R - сопротивление нагрузки квадратичного детектора;
K_и - коэффициент усиления по напряжению импульсного усилителя.

Выполнив сокращения и решая равенство относительно t_шис, получим

Следовательно, длительность t_шис, вырабатываемая блоком управления, связана с входным сигналом антенны T_а линейным соотношением, зависит от опорных сигналов T_гш1 и T_гш2, но не зависит от коэффициента передачи всего измерительного тракта, его дрейфа и медленных флуктуаций (частота которых меньше частоты модуляции). Согласно последнему в радиометре выполняется нулевой прием, то есть влияние коэффициента передачи радиометра на процесс измерения сведено к нулю.

Зависимость T_а= f(t_шис) линейная. Перестройка диапазона измерения T_а заключается в изменении опорных сигналов T_гш1 и T_гш2. Такое изменение в радиометре выполняется с участием регулируемых аттенюаторов 14 и 15.

Для осуществления описанного выше принципа работы радиометра необходимо формировать дополнительный промежуток времени t_доп, на протяжении которого на приемник поступает шумовой сигнал T_гш1. Следовательно, на этом интервале времени первый вход модулятора 11 является рабочим, подключен на второй вход модулятора 2. Дополнительный промежуток времени t_доп необходим, так как при минимальном антенном сигнале длительность t_шис равна t_п/п и на вход приемника будут коммутироваться только сигналы антенны T_а (первый полупериод модуляции) и T_гш2 (второй полупериод модуляции) и будет отсутствовать подключение на вход приемника сигнала T_гш1, что не допустимо для осуществления выше описанного принципа работы радиометра. Длительность t_доп имеет малую величину, существенно не снижает чувствительность радиометра, и ее выбор связан со скоростью реакции измерительного тракта на появление сигнала T_гш1. Основная задержка происходит в низкочастотном тракте: усиление огибающей, время установления сигнала на выходе компаратора и т.д. Из экспериментальных данных для частоты модуляции первого модулятора 2, равной 800 Гц (период t= 1,25мс), достаточно выбрать t_доп равным приблизительно 0,1t.

Функциональная схема блока управления представлена на фиг. 5. В состав блока управления входят счетчики: реверсивный двоичный 19, двоичный 20, малоразрядный двоичный 21, цифровой компаратор 22, триггеры 23, 24, 25, формирующие соответственно длительности полупериода модуляции, широтно-импульсного сигнала и дополнительного промежутка времени, генератор тактовых импульсов 26, два элемента И 27 и 28, дешифратор 29, согласующие усилители 30, 31, 32. Разрядности реверсивного двоичного 19 и двоичного 20 счетчиков равны и определяют разрядность выходного кода радиометра на выходе 4 блока управления. На четвертый выход цифровой код поступает непосредственно с выходов реверсивного счетчика. На фиг. 4б приведены временные диаграммы, поясняющие принцип работы блока управления. Двоичный счетчик 20 по поступающим на его вход счета С тактовым импульсам производит прямую развертку двоичного кода. Выход переполнения p счетчика 20 связан со счетным входом T триггера 23, управляющим переключениями в модуляторе 2. На каждое переполнение счетчика 20 меняется состояние триггера 23 на противоположное. Когда триггер выключен (находится в нулевом состоянии, первый полупериод модуляции), сигнал с инверсного выхода запрещает установку в единицу триггера широтно-импульсного сигнала 24 (по входу R), а сигнал с прямого выхода этого триггера через согласующий усилитель 31 и второй выход блока управления подключает через первый вход модулятора 2 на вход приемника 3 антенну 1. Когда триггер 23 при очередном переполнении счетчика устанавливается в единицу, фронтом сигнала с его прямого выхода устанавливается в единицу триггер 25 по входу синхронизации С, формирующий дополнительный интервал времени t_доп. Триггер 25 двухтактный, поэтому переключение в нем из 0 в 1 происходит по фронту импульса на входе С. С того момента времени, как триггер 25 установлен в единицу, происходит задержка в работе счетчика 20. Тактовые импульсы генератора 26 будут поступать на счетный вход малоразрядного двоичного счетчика 21. Его разрядность эквивалентна дополнительному интервалу времени. Установкой триггера 25 в единицу происходит переключение потока тактовых импульсов генератора 26 с помощью элементов И 27 и 28. Сигналы разрешения этих элементов поступают с прямого и инверсного выходов триггера 25. Подключение счетчика 21 к генератору происходит через элемент И 28, который на время t_доп оказывается разрешенным по входу 1 единичным сигналом с прямого выхода триггера 25. На все остальное время, когда триггер 25 сброшен, работает счетчик 20. Импульсы на его счетный вход поступают через элемент 27, у которого на входе разрешения 1 единичный потенциал с инверсного выхода триггера 25. При переполнении счетчика 21, когда он переходит в нулевое состояние, триггер 25 по входу R сбрасывается в ноль, тем самым отключает работу счетчика и спадом импульса с прямого выхода этого триггера выполняется счет в реверсивном счетчике 19 (вход С). Его состояние в зависимости от потенциального логического сигнала на входе U/D (сигнал с выхода компаратора измерительного тракта) увеличивается или уменьшается на единицу. Во втором полупериоде в момент сравнения кодов счетчиков (хранимого в 19 и разворачиваемого в 20) цифровой компаратор 22 вырабатывает импульс установки триггера 24 в единицу по входу S. Тем самым сигнал с его прямого выхода через согласующий усилитель 32 и третий выход блока управления поступает в модулятор 11, производит подключение на вход приемника опорного сигнала Т_гш2.

Синхронный фильтр 6 в низкочастотном тракте радиометра содержит три коммутируемых конденсатора по числу входных сигналов, подвергаемых модуляции на входе радиометра. Сигналы управления работой синхронного фильтра поступают с выхода дешифратора 29 блока управления. Дешифратор 29 формирует сигналы управления, декодируя сигналы с выходов триггеров 23 и 24, которые затем через согласующий усилитель 30 и первый выход блока управления поступают на синхронный фильтр 6.

В формулу (3) для определения T_а входят эталонные шумовые сигналы, вырабатываемые в активной зоне генератора шума. Как было отмечено выше, влияние на выходную мощность генератора шума оказывает его температурный режим. Так как остальные СВЧ-элементы формирования опорных сигналов: делитель мощности пополам, аттенюаторы, вентили - являются пассивными устройствами (их характеристики слабо зависят от температурного режима), рассмотрим влияние изменений выходного сигнала генератора шума на точность работы радиометра как основного источника погрешностей.

Границами диапазона изменения длительности t_шис являются 0 и t_п/п. Следовательно, путем подстановки значений t_шис=0 и t_шис=t_п/п в (3) можно определить пределы, в которых измеряется шумовая температура антенны: - верхний предел и - нижний предел. Таким образом, верхняя граница диапазона измерений сигнала антенны равна T_гш1, а нижняя находится из разности 2T_гш1-T_гш2 (то есть задается величиной T_гш2). На эту разность налагается ограничение 2T_гщ1-T_гш2 ≥0, так как сигнал T_а не может быть отрицательным, то есть меньше нуля Кельвина. Это первое ограничение на опорные величины. Второе ограничение T_гш2 >T_гш1 поясняется ранее по тексту. Следовательно, с учетом обоих ограничений T_гш1 < T_гш2 ≅ 2T_гш1.

Постановкой (1) в (3) определяем
T_a= T_гшβ₁-(T_гшβ₂-T_гшβ₁)×t_шис/t_п/п.
Нестабильность сигнала T_гш, его изменение на величину dT_гш эквивалентно появлению сигнала на входе:

Относительная погрешность

Из последней формулы видна непосредственная связь относительной погрешности dT_а/dT_гш с длительностью t_шис. Так
при t_шис=0
(dT_a/dT_гш) = β₁, (4)
при t_шис=t_п/п/2
(dT_a/dT_гш) = β₁(1+1/2)-β₂/2 = 3β₁/2-β₂/2,
при t_шис=t_п/п
(dT_a/dT_гш) = 2β₁-β₂.
Первое ограничение 2T_гш1-T_гш2≥0, используя (1), преобразовываем к виду 2β₁≥β₂. С учетом второго ограничения T_гш2>T_гш1 должно выполняться условие β₁>β₂. Следовательно, 2β₁≥β₂>β₁.
На фиг. 6 приведены графики изменения относительной погрешности dT_а/dT_гш в функции от t_шис. Прямые 1 и 2 соответствуют соотношениям опорных сигналов T_гш2=2T_гш1 и T_гш2=3T_гш1/2.

Из фиг. 6 следует, что прямые, описывающие изменение относительной погрешности от длительности широтно-импульсного сигнала t_шис, для всех вариаций диапазона измерения, представляют собой лучи, выходящие из точки А и лежащие в заштрихованной области. Заштрихованная область ограничена лучами T_гш2 -> T_гш1 (β₂+β₁) и T_гш2=T_гш1 (β₂= 2β₁), , которые связаны с ограничениями на выбор T_гш1 и T_гш2.

Таким образом, при t_шис=0 (точка А на графике) относительная погрешность численно равна величине коэффициента поглощения в аттенюаторе 14, деленной пополам. При возрастании t_шис влияние нестабильности сигнала генератора шума на погрешность радиометра снижается по линейному закону. Угол наклона прямой зависит от заданных значений опорных сигналов, от выбранного диапазона измерений.

Рассмотрим числовой пример. Дано: T_гш=500000К. Необходимо измерить шумовую температуру антенны в пределах от T_а,мин=100К до t_а,макс=400К. Диапазон измерений T_а,диап=T_а,макс-T_а,мин=400К-100К=300К. Для предельных значений T_а,макс и Y_а,мин предельные длительности широтно-импульсного сигнала соответственно равны нулю и t_п/п. Первый эталон T_гш1 находим подстановкой T_а,макс= 400К и t_шис=0 в (3):
400К =T_гш1 - (T_гш2 - T_гш1)·0/t_п/п, откуда T_гш1 = 400К
Второй эталон T_гш2 находим из (3) для значений T_а,мин=100К, t_шис=t_п/п и T_гш1 = 400К
100К = 400К - (T_гш2 - 400К t_п/п/t_п/п. T_гш2 =700К.

Определяем из (1) коэффициенты β₁ и β₂ ослабления сигнала T_гш в делителе мощности и аттенюаторах
β₁= T_гш1/T_гш= 400K/500000K = 0,8×10^-3,
β₂= T_гш2/T_гш= 700K/500000K = 1,4×10^-3.
Установим максимально допустимую погрешность измерения сигнала антенны T_а в 0,1%. Для диапазона измерений T_а,диап=300К это будет составлять 0,3К. То есть dT_а=0,3К.

Как следует из графика фиг. 6, максимальная погрешность измерений имеет место при t_шис -> 0. Следовательно, изменение сигнала генератора шума T_гш без ущерба снижения точности измерений из (4) составляет

Минимальная погрешность достигается при t_шис=t_п/п и для dT_гш=375К из (5) равна

С другой стороны, для предела t_шис=t_п/п и dT_а=0,3К максимальная нестабильность сигнала T_гш может составить

Достоинством выбранного способа построения радиометра является снижение влияния нестабильности сигнала, формирующего эталоны шума, на точность измерений, которая в некоторых случаях выбора диапазона (T_гш2=T_гш1) при больших длительностях широтно-импульсного сигнала t_шис(T_шис -> t_п/п) приближается к нулю. Таким образом, могут быть снижены требования к точности термостатирования генератора шума и к точности источника тока, питающего его. Такой радиометр сможет успешно работать в полевых условиях при исследовании природных объектов в натурных условиях, что приобретает особую важность в последнее время в решении задач экологии. Другим существенным преимуществом является произвольный и широкий выбор диапазона измерений в радиометре, который может быть только ограничен выходной мощностью генератора шума. Поскольку эквивалентные шумовые температуры известных генераторов шума составляют миллионы градусов Кельвина, можно говорить о практически свободном выборе диапазона измерений в таком радиометре.

Также существенным является то, что в отличие, например, от классического модуляционного радиометра, в котором при уменьшении сигнала антенны T_а, увеличении разности его с эталонным сигналом, растет погрешность измерений, в случае данного радиометра она, наоборот, снижается.

Формула изобретения

1. Нулевой радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, первый модулятор, приемник, импульсный усилитель, фильтр верхних частот, синхронный фильтр, компаратор, блок управления, а также содержащий термостатированную плату и второй модулятор, выход которого соединен с вторым входом первого модулятора, первый выход блока управления подключен к управляющему входу синхронного фильтра, второй вход компаратора подключен к общему проводу, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с управляющими входами первого и второго модуляторов, а четвертый выход является выходом нулевого радиометра, отличающийся тем, что введены первый и второй вентили, первый и второй регулируемые аттенюаторы, последовательно соединенные источник тока, генератор шума, делитель мощности пополам, причем источник тока и генератор шума установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте, первый выход делителя мощности пополам соединен через последовательно соединенные первый регулируемый аттенюатор и первый вентиль с первым входом второго модулятора, а второй выход - через последовательно соединенные второй регулируемый аттенюатор и второй вентиль с вторым входом второго модулятора.

2. Радиометр по п.1, отличающийся тем, что блок управления содержит первый, второй и третий счетчики, генератор тактовых импульсов, цифровой компаратор, первый, второй и третий триггеры, дешифратор, первый и второй элементы И, а также первый, второй и третий согласующие усилители, выходы которых являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока управления, при этом выход первого счетчика подключен к первому входу цифрового компаратора и является четвертым выходом блока управления, первый и второй выходы второго счетчика подключены соответственно к второму входу цифрового компаратора и входу первого триггера, прямой выход которого подключен к входу второго согласующего усилителя и к входу синхронизации третьего триггера, и инверсный - к первому входу дешифратора и R-входу второго триггера, S - вход которого соединен с выходом цифрового компаратора, а выход второго триггера подключен к соединенным вместе входу третьего согласующего усилителя и второму входу дешифратора, соединенного выходом с входом первого согласующего усилителя, выход третьего счетчика подключен к R-входу третьего триггера, инверсный выход которого подключен к первому входу первого элемента И, а прямой выход - к соединенным вместе первому входу второго элемента И и входу синхронизации первого счетчика, при этом вход направления счета первого счетчика является входом блока управления, выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к входам второго и третьего счетчиков, а вторые входы обоих элементов И объединены вместе и соединены с выходом генератора тактовых импульсов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6