Двухканальный нулевой радиометр

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться для измерения мощности шумовых сигналов в широком диапазоне высоких частот. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей по расширению диапазона измерений сигналов антенны при сохранении возможности работы радиометра в режиме нулевых измерений. Двухканальный нулевой радиометр содержит согласованную нагрузку, первый и второй генераторы шума, аттенюатор, высокочастотный модулятор, антенна, первый и второй направленный ответвители, первый и второй приемники, первый и второй предварительные усилители низкой частоты, первый и второй синхронные фильтры, первый и второй усилители низкой частоты, первый и второй фильтры высокой частоты, высокочастотный и низкочастотный модуляторы, компаратор, с одной стороны соединенный с общей шиной радиометра, блок управления, интегратор динамического типа, выход которого является выходной цифровой шиной радиометра, первый и второй источники тока, причем согласованная нагрузка, первый и второй направленные ответвители, первый и второй генераторы шума, первый и второй источники тока, аттенюатор и высокочастотный модулятор установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться для измерения мощности шумовых сигналов в системах дистанционного зондирования Земли, различных природных сред, в промышленности.

Известен нулевой радиометр [Филатов А.В., Бордонский Г.С. // Нулевой радиометр. А.с. СССР N1704107, G01R 29/08, G01S 13/95], структурная схема которого изображена на фиг.1, содержащий последовательно соединенные антенну 1, направленный ответвитель 2, модулятор 3, приемник 9, низкочастотный усилитель 10, фильтр высокой частоты 11, синхронный фильтр 12, компаратор (нуль-орган) 13, блок управления 14, на четвертом выходе которого формируется цифровой код измеряемого сигнала антенны, поступающий на шину 15. Цепь автоматического ввода опорного сигнала генератора шума 5 в направленный ответвитель 2 начинается с первого выхода блока управления 14. Импульсный сигнал включает источник постоянного тока 4. Управляемый источник 4 питает генератор шума, выходной сигнал которого через аттенюатор 6 поступает в направленный ответвитель 2. Шумовой сигнал, вырабатываемый генератором 5, для данного радиометра является первым опорным сигналом. Второй опорный шумовой сигнал вырабатывается согласованной нагрузкой 7, находящейся при температуре термостатированной платы 8. Для повышения стабильности работы радиометра на этой же плате установлены модулятор 3, направленный ответвитель 2, аттенюатор 6, генератор шума 5, управляемый источник тока 4.

Особенностью работы данного радиометра является то, что обработка огибающей модулированных сигналов на выходе приемника (по низкой частоте) заключается в операции исключения постоянной составляющей фильтром высокой частоты 11, что не требует применения операций синхронного детектирования. После исключения постоянной составляющей происходит анализ полярности напряжения на входе компаратора в промежуток времени, когда к входу приемника подключена согласованная нагрузка. Так как в низкочастотной части радиометра нет преобразований формы сигналов с целью выделения информативных уровней напряжения, то и погрешности, связанные с этими преобразованиями, отсутствуют. В радиометре выполняется принцип нулевых измерений, и в результате радиометр становится нечувствительным к изменениям коэффициента передачи измерительного тракта.

Описанный радиометр, выбранный в качестве аналога, является одноканальным (одноприемниковым) и поэтому его чувствительность меньше, чем у двухканальных (двухприемниковых) схем (радиометров Грахама) в √2-раз.

Известен двухканальный нулевой радиометр [публикация RU 2003115658 от 20.11.2004], в состав которого входят (фиг.2) антенна 1, входной блок, два идентичных измерительных канала, низкочастотный узел обработки сигналов. Входной блок включает установленные на термостатированной плате 7 направленный ответвитель 2, высокочастотный модулятор 3, согласованную нагрузку 4, аттенюатор 5, генератор шума 6, высокочастотный ключ 27. Первый и второй измерительные каналы состоят из приемников 8 и 13, предварительных усилителей низкой частоты 9 и 14, синхронных фильтров 10 и 15, усилителей низкой частоты 11 и 16, фильтров высокой частоты 12 и 17 соответственно. В состав низкочастотной части входят низкочастотный модулятор 18, компаратор 19, блок управления 20, интегратор динамического типа 21, с выхода которого сигнал поступает на выходную цифровую шину 22.

Во входном блоке радиометра происходит модуляция сигналов. В направленном ответвителе 2 к сигналу антенны 1 добавляется опорный сигнал, который вырабатывается полупроводниковым генератором шума 6 с применением лавинно-пролетного диода, ослабляется в аттенюаторе 5 до необходимой величины (настройка происходит при калибровке радиометра) и через высокочастотный ключ 27 поступает в направленный ответвитель. Замкнутое состояние высокочастотного ключа определяется управляющим широтно-импульсным сигналом t_шис, поступающим с пятого выхода блока управления 20. Таким образом, происходит модуляция сигнала генератора шума по широтно-импульсному закону перед его поступлением в тракт антенны. Второй опорный сигнал в радиометре вырабатывается согласованной нагрузкой 4, находящейся при температуре входного узла радиометра.

Антенный тракт прохождения измеряемого сигнала и тракт согласованной нагрузки подключены соответственно к входам 1 и 2 высокочастотного модулятора 3, который осуществляет их подключение к входам двух измерительных каналов радиометра. Модулятор 3 имеет конфигурацию "два входа - два выхода" (2×2). В зависимости от импульсного сигнала t_мод на входе управления модулятором, поступающего с первого выхода блока управления, если антенный тракт подключен к первому измерительному каналу (выход 1 модулятора), согласованная нагрузка в этот момент времени подключена ко второму измерительному каналу (выход 2), и наоборот.

В каждом измерительном канале установлен радиометрический приемник с линейной передаточной характеристикой и полосой принимаемых частот df. Синхронные фильтры уменьшает флуктуационную компоненту, тем самым исключает перегрузку следующих за ними усилителей и в целом повышают точность работы радиометра. Они состоят из трех однозвенных интегрирующих RC-цепей, в которых резистор является общим, а постоянные составляющие трех модулируемых входных сигналов (антенны, антенны + генератора шума, согласованной нагрузки) накапливаются на трех конденсаторах синхронным их подключением к общей точке схемы через управляемый электронный ключ.

Фильтр верхних частот собран по схеме однозвенного CR-фильтра первого порядка с частотой среза f_cp<<1/2t_мод, предназначен для устранения в сигналах постоянной составляющей с минимальными искажениями формы импульсов.

Выходы измерительных каналов попеременно, с частотой модуляции по сигналам t_мод, через низкочастотный модулятор 18 с конфигурацией 2×1 подключаются к первому входу компаратора 19, второй вход которого соединен с общей точкой схемы.

Выходной сигнал компаратора, представленный в уровнях логического нуля и единицы, поступает на вход цифрового блока управления 20, имеющего один вход и пять выходов, с помощью которых происходит управление работой радиометра в целом. С выхода 1 импульсный сигнал с длительностью t_мод осуществляет в радиометре симметричную модуляцию, синхронно управляя высокочастотным и низкочастотным модуляторами. Нулевой баланс в радиометре достигается дополнительной широтно-импульсной модуляцией генератора шума по сигналу t_шис с пятого выхода блока управления. Второй и третий выходы блока 20 задействованы для управления соответствующими синхронными фильтрами измерительных каналов. С четвертого выхода блока управления цифровой код сигнала антенны поступает на вход динамического интегратора 21. В динамическом интеграторе происходит накопление цифровых кодов измеряемого сигнала антенны за определенный интервал времени и их усреднение.

Рассмотренный радиометр, выбранный в качестве прототипа, имеет ограничения по диапазону измеряемых сигналов. Верхняя граница диапазона измерения фиксированная и определяется эквивалентной температурой согласованной нагрузки.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения функциональных возможностей радиометра по диапазону измеряемых сигналов антенны при сохранении возможности работы радиометра в режиме нулевых измерений.

Для достижения этого технического результата в радиометр, содержащий согласованную нагрузку, первый генератор шума, выход которого соединен с входом аттенюатора, высокочастотный модулятор, к первому входу которого подключены последовательно соединенные антенна и первый направленный ответвитель, к первому выходу - последовательно соединенные первый приемник, первый предварительный усилитель низкой частоты, первый синхронный фильтр, первый усилитель низкой частоты, первый фильтр высокой частоты, выход которого соединен с первым входом низкочастотного модулятора, ко второму выходу - последовательно соединенные второй приемник, второй предварительный усилитель низкой частоты, второй синхронный фильтр, второй усилитель низкой частоты, второй фильтр высокой частоты, выход которого соединен с вторым входом низкочастотного модулятора, а выход низкочастотного модулятора подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной радиометра, а выход подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен с объединенными вместе управляющими входами высокочастотного и низкочастотного модуляторов, второй и третий выходы соединены с управляющими входами первого и второго синхронных фильтров соответственно, а четвертый выход соединен с входом интегратора динамического типа, выход которого является выходной цифровой шиной радиометра, причем согласованная нагрузка, первый направленный ответвитель, высокочастотный модулятор, аттенюатор, первый генератор шума установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте, введены установленные на термостатированной плате и находящиеся с ней в тепловом контакте второй направленный ответвитель, второй генератор шума, первый и второй источники тока, выходы которых соединены с входам первого и второго генераторов шума соответственно, управляющий вход аттенюатора подключен к пятому выходу блока управления, выходы аттенюатора и второго генератора шума соединены с вторыми входами первого и второго направленных ответвителей соответственно, выход второго направленного ответвителя подключен к второму входу высокочастотного модулятора, а первый вход - к выходу согласованной нагрузки.

В блок управления, который содержит реверсивный двоичный счетчик, двоичный счетчик, регистр, схему сравнения кодов, первый и второй триггеры, первый и второй дешифраторы, первый и второй усилители мощности, формирователь, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу двоичного счетчика, первый выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения кодов, а второй выход подключен к соединенным вместе входу формирователя и второму входу реверсивного двоичного счетчика, первый вход которого является входом блока управления, а выход двоичного реверсивного счетчика подключен к первому входу регистра, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения кодов, выход которой подключен к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом формирователя и объединен с вторым входом регистра и входом второго триггера, выход первого триггера соединен с первыми входами первого и второго дешифраторов и объединен с входом первого усилителя мощности, выход которого является пятым выходом блока управления, выход второго триггера соединен с вторыми входами первого и второго дешифраторов и объединен с входом второго усилителя мощности, выход которого является первым выходом блока управления, первый и второй выходы первого дешифратора соединены вместе и с третьим и четвертым выходами этого дешифратора составляют второй выход блока управления, третий и четвертый выходы второго дешифратора соединены вместе и с первым и вторым выходами этого дешифратора составляют третий выход блока управления, четвертый выход которого составляют выходы реверсивного двоичного счетчика и формирователя, введен блок калибровки, первый и второй выходы которого соединены с третьим и четвертым входами первого триггера соответственно.

На фиг.1 представлена структурная схема радиометра - аналога.

На фиг.2 представлена структурная схема радиометра - прототипа.

На фиг.3 представлена структурная схема предлагаемого двухканального нулевого радиометра.

На фиг.4 показаны временные диаграммы, поясняющие принцип работы двухканального нулевого радиометра.

На фиг.5 представлена структурная схема блока управления радиометра.

На фиг.6 показана карта диапазонов измерения.

В состав радиометра входят (фиг.3) антенна 1, входной блок, два идентичных измерительных канала, узел обработки. Входной блок включает установленные на термостатированной плате 7 высокочастотный модулятор 3, первый 6 и второй 24 генераторы шума, аттенюатор 5, первый 2 и второй 23 направленные ответвители, первый 26 и второй 25 источники тока, согласованную нагрузку 4. Каждый измерительный канал состоит из приемников 8 и 13, предварительных усилителей низкой частоты 9 и 14, синхронных фильтров 10 и 15, усилителей низкой частоты 11 и 16, фильтров высокой частоты 12 и 17. В состав узла обработки входят низкочастотный модулятор 18, компаратор 19, блок управления 20, интегратор динамического типа 21, с выхода которого сигнал поступает на выходную шину 22.

Первый 6 и второй 24 генераторы шума выполнены с использованием полупроводниковых лавинно-пролетных диодов, через активную зону которых протекают токи, вырабатываемые соответствующими первым 26 и вторым 25 источниками тока. Изменением тока происходит настройка выходной шумовой мощности генераторов и, следовательно, опорных сигналов.

Во входном блоке радиометра происходит модуляция сигналов. Амплитудной импульсной модуляции подвергаются сигналы трактов антенны и согласованной нагрузки. Модуляция происходит в высокочастотном модуляторе 3 по симметричному закону и включает два равных полупериода с длительностью t_мод. Входной сигнал антенны поступает на первый вход модулятора 3 через направленный ответвитель 2, в котором к сигналу антенны добавляется сигнал первого генератора шума 6, предварительно модулированного по широтно-импульсному закону. Широтная модуляция выполняется дискретным изменением коэффициента поглощения аттенюатора 5 по управляющему сигналу t_шис, поступающему с пятого выхода блока управления. Два уровня α и α+Δα уменьшения сигнала генератора шума T_гш1 аттенюатором 5 настраиваются при выполнении операции калибровки, которая описана ниже. Первый уровень α определяет верхнюю границу диапазона измерения, второй α+Δα - размах диапазона. Соответственно, первый опорный сигнал Т_оп1, определяющий верхнюю границу диапазона измерения, поступающий на первый вход высокочастотного модулятора 3 через первый направленный ответвитель 2 и аттенюатор 5, равен

Т_оп1=[(Т_гш1-T₀)α+Т₀(1-α)]β₁+Т₀(1-β)-Т₀,

где Т₀ - физическая температура термостатированной платы 7 входного блока, β₁ - коэффициент передачи первого направленного ответвителя, α - коэффициент уменьшения сигнала аттенюатором, изменяющийся в пределах от 0 (полное подавление сигнала) до 1 (полное пропускание).

При поступлении с пятого выхода блока управления сигнала t_шис на управляющий вход аттенюатора 5, в последнем коэффициент α увеличивается на величину Δα, что приводит к увеличению опорного сигнала на первом входе модулятора 3 до величины Т_доп, который равен

Т_доп=[(Т_гш1-T₀)(α+Δα)+Т₀(1-α-Δα)]β₁+Т₀(1-β)-Т₀.

На изменение коэффициента уменьшения сигнала аттенюатором накладывается условие: α и сумма α+Δα при регулировании не должны превышать единицы. При невыполнении условия в процессе калибровки радиометра происходит регулирование тока источника 26, питающего первый генератор шума.

Тракт согласованной нагрузки включает второй направленный ответвитель 23, в котором к сигналу согласованной нагрузки Т_сн добавляется опорный сигнал Т_оп2 второго генератора шума 24, поступающего на второй вход высокочастотного модулятора 3. Сигнал Т_оп2 настраивается регулировкой выходного сигнала Т_гш2 второго генератора шума при выполнении операции калибровки и также, как и сигнал T_оп1, определяет верхнюю границу диапазона измеряемых сигналов. Изменение опорного сигнала Т_оп2 происходит не методом ослабления в аттенюаторе, а изменением тока источника 25, питающего шумовой генератор 24. Опорный сигнал Т_оп2 равен

Т_оп2=(Т_гш2-Т₀)β₂+Т₀(1-β₂)-Т₀,

где β₂ - коэффициент передачи второго направленного ответвителя 23.

Принцип работы радиометра заключается в следующем. Управляющие модуляцией сигналы, поступающие на модулятор 3 с первого выхода блока управления 20, представляют собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов, следующих со скважностью, равной двум. Один период модуляции состоит из двух равных полупериодов с длительностями t_мод (фиг.4). В первом полупериоде, когда на выходе 1 блока управления сигнал t_мод имеет низкий уровень, соответствующий логическому нулю, в модуляторе 3 входы и выходы коммутируются следующим образом: вход 2 подключен к выходу 1 (см. фиг.3), вход 1 подключен к выходу 2. То есть сигнал согласованной нагрузки 4, равный Т_сн, и сигнал второго опорного генератора шума 24, на выходе направленного ответвителя 23 равный Т_оп2, поступают на вход первого измерительного канала (приемник 8). Сигнал антенны 1 с эффективной температурой Т_α и сигнал первого опорного генератора шума 6, на выходе направленного ответвителя 2 равный Т_доп или Т_оп1 в зависимости от сигнала на управляющем входе аттенюатора 5, поступает на вход второго измерительного канала (приемник 13).

Во втором полупериоде модуляции, когда сигнал t_мод имеет высокий логический уровень, в модуляторе 3 вход 1 подключается к выходу 1, вход 2 - к выходу 2. Тем самым к приемнику первого канала подключается тракт антенны, к приемнику второго канала - тракт согласованной нагрузки. В каждом полупериоде модуляции на пятом выходе блока управления вырабатывается широтно-импульсный сигнал с длительностью t_шис (фиг.4).

С выходов обоих каналов периодическая последовательность модулированных сигналов, усиленная по высокой частоте, продетектированная и усиленная по низкой частоте, поступает на вход компаратора 19 через низкочастотный модулятор 18, который, также как и модулятор 3, управляется сигналами t_мод. В результате синхронной работы обоих модуляторов на вход компаратора поочередно проходят только сигналы согласованной нагрузки, которые на выходе первого измерительного канала возникают в первом полупериоде модуляции, а на выходе второго канала - во втором полупериоде модуляции.

На фиг.4 приведены временные диаграммы сигналов на выходах измерительных каналов (соответствующих выходах фильтров высоких частот 12 и 17), когда в радиометре установлен нулевой баланс. Нулевой баланс для каждого измерительного тракта считается установленным, если в полупериод модуляции с подключенной согласованной нагрузкой к входу приемника, выходное напряжение канала равно нулю, и этот случай фиксируется компаратором 19, работающим в режиме нуль-органа. Нулевой баланс для каждого измерительного канала при включении питания радиометра устанавливается и затем при изменении сигнала антенны регулируется соответствующим изменением длительности широтно-импульсного сигнала t_шис. Так как выходные сигналы каналов имеют периодический характер и в них исключена постоянная составляющая, тогда для одного периода выполняется равенство вольт-секундных площадей положительного и отрицательного импульсов. Так как в полупериод модуляции с подключенной согласованной нагрузкой напряжение на входе компаратора равно нулю, поэтому равенство вольт-секундных площадей положительного и отрицательного импульсов выполняется в другой полупериод модуляции при подключении на вход приемников антенны.

Так, для первого канала, согласно фиг.4, имеем

где U₊ и U_- - амплитуды положительного и отрицательного импульсов, равные

где G₁ - коэффициент пропорциональности между входными сигналами Т_α, Т_доп, Т_сн, Т_оп1, Т_оп2 и напряжениями на выходе фильтра высокой частоты первого канала, в который входят коэффициенты усиления по высокой и низкой частотам, коэффициент передачи квадратичного детектора, k - постоянная Больцмана, df₁ - полоса принимаемых первым каналом частот, T_ш1 - эффективная температура собственных шумов приемника первого канала.

Подставляя (2) в (1), получим

G₁kdf₁(T_α+Т_доп+Т_но1-Т_сн-Т_оп2)t_шис=

=G₁kdf₁(T_сн+Т_оп2-Т_α-T_оп1)(t_мод-Т_шис).

Откуда

Из формулы (3) следует линейная зависимость длительности t_шис и входного сигнала антенны Т_α. Следовательно, через эту длительность можно косвенно определить сигнал антенны. Также из формулы (2) следует, что на длительность широтно-импульсного сигнала t_шис не влияют изменения коэффициента передачи измерительного тракта (коэффициента G₁) и собственные шумы приемника (Т_ш1). Устранение влияния этих двух основных дестабилизирующих факторов указывает на то, что радиометр работает по принципу нулевых измерений. Однако изменения коэффициентов усиления входящих в приемник усилителей не должны превышать тот предел, за которым измерительный канал начинает работать в нелинейном режиме. Преобразования сигналов квадратичным детектором приемника должны проходить в квадратичной области вольтамперной характеристики диода.

Для второго измерительного канала после аналогичных вычислений получаем аналогичную формулу (3) для нахождения длительности t_шис.

Сигнал антенны определяется из (3)

Значения максимального и минимального сигналов антенны могут быть найдены из формулы (4) подстановкой в нее длительностей t_шис, равных нулю, и длительности t_мод: T_α,макс=T_сн+T_оп2-T_оп1; Т_α,мин=Т_сн+Т_оп2-T_оп1-Т_доп.

Таким образом, изменением сигналов Т_оп1 и Т_оп2 можно регулировать верхнюю границу диапазона измерения, изменением сигнала Т_доп - нижнюю границу, т.е. произвольно определять диапазон измерения.

Структурная схема блока управления представлена на фиг.5. Блок управления вырабатывает все необходимые сигналы для функционирования радиометра. В нем также формируется цифровой код, который поступает на интегратор динамического типа 21 (фиг.3) и далее, после усреднения, на выходную шину 22. Этот цифровой код является цифровым эквивалентом измеряемого сигнала антенны. Блок управления состоит из цифровых логических элементов и в его состав входят: двоичный счетчик 28, реверсивный двоичный счетчик 29, регистр временного хранения данных 30, схема сравнения двоичных кодов 31, триггеры формирования широтно-импульсного сигнала 32 и симметричной модуляции 33, формирователь импульсов 38, два дешифратора 36 и 37 для управления синхронными фильтрами измерительных каналов, два усилителя мощности 34 и 35 выходных сигналов триггеров, генератор тактовых импульсов 39. Принцип работы блока управления соответствует принципу работы прототипа. В реверсивном счетчике 29 хранится код, соответствующий длительности широтно-импульсного сигнала. Поэтому в формуле (3) можно сделать переход от длительностей к их цифровым эквивалентам

где N_Рсч - код реверсивного счетчика, N_макс - код реверсивного счетчика, когда во всех его разрядах единицы.

Для настройки диапазона измерения в блок управления радиометром введен узел калибровки 40. Данный узел представляет собой переключатель на три положения. С помощью данного переключателя устанавливаются два режима работы радиометра "работа" и "калибровка". Первых два положения переключателя "мин" и "макс" соответствуют режиму калибровки. В положении "мин" с первого выхода переключателя 40 на третий вход первого триггера 32 блока управления поступает сигнал логической единицы и данный триггер, независимо от сигналов на входах 1 и 2, устанавливается в единицу. Тем самым на выходе 5 блока управления постоянно действует сигнал t_шис. При положении переключателя "макс" сигнал логической единицы с его второго выхода поступает на четвертый вход первого триггера 32 и удерживает его в сброшенном состоянии независимо от сигналов на входах 1 и 2. В результате сигнал t_шис не будет вырабатываться. Третье положение переключателя "работа" обеспечивает на выходах "мин" и "макс" переключателя потенциалы логического нуля и первый триггер блока управления работает в обычном режиме.

Настройка сигналов Т_оп1, Т_оп2, Т_доп осуществляется в процессе калибровки радиометра. Пять вариантов измерительных диапазонов показаны на фиг.6. Для первых трех случаев (фиг.6 а, б, в) минимальный Т_α,мин и максимальный Т_α,макс сигналы антенны соответствуют неравенствам: T_α,мин и Т_α,макс<Т_сн; Т_α,мин<Т_сн, Т_α,макс>Т_сн; Т_α,мин и Т_α,макс>Т_сн. Два последних случая (фиг.5 г, д) являются частными и имеют место, если Т_α,мин=Т_сн и Т_α,макс=Т_сн.

Калибровка для всех пяти случаев включает два этапа (производится по двухточечному методу).

Первый этап начинается с установки переключателя блока 40 в блоке управления 20 в положение "макс" (сигнал t_шис не вырабатывается и на всем протяжении этого этапа калибровки Т_доп отключен) и подключения на вход радиометра вместо антенны эталонного излучателя, определяющего верхнюю границу диапазона измерения T_{эт,макс}. На этом этапе производится настройка либо опорного сигнала T_оп1 либо Т_оп2. Если необходим диапазон измерения, представленный на фиг.6а, для которого сигнал антенны всегда меньше сигнала согласованной нагрузки, регулируется Т_оп1 соответствующим изменением коэффициента поглощения α аттенюатора 5. Для этого диапазона измерения второй опорный сигнал Т_оп2=0. Это условие достигается выключением второго источника тока 25, питающего второй генератор шума 24 во входном блоке радиометра. Регулировка опорного шумового сигнала для данного случая и всех последующих производится до получения нулевого напряжения на первом входе компаратора 19 радиометра, что аналогично работе известных радиометров на нулевом методе с аналоговым регулированием нулевого баланса, описанных, например, в [Геворкян В.Г.. Кисляков А.Г. Мирзабекян Э.Г. Автоматический нулевой радиометр диапазона длин волн 3-4 мм // Известия вузов. Радиофизика. 1979. Т.22, №2. С.240-242]. Регулировка завершается, когда на входе компаратора сигнал с частотой модуляции исчезает и этот момент регистрируется осциллографом, подключенным к первому входу компаратора.

Для диапазонов измерения на фиг.5б на первом этапе происходит настройка Т_оп2 регулировкой выходного тока источника 25. Т_оп1 отключается в результате установки в аттенюаторе 5 коэффициента α=0 (полное поглощение сигнала). В частных случаях, для настройки на диапазон, показанный на фиг.5г Т_оп2 и Т_оп1, выключаются, так как Т_{эт,макс}=Т_сн. Для диапазона на фиг.5д регулировка по максимальному эталону производится также, как и для диапазона на фиг.5б, в.

Второй этап, в результате выполнения которого настраивается нижняя граница диапазона, начинается с подключения на вход радиометра эталона Т_эт,мин, определяющего нижнюю границу, и переключением блока 40 в положение "мин". Тогда производится установка t_шис=t_мод и для всех пяти рассмотренных диапазонов выполняется регулировка Т_доп изменением коэффициента Δα поглощения аттенюатора 5. Регулировка происходит аналогично регулировке на первом этапе (регистрируется сигнал на первом входе компаратора 19, регулировка производится до исчезновения частоты модуляции).

После проведения двух этапов калибровки радиометр настраивается на заданный диапазон измерения от Т_эт,мин до Т_{эт,макс}.

В радиометре блок управления 20 и динамический интегратор 21 выполнены на цифровых интегральных схемах логики КМОП. Схема интегратора динамического типа описана в [а.с. №1409953. Волохов С.А., Корсаков С.Я., Кочетов А.А. Модуляционный радиометр. G01R 29/08. БИ №26, 1988, с.155]. В литературе достаточно полно описаны конструкции высокочастотного модулятора 3, аттенюатора 5 с электронной перестройкой коэффициента поглощения, направленных ответвителей 2 и 23 [Бахарев С.И., Вольман В.И., Либ Ю.Н. и др. Под ред. Вольмана В.И. Справочник по расчету и конструирования СВЧ полосковых устройств. М.: Радио и связь, 1982; Богданов A.M., Давидович М.В., Кац Б.М. и др. Под ред. А.П.Креницкого и В.П.Мещанова. Сверхширокополосные микроволновые устройства. М.: Радио и связь, 2001]. В данном радиометре эти узлы выполнены на микрополосковых волноведущих структурах. Прецизионные регулируемые источники тока 25 и 26 выполнены с применением интегральной аналоговой схемотехники и обеспечивают регулировку тока в пределах от 0.01 до 10 мА. В приемниках измерительных каналов применены транзисторные усилители. Полосовые фильтры выполнены на встречных стержнях [Мазепова О.И., Мещанов В.П., Прохорова Н.Н. и др. Под ред. Фельдштейна А.А. Справочник по элементам полосоковой техники. М.: Связь, 1979]. Синхронные фильтры 10 и 15 описаны в [Фрейтер. Синхронный интегратор и демодулятор // Приборы для научных исследований. 1965. Т.36, №5. С.53]. Низкочастотный модулятор 18, аналоговый компаратор 19 применены в интегральном исполнении.

В отличие от прототипа данным радиометром можно измерять сигналы в любом диапазоне измерения, сохраняя при этом работу радиометра в режиме нулевых измерений, который повышается стабильность его функционирования. Настройка на выбранный диапазон измерения происходит в процессе операции калибровки.

1. Двухканальный нулевой радиометр, содержащий согласованную нагрузку, первый генератор шума, выход которого соединен с входом аттенюатора, высокочастотный модулятор, к первому входу которого подключены последовательно соединенные антенна и первый направленный ответвитель, к первому выходу - последовательно соединенные первый приемник, первый предварительный усилитель низкой частоты, первый синхронный фильтр, первый усилитель низкой частоты, первый фильтр высокой частоты, выход которого соединен с первым входом низкочастотного модулятора, ко второму выходу - последовательно соединенные второй приемник, второй предварительный усилитель низкой частоты, второй синхронный фильтр, второй усилитель низкой частоты, второй фильтр высокой частоты, выход которого соединен с вторым входом низкочастотного модулятора, а выход низкочастотного модулятора подключен к первому входу компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной радиометра, а выход подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен с объединенными вместе управляющими входами высокочастотного и низкочастотного модуляторов, второй и третий выходы соединены с управляющими входами первого и второго синхронных фильтров соответственно, а четвертый выход соединен с входом интегратора динамического типа, выход которого является выходной цифровой шиной радиометра, причем согласованная нагрузка, первый направленный ответвитель, высокочастотный модулятор, аттенюатор, первый генератор шума установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте, отличающийся тем, что введены установленные на термостатированной плате и находящиеся с ней в тепловом контакте второй направленный ответвитель, второй генератор шума, первый и второй источники тока, выходы которых соединены с входам первого и второго генераторов шума соответственно, управляющий вход аттенюатора подключен к пятому выходу блока управления, выходы аттенюатора и второго генератора шума соединены с вторыми входами первого и второго направленных ответвителей соответственно, выход второго направленного ответвителя подключен к второму входу высокочастотного модулятора, а первый вход - к выходу согласованной нагрузки.

2. Двухканальный нулевой радиометр по п.1, блок управления которого содержит реверсивный двоичный счетчик, двоичный счетчик, регистр, схему сравнения кодов, первый и второй триггеры, первый и второй дешифраторы, первый и второй усилители мощности, формирователь, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу двоичного счетчика, первый выход которого соединен с вторым входом схемы сравнения кодов, а второй выход подключен к соединенным вместе входу формирователя и второму входу реверсивного двоичного счетчика, первый вход которого является входом блока управления, а выход двоичного реверсивного счетчика подключен к первому входу регистра, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения кодов, выход которой подключен к первому входу первого триггера, второй вход которого соединен с выходом формирователя и объединен с вторым входом регистра и входом второго триггера, выход первого триггера соединен с первыми входами первого и второго дешифраторов и объединен с входом первого усилителя мощности, выход которого является пятым выходом блока управления, выход второго триггера соединен с вторыми входами первого и второго дешифраторов и объединен с входом второго усилителя мощности, выход которого является первым выходом блока управления, первый и второй выходы первого дешифратора соединены вместе и с третьим и четвертым выходами этого дешифратора составляют второй выход блока управления, третий и четвертый выходы второго дешифратора соединены вместе и с первым и вторым выходами этого дешифратора составляют третий выход блока управления, четвертый выход которого составляют выходы реверсивного двоичного счетчика и формирователя, отличающийся тем, что в него введен узел калибровки, первый и второй выходы которого соединен с третьим и четвертым входами первого триггера соответственно.