Радиометр

СО)ОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6205 А 1 09) 55 6 01 й 29/ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВУ О ГОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТГ 10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Есепкина Н А, и др, Радиотелескопы ирадиометры. - М.: Наука, 1972,Нагаба Н. апб а 11.А 1-2 СНг Вайогпе 1 егФог ЯиЬситапеоиз Таисие Тегпрегатиге Меазигеп)епт, Т)1 е Тгапзастсп., о 1 т)1 е 1 пиписе оГЕестгоп)св апб Согпгпипса 1)оп Епрпеегв о 13 арап, Ч. 365-С, М. 8,1982, р. 645 - 651.(54) РАДИОМЕТР57) Изобретение относится к технике СВЧ,Цель изобретения - повышение точности измерения радиационной температуры объектов, Радиометр содержит антенну 1, модулятор 2, направленный ответвитель 2, усилитель 4 ВЧ, квадратичный детектор 5, усилитель б НЧ, перемножители 7 и 14, фильтры 8 и 15 нижних частот, весовой сумматор 9, делитель 10 напряжений, блок 11 регистраций, г р 12 шума, фазовращатель 12, задающий г-р 16 и делитель 17 частоты, Цель достигается путем формирования на выходе блока 11 регистрации постоянного напряжения, которое пропорционально радиационной температуре объекта и не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффициента отражения на границе раздела антенна - обьект. 1 ил,Изобретение относится к технике СВЧ, аименно к модуляционным радиометрам СВЧдиапазона, применяемым для приема и измерения электромагнитного излучения объектов, расположенных в непосредственнойблизости к антенне, например для исследования собственного электромагнитного излучения биологических объектов, почвы,водных растворов и т.п.Цель изобретения - повышение точности измерения радиационной температурыобъектов,На чертеже представлена структурнаяэлектрическая схема радиометра.Радиометр состоит из антенны 1, модулятора 2, направленного ответвителя 3, усилителя 4 высокой частоты, квадратичногодетектора 5, усилителя 6 низкой частоты,пеового перемножителя 7, первого фильтра8 нижних частот, весового сумматора 9, делителя 10 напряжений, блока 11 регистрации, генератора 12 шума, фазовращателя13, вгорого перемножителя 14, второгофильтра 15 нижних частот, задающего генератора 16 и делителя 17 частоты.Радиометр работает следующим образом.Измерения мощности теплового излучения исследуемоо обьекта ведут при двухразличных заданных значениях мощностишумового сигнала, например, ТвгТшъ вырабатываемого генератором 12 шума. Этонеобходимо для учета коэффициента отражения на границе раздела антенна - объекти флуктуаций коэффициента усиления радиометра,Мощность теплового СВЧ-излученияисследуемого объекта, пропорциональнаярадиационной температуре Т объекта, поступает на границу раздела антенна - объект, Часть мощности, пропорциональнаяТй. отражается от границы раздела и затухает в среде объекта (Я - коэффициент отражения на границе раздела антеннаобъект).Оставшаяся часть мощности, пропорциональнаяТ(1 В)=Тч, (1)принимается антенной 1 и пог.гупает навход модулятора 2.Задающий генератор 16 формирует управляющее напряжение "меандр" частотойГъ а делитель 17 частоты формирует управляющее напряжение "меандр" частотой Гг,причемГ 1= 2 Гг. (2)Управляющее напряжение "меандр" счастотсй Г 1 поступает на управляющий вход модулятора 2, который с частотой Г 1 обеспечивает поочередное подключение и отклю 5 10 15 2025 30 35 40 45 50 ГГ 0 г = КТшг + С (4)Вход направленного ответвителя 3 подключен к выходу антенны 1 Мощность теплового СВЧ-излучения, принятая антенной согласно выражению (1), поступает через модулятор 2, направленный ответвитель 3 на выход УВЧЧ, через квадратичный детектор 5 на выход усилителя частоты,От генератора 12 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Т 1 далее этот шумовой сигнал проходит ереэ открытый модулятор 2 в антенну 1 частично отражается от границы раздела антенна - объект с коэффициентом отражения й, проходит через открыть:й модулятср 2, направленный ответвитель 3 на вылод усилителя 6 ниэкои частоты.При этом мгновенное значение напряжения, возникающее на выходе усичителч 6 низкой частоты дпч 1 ретьего интервала вречение выхода антенны 1 с входом направленного ответвителя 3. Управляющее напряжение "меандр" с частотой Гг осуществляет модуляцию мощности генератора 12 шума поочередно до шумовых температур ТШ 1 и Тшг. Поскольку фазы колебаний управляющих напряжений синхронизированы, а частоты связаны соотношением (2), имеет место четыре повторяющихся интервала времени, обусловленные различными состояниями модулятора 2 и генератора 12 шума,Мгновенные значения напряжения 0 ъ 0 г, 0 з и 04, возникающие на выходе усилителя 6 низкой частоты для каждого интервала времени, определяются следующим образом.Вход направленного ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1. От генератора 12 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощ. ность шума с температурои Т,ъ Далее этот шумовой сигнал полностью отражается от закрытого модулятора 2 и проходит через направленный ответвитель 3(3) где К - размерный коэффициент передачи радиометра от входа модулятора 2 до выло да усилителя 6 низкой частоты;С - постоянная составляющая напряжения, одинаковая для всех четырех интервалов времени,Вход направленного ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1, От генератора 12 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Та, далее аналогично первому интервалу времени имеютмени. пропорционально сумме мощностеиледующих сигналовОЗ = КТ (1 - Я) + КТшЯ + С. (5) Вход направленного ответвителя 3 подключен к выходу антенны 1. Мощность теплового СВЧ-излучения исследуемого обьекта проходит до выхода усилителя б низкой частоты. От генератора 12 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с темпеРатУРой Тш 2, Далее этот шУмовой сигнал проходит на выход усилителя 6 низхой частоты аналогично третьему интервалу времени,При этом на его выходе возникает мгновенное значение напряженияО 4 = КТ (1 - Я) + КТш 2 Я + С. (6 Выходное напряжение усилителя б низкой частоты поступает на входы первого 7 и второго 14 перемножителей. На в;арой вход первого перемножителя 7 подаегся "меандр" с частотой Гг При этом а его выходе после сглаживания в первом фильтре 8 нижних частот с заданной постоянной1времени т ) получают постоянное напряжениеОс = 1 з ф О 4 - О О 2 -= 2 КТ (1 - Я) - К (Тш 1+ Тшг)( Я) (7) На второй вход второго перемножителя 14 поступает "меандр" с чагтотой Гг, задержанный во времени с помощью фазовращателя 13 на одну четверть периода (со сдвигом по фазе на 90 градусов). При этом на его выходе после сглаживания во втором фильтре 15 нижних частот с заданной постоянной времени получают постоянное напряжениеОсг = Ог- О+ О 4- Оз == К (Тшг - Тш)( - Я), (8) которое поступает в качестве делителя в делитель 10 напряжений и на первый вход весового сумматора 9 для компенсации постоянной составляющей напряжения Ось обусловленной наличием е выражении (7) члена К (Тш 1+ Тш 2)(1 - Я). ПРичем коэффициенты передачи входов сумматора 9 выбираются таким образом, чтобы выполнялось равенствод (Тш + Тш 2) = Ь (Тш 2Тш) (9) где а, Ь - коэффициенты передачи второго и первого входов сумматора соответствен- но5 0 2 аТ г - Тш которое прапор температуре объ циента передач ента отражен антенна - обьекПостоянные деляются в проц и Ь опреприбора,коэффициенты ессе калибров ла изобретени 30 35 40 45 Таким образом на второй вход делителя 10 напряжений в качестве делимого поступает напряжениеОт - 2 КЗТ(1 - й), (10) а после проеедвния операции деления в нем на вход блока 11 регистрации поступает напряжениетООС 2 ционально радиационной екта, не зависит от коэффии радиометра и коэффициия на границе раздела Радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, модулятор, направленный ответвитель, усилитель высокой частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты, первый перемножитель и первый фильтр нижних частот, задающий генератор, генератор шума, выход которого соединен с вторым входом направленного ответвителя, и блок регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения радиационной температуры, введены последовательно соединенные делитель частоты, фазовращатель. второй перемножитель, второй фильтр нижних частот и делитель напряжения, а также весовой сумматор, при этом выход задающего генератора соединен с входами генератора шума и делителя частоты, выход которого соединен с управляющим входом модулятора и вторым входом первого перемножителя, второй вход второго перемножителя соединен с выходом усилителя низкой частоты, выход второго фильтра нижних частот соединен с первым входом весового сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход - с вторым входом делителя напряжений, выход которого соединен с входом блока регистрации.