Модуляционный радиометр

(57) ИзЦельизмердержиный о блок 4 сумма ГОСУДАРСТВЕННЬ)Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗС)Б К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Есепкина Н.А, ирадиометры. М.; НауАвторское свидеМ 1105832, кл. С 01 ОДУЛЯЦИОННЫИ РАДИОМЕТР обретение относится к технике СВЧ. изобретения - повышение точности ений. Модуляционный радиометр сот антенну 1,модулятор 2, направлентветвитель 3, приемно-усилительный , синхронные детекторы 5, 13 и 14, тор 6, делители 7 и 16 напряжений,блоки 8 и 17 регистрации (БР), задающие г-ры 9 и 11, г-р 1 О шума, коммутатор 12 и блок 15 вычитания. В радиометре прием мощности теплового излучения исследуемого объекта производится при двух различных заданных значениях мощности шумового сигнала, вырабатываемого г-ром 10, Цель достигается путем формирования на выходе БР 8 постоянного напряжения, которое пропорционально радиационной температуре обьекта и не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффициента отражения на границе раздела антенна - объект, а на выходе БР 17 - напряжения, которое пропорционально коэффициенту отражения на границе раздела антенна - объект и не зависит от коэффициента передачи радиометра и точности подержания температур г-ра 10. 2 ил,Изобретение относится к технике СВЧ,а именно к модуляционным радиометрическим приемникам СВЧ-диапазона,применяемым для приема и измеренияэлектромагнитного излучения объектов,прилегающих непосредственно к антенне,например, для определения глубинной радиационной температуры тканей биологических обьектов, почвогрунтов. водныхрастворов и других полупроводящих сред, атакже для измерения иэлучательных характеристик этих сред на границе антенна -объект.Цель изобретения - повышение точности измерений.На фиг,1 приведена структурная электрическая схема модуляционного радиометра; на фиг.2 - зпюры, поясняющие егоработу,Модуляционный радиометр содержитантенну 1, модулятор 2, направленный ответвитель 3, приемно-усилительный блок4, первый синхронный детектор 5, сумматор 6, первый делитель 7 напряжений, первый блок 8 регистрации, первый задающийгенератор 9, генератор 10 шума, второй задающий генератор 11, коммутатор 12, второй 13 и третий 14 синхронные детекторы,блок 15 вычитания, второй делитель 16 напряжений, второй блок 17 регистрации.Приемно-усилительный блок в простейшем случае содержит последовательно соединенные усилитель высокой частоты,квадратичный детектор и фильтр нижних частот.В радиометре прием мощности теплового излучения исследуемого обьекта производится при двух различных заданныхзначениях мощности шумового сигнала, например, Тш 2Тш 1, вырабатываемого генератором 10 шума, Это необходимо дляизмерения коэффициента отражения награнице раздела антенна - объект и точногоопределения радиационной температуры вусловиях флуктуаций коэффициента отражения, а также для учета флуктуаций коэффициента передачи тракта радиометра.Модуляционный радиометр работаетследующим образом.Мощность теплового СВЧ-излученияисследуемого объекта поступает на границураздела антенна - объект, Часть мощности,пропорциональная Тй, отражается от границы раздела и затухает в среде обьекта(В-коэффициент отражения на границе раздела антенна - объект),Оставшаяся часть мощности, пропорциональнаяТ (1 - В) =- Тя, рованы, а частоты связаны соотношениемГ 2 = 2 п Г 1. (2) где о - целое число 1, 2, 3,.На фиг.2 показан пример диаграмм выходных напряжений первого 9 и второго 11 задающих генераторов, выходного напряжения приемно-усилительного блока 4 и изменения мощности генератора 10 шума для соотношения частот модуляции Г 2 = 2 Г 1 и ТТш 1Тш 2Управляющее напряжение типа меандра с часто 1 ой Г 1 пос 1 упает на управляющий вход модулятора 2 и обеспечивает поочередные подключение и отключение выхода антенны 1 к входу направленного ответвителя 3, Управляющее напряжение типа меандра с частотой Г 2 осуществляет модуляцию мощности генератора 10 шума поочередно до температуры ТШ 1 и ТШ 2, Поскольку фазы колебаний управляющих напряжений синхронизированы, а частоты связаны соотношением (2), имеют место четыре повторяющихся интервала времени, обусловленные различными состояниями модулятора 2 и генератора 10 шума (фиг.2).Мгновенные значения напряжения О 1, 02, Оз, О 4, возникающие на выходе приемно-усилительного блока 4 для каждого интервала времени, определяются следующим образомВход направленноо ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1. От генератора 10 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Тшъ Далее этот шумовой сигнал полностью отражается от закрытого модулятора 2 и проходит через направленный ответвитель 3 на выход приемно-усилительного блока 4О 1 = КТ,1+ с, (3) где К - размерный коэффициент передачи радиометра от входа модулятора 2 до выхода приемно-усилительного блока 4;С - постоянная составляющая напряжения, одинаковая для всех четырех интервалов времени.Вход направленного ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1.От генератора 10 шума поступает навыход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Т,ог, далее аналогично первому интервалу времени имеютО 2 = КТш 2+ С, (4) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 с 5 принимается антенной 1 и поступает на вход модулятора 2.Первый 9 и второй 11 задающий генераторы формируют управляющие напряжения Ор 1 и Ог 2 формы меандра частотой Г 1 и Г 2 соответственно, фазы которых синхрониэи 1626210Вход направленноо ответвителя 3 под- выходах этих детекторов после интегрироключен к выходу антенны 1. Мощность теп- вания (сглаживание) с заданной постоянной лового СВЧ-излучения, принятая антенной времени соответственно получают постоян, согласно (1) поступает через модулятор 2 ные напряжения и направленный ответвитель 3 на выход 5 Ос 2 = О 4 - Оз= К(Тш 2 - Тш 1)В (8) приемно-усилительного блока 4. От гене- и1 ратора 10 шума поступает на выход моду- Осз = 02 О 1 = К (Тш 2 - Тш 1). (9) лятора 2 через направленный ответвитель 3 которые подаются в блок 15 вычитания, моЩность шУма с темпеРатУРой Тш 1, Далее Выходное напряжение блока 15 вычитаэтот шумовой сигнал проходит через откры ния тый модулятор 2 в антенну 1, частично отра- Ос 2 = Осз - Ос 2 = К (Тш 2 - Тш 1 Х 1 ") (10) жается от границы раздела антенна - поступает на вход первого делителя 7 наобьект с коэффициентом отражения В, пряжений и сумматор 6 для компенсации проходит через открытый модулятор 2, постоянной составляющей напряжения направленный ответвитель 3 на выход 15 Ос 1, обусловленной наличием в (7) члена К пРиемно-Усилительного блока 4, ПРи этом (Тш 1 + Тш 2)(1 - В). ПРичем коэффиЦиенты мгновенное значение напряжения, возни- передачи входов сумматора 6 выбираются кающее на выходе приемно-усилительного так, чтобь: выполнялось равенство блока 4, для третьего интервала времени а (Тш 1 + Тш 2) = Ь (Тш 2 - Тш 1), (1 1) пропорционально сумме мощностей сигна где а, Ь - коэффициенты передачи соответлов ственно второго и первого входов сумматоОз= КТ(1-В)+ КТш 1 ВС. (5) Ра,Таким образом, на вход делимого перВход направленного ответвителя 3 под- вого делителя напряжений 7 в качестве деключен к выходу антенны 1, Мощность теп лимого поступает напряжение лового СВЧ-излучения исследуемого От = 2 КаТ(1 - В), (12) обьекта проходит до выхода приемно-уси- а после проведения операции деления в нем лительного блока 4, как и в случае третьего на вход первого блока 8 регистрации посту- интервала времени, пает постоянное напряжениеОт генератора 10 шума поступает на 30 От 2 КаТ (1 - В выход модУлЯтоРа 2 чеРеэ напРавленный Ос 2 К(Тш 2 тш 1 (1 В ответвитель 3 мощность шума с температу- которое пропорционально радиационной Рой Тш 2, далее этот шУмовой сигнал пРохо- темпеРатУРе обьекта, не зависит от коэффидит на выход приемно-усилительного блока циента передачи радиометра и коэффици 4 аналогичнотретьемуинтервалувремени, 35 ента отражения на границе разделаПри этом на его выходе возникает мгно- антенна - обьект. венное значение напряжения Постоянные коэффициенты а и Ь опреО 4 = КТ (1 - В)КТш 2 В + С. (6) делЯютсЯ в пРоцессе калибРовки пРибоРа,Выходное напряжение приемно-усили- Для измерения коэффициента отражетельного блока 4, представляющее собои 40 ния на границе раздела антенна - обьект на периодически повторяющуюся последова- выходе второго делителя 16 появляется нательность напряжений О 1, О 2, Оз, О 4, посту- пряжение пает на вхоДы пеРвого синхРонного Ос 2 К Тшэ - Тш 1 В ДетектоРа 5 и коммУтатоРа 12. На о.эРный ОЯ Осз К (Т 2 - Т вход первого синхронного детектора 5 45 которое подается на вход второго блока 17 подается напряжение типа меандра с ча- регистрации. Это напряжение пропорциостотой Р 1, При этом на его выходе после нально коэффициенту отражения на грани- интегрирования (сглаживания) с заданной це раздела антенна - объект и не зависит от постоянной времени т1/е 1 получают коэффициента передачи радиометра и точпостсянное нап яжение ос с нное напряжение 50 ности поддержания температур генератора10 шума. =-2 КТ (1 - В) - К (Тш 1 + Тш 2)(1 - В), (7)Модуляционный радиометр, содержаКоммутатор 12, на управляющий вход щий последовательно соединенные антенкоторого поступает напряжение типа меан ну, модулятор, направленный ответвитель, дра с частотой Е 1, поочередно подключает приемно-усилительный блок и первый синхвходы второго 13 и третьего 14 синхронных ронный детектор, второй синхронный детекторов соответственно к выходу при- детектор, блок вычитания, первый и емно-усилительного блока 4, При этом на второй задающие генераторы, генератор1626210 Составитель В. Рак Техред М.Моргента Рев Редактор А, Козориэ Корректо Тираж 413 Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 акаэ 277 ВНИИПИ Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 шума, первый и второй блоки регистрации, выход первого задающего генератора соединен с управляющим входом модулятора и с опорным входом первого синхронного детектора, выход второго задающего генератора соединен с опорным входом второго синхронного детектора и с управляющим входом генератора шума, выход которого соединен с вторым входом направленного ответвителя, выход второго синхронного детектора соединен с входом вычитаемого блокавычитания,отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, введены коммутатор, сумматор, третий синхронный детектор и первый и второй делители напряжений, выход второго задающего генератора соединен с входом синхронизации первого задающего генератора и с опорным входом третьего синхронного детектора, выход которого соединен с входом умен ьшаемого блока вычитания и с входом делителя второго делителя напряжений, сигнальный вход коммутатора соединен с выходом приемно-усилительно го блока, вход управления - с выходом первого задающего генератора, первый и второй выходы - с сигнальными входами второго и третьего синхронных детекторов соответственно, выход второго синхронно го детектора соединен с входом делителявторого делителя напряжений, выход которого соединен с входом второго блока регистрации, первый вход сумматора соединен с выходом первого синхронного де тектора, второй вход - с выходом блокавычитания, а выход - с входом делимого первого делителя напряжения, вход делителя которого соединен с выходом блока вычитания, а выход - с входом первого 20 блока регистрации.