Модуляционный радиометр

СОЮЗ СОВЕТгКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 1 й 29/(56) Есепкина Н.А. и др, Радиотелескопы ирадиометры, М.: Наука, 1973,Авторское свидетельство СССРМ. 1105832, кл, С 01 Р 29/08, (984,(54) МОДУЛЯЦИОННЫИ РАДИОМЕТ (57) Изобретение относится к технике Цель изобретения - повышение точ измерений, Радиомер содержит анте модулятор 2, направленный ответвит приемно-усилител,ный блок 4, синхро детекторы 5, 13 и 14, сумматоры 6 делители 7 и 17 напряжения, блоки 8 регистрации (БР), задающие г-ры 9 и 11, г-р 10 шума, фазовращатель 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 1 О. Цель достигается путем формирования на выходе БР 8 постоянного напряжения, которое пропорционально радиационной температуре объекта и не зависит от коэффициента передачи радиоме тра и коэффициента отражения на границе раздела антенна - объект, а на выходе БР 18 - напряжения, которое пропорционально коэффициенту отражения на границе раздела антенна - объект и не зависит от коэффициента передачи радиометра и точности поддержания 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 объектов, почвогрунтов, водныхрастворов и других полупроводящих сред, атакже для измерения излучательных характеристик этих сред на границе антенна -объект,Цель изобретения - повышение точности измерений.На фиг.1 представлена структурнаяэлектрическая схема модуляционного радиометра; на фиг.2 - эпюры, поясняющие егоработу.Радиометр содержит антенну 1, модулятор 2, направленный ответвитель 3,приемно-усилительный блок 4, первый синхронный детектор 5, первый сумматор 6,первый делитель 7 напряжений, первыйблок 8 регистрации, первый задающий генератор 9, генератор 10 шума, второй задающий генератор 11, фазовращатель 12,второй 13 и третий 14 синхронные детекторы, блок 15 вычитания, второй сумматор 16,второй делитель 17 напряжений и второйблок 18 регистрации,Приемно-усилительный блок в простейшем случае может состоять из последовательно соединенных усилителя высокойчастоты, квадратичного детектора и фильтра нижних частот,В радиометре прием мощности теплового излучения исследуемого объекта производится при двух различных заданныхзначениях мощности шумового сигнала, например ТшгТшъ вырабатываемого генератором 10 шума. Это необходимо дляизмерения коэффициента отражения на границе раздела антенна - объект и точногоопределения радиационной температуры вусловиях возможных флуктуаций коэффициента передачи тракта радиометра.Модуляционный радиометр работаетследующим образом.Мощность тепловою СВЧ-излученияисследуемоо объекта поступает на границу раздела антенна - объект. Часть мощности, пропорциональная ТВ, отражаетсяот границы раздела и затухает в среде объекта (В - коэффициент отражения на границе раздела антенна - объект),Оставшаяся часть мощности, пропорциональнаяТ (1 - Р) =. Тя (1)(4) принимается антенной 1 и поступает навход модулятора 2,Первый 9 и второй 11 задающие генераторы формируют управляющие напряженияОг 1 и Ог 2 формы меандра частотой Г 1 и Г 2соответственно, фазы которых синхронизированы. а частоты связаны соотношениемГ 2 = 2 Г 1 (2)На фиг,2 показан пример диаграмм выходных напряжений первого 9 и второго 11задающих генераторов, выходного напряжения приемно-усилительного блока 4и изменения мощности генератора 10шума для соотношения частот модуляцииГ 2 = 2 Г 1 и ТТш 1 Тш 2Управляющее напряжение типа меандра с частотой Г 1 поступает на управляющийвход модулятора 2 и обеспечивает поочередное подключение и отключение выходаантенны 1 к входу направленного ответвителя 3. Управляющее напряжение типамеандра с частотой Г 2 осуществляет модуляцию мощности генератора 10 шума поочередно до температур Тш 1 и Тш 2. Посколькуфазы колебаний управляющих напряженийсинхронизированы, а частоты связаны соотношением (2), имеют место четыре повторяющихся интервала времени, обусловленныхразличными состояниями модулятора 2 игенератора 10 шума (фиг.2).Мгновенные значения напряжения О 1,О 2, Оз, О 4, возникающие на выходе приемно-усилительного блока 4 для каждого интервала времени, определяютсяследующим образом.Вход направленного ответвителя 3 отключен ет выхода антенны 1, От генератора10 шума поступает на выход модулятора 2через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Тш 1. Далее этотшумовой сигнал полностью отражается отзакрытого модулятора 2 и проходит черезнаправленный ответвитель 3 на выход приемно-усилительного блока 4,О 1 КТ +С (3)где К - размерный коэффициент передачирадиометра от входа модулятора 2 до выхода приемно-усилительного блока 4;С - постоянная составляющая напряжения, одинаковая для всех четырех интервалов времени,В од направленного ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1, От генератора10 шума поступает на вход модулятора 2через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Тшг, далее аналогично первому интервалу времени имеютВход направленного ответвителя 3 под- Ос 2 .= 02 01+ 04 - Оз =ключен к выходу антенны 1, Мощность теп- К(Тш 2 Тш 1) (1 - В), (8)лового СВЧ-излучения, принятая антенной, которое поступает в качестве делителя всогласно (2) поступает через модулятор 2 и первый делитель 7 напряжений и в первыйнаправленный ответвитель 3 на выход при сумматор 6 для компенсации постояннойемно-усилительного блока 4, составляющей напряжения Ос 1, обусловОт генеРатоРа 10 шУма постУпает на ленной наличием в(7) члена К(Тш 1+ Тш 2)хвыход модулятора 2 через направленный х (1 - В). Причем коэффициенты передачиответвитель 3 мощность шума с температу- входов первого сумматора б выбираютсяРой Тш 1, Далее этот шУмовой сигнал пРохо так, чтобы выполнЯлось Равенстводит через открытый модулятор 2 в антенну а (Тш 1+ Тш 2) - Ь (Тш 2 - Тш 1), (9)1, частично отражается от границы раздела где а, Ь - коэффициенты передачи соответантенна - обьект с коэффициентом страже- ственно второго и первого входов сумматония й, проходит через открытый модулятор ра.2 и направленный ответвитель 3 на выход 15 Таким образом, на вход делимого перприемно-усилительного блока 4. При этом вого делителя 7 напряжений поступает намгновенное значение напряжения, возни- пряжениекающее на выходе приемно-усилительного От = 2 КВТ(1 - Р), (10)блока 4, для третьего интервала времени апосле проведенияоперацииделениявнемпропорционально сумме мощностей сигна на вход первого блока 8 регистрации поступает постоянное напряжениеОз= КТ(1 - К)+ КТш 1 й+ С (5)Вход направленного ответвителя 3 под- От 2 кдт 1 - В 23ключен к выходу антенны 1. МощностьЮ . ТОс 2 Я 1,и 2 - т 1) 1 - Й) Тш 2 - тш 1теплового СВЧ-излучения исследуемого 25 (11)объекта проходит до выхода приемно-уси- которое пропорционально радиационнойлительного блока 4, как и в случае третьего температуре обьекта, не зависит от коэфинтервала времени. фициента передачи радиометра и коэффиОт генератора 10 шума поступает на циента отражения на границе разделавыход модулятора 2 через направленныи 30 антенна - обьект. Постоянные коэффициенответвитель 3 мощность шума с температу- ты а и Ь определяются в процессе калиброврой Тш 2 далее этот шумовой сигнал прохо- ки приборадит на выход приемно-усилительного блока На опорный вход второго синхронного4 аналогично третьему интервалу времени, детектора 13 поступает управляющее наПри этом на его выходе возникает мгно пряжение типа меандра частотой Е 2. Привенное значение напряжения этом на его выходе после интегрирования04 = КТ(1 - Р) + КТш 2 Р+ С, (6) (сглаживания) получается постоянное наВыходное напряжение приемно-усили- пряжениетельного блока 4, представляющее собои Осз=02-01+04 - Оз= К(Тш 2-Тш 1)(1+8),(12)периодически повторяющуюся последовательность напряжений 01, 02, Оз, 04, посту- При прохождении сигналов (8) и (12) чепает на входы первого, второго и третьего рез блок 15 вычитания и второй сумматор 16синхронных детекторов 5, 13 и 14 На опор- получаются напряженияный вход первого синхронного детг. ктора 5 Ос 2 = Осз Ос 2 = 2 КЯ (Тш 2 ТШ 1) (13)подается напряжение типа меандра с часто итой Е 1. При этом на его выходе после интег- Осз = Осз+ Ос 2 = 2 К(Тш 2 Тш 1), (14)рирования с заданной постоянной времени/т ) 1 г Е 1 получается постоянное напряже- которые поступают на входы второго делиние теля 17 напряжений. На его выходе послеОс = Оз + 04 - 01 - 02 = 50 проведения операции деления появляется= 2 КТ (1 - В) - К(Тш 1Тш 2) (1 - Р), (7) напряжениеНа опорный вход третьего синхронногоОв= , =Я,Ос 2детектора 14 поступает меандр частоты Р 1, Осз( 5)сдвинутый во времени на четверть периода которое подается на вход второго блока 18(сдвиг по фазе 90 град) фазонращ;.телем 12. 55 регистрации, Это напряжение пропорциоПостоянное напряжение Ос 2 образуется на нально коэффициенту отражения на гранивыходе третьего синхронного детектора 14 це раздела антенна - обьект и не зависит отпосле интегрирования (сглаживания) с за- коэффициента передачи радиометра и точданной постоянной времени ности поддержания температур генератора10 шума,1626211 ь В. РаковМоргентал став едактор А. Козориз Кор Н. Ревская аказ 277 Тираж 413 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Пэтент", г. Ужгород, ул,Гагарина,Формула изобретенияМодуляционный радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, модулятор, направленный ответвитель, приемно-усилительный блок и первый синх ронный детектор, второй синхронный детектор, блок вычитания, первый и второй задающие генераторы, генератор шума, первый и второй блоки регистрации, выход первого задающего генератора соединен с 10 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 15 генератора шума, выход которого соединен с вторым входом направленного ответвителя, выход второго синхронного детектора соединен с входом вычитаемого блока вычитания, отл ича ю щийс я тем, что, с целью 20 повышения точности измерений, введены последовательно соединенные фазовращатель, третий синхронный детектор, первый сумматор и первый делитель напряжений, выход которого соединен с входом первого блока регистрации, последовательно соединенные второй сумматор и второй делитель напряжений, выход которого соединен с входом второго блока регистрации, выход второго задающего генератора соединен с входом синхронизации первого задающего генератора, выход которого соединен с входом фазовращателя, выход приемно-усии- тельного блока соединен с сигнальными входами второго и третьего синхронных детекторов, выход блока вычитания соединен с входом делимого второго делителя напряжений, выход второго синхронного детектора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего синхронного детектора, с входом уменьшаемого блока вычитания и с входом делителя первого делителя напряжений, второй вход первого сумматора соединен с выходом первого синхронного детектора.