Интегратор для модуляционного радиометра

(50 4 С 01 8 13/9 ИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ У Ф 21офизики и электроГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Институт радиники АН АрмССР(54) ИНТЕГРАТОР ДЛЯ МОДУЛЯЦИОННОГОРАДИОМЕТРА(57) Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться длявыделения среднего значения напряжения, пропорционального разности шумовых мощностей измеряемого сигнала иэталонной нагрузки в модуляционномрадиометре, Цель изобретения - повышение точности при одновременном упрощении. Для достижения цели в устрво введены счетчик-делитель 3, КБтриггер 5, элемент ИЛИ 6, запоминающий блок 16. В устр-ве операцииусиления с подавлением синфаэной помехи, интегрирования и детектированияразностного сигнала реализованы всегона одном операционном у-ле. Все типыкоммутационных помех, возникающих водном полупериоде модуляции и дакщихдобавку напряжения на конд-ре компенсируются такими же помехами в другом полупериоде, напряжение которыхвычитается из напряжения конд-ра протеканием через него обратного тока.Предлагаемое устр-во выделяет разностный сигнал независимо от наличияили отсутствия постоянной составляющей.входного сигнала, что расширяетобласть его применения при различныхрежимах обработки радиометрическихсигналов, 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для выделения среднего значения напряжения,пропорционального разности шумовыхмощностей измеряемого сигнала и эталонной нагрузки в модуляционном радиометре,Цель изобретения - повышение тоности при одновременном упрощении.На фиг.1 представлена структурнаяэлектрическая схема интегратора, нафиг.2 - временные диаграммы, поясняизцие работу интегратора.Интегратор для модуляционного радиометра содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетный триггер2, счетчик-делитель 3, элемент И-НЕ4, КБ-триггер 5, элементы ИЛИ 6 иНЕ 7, коммутаторы 8-12, операционныйусилитель 13, коммутатор 14, источ"ник 15 опорного напряжения, запоминаащий блок 16, токозадающий резистор17, первый 18 и второй 19 резисторыи конденсатор 20. 25Интегратор для модуляционного радиометра работает следующим образом,Генератор 1 прямоугольных импульсов выдает импульсы, каждый из которых производит переключение счетного триггера 2, на выходах которого фор-.мируется противофазный меандр (фиг.2 а - в), период которого задает перибд модуляции с. Выходной сигнал триггера 2 передается в высокочастотную (ВЧ) часть радиометра для управления модулятором (М), производящим в каждом из полупериодов подключение к входу радиометра измеряемого сигна ла или эталонной нагрузки. Передний фронт каждого импульса на прямом выходе счетного триггера 2 (фиг.2 б) вмоменты времени с, сз, с,ео дает один счетный импульс, заполняющий счетчик-делитель 3, который практически считает число периодов модуляции.При достижении счетчиком-делителем 3 некоторого числа и, определяемого его коэффициентом деления, в момент времени с на его выходе появляется импульс, который поступает на Б-вход КБ-триггера 5, переводя его в единичное состояние (фиг.2 г). КБ-триггер 5 находится в единичном состоянии в интервале времени с -сц до поступления его на К-вход переднего фронта импульса с прямого выхода счетноготриггера 2,Через элемент ИЛИ 6 проходят импульсы с прямого выхода счетноготриггера 2 и с выхода КБ-триггера 5(фиг.2 б,г), поэтому на его выходенапряжение имеет вид, показанный нафиг.2 д, Едийичные состояния КБ-триггера 5 и прямого выхода счетноготриггера 2 переводят элемент И-НЕ 4в нулевое состояние в интервале времени с-с, (фиг.2 е), которое инвертируется на элементе НЕ 7 (фиг2 ж).Коэффициент деления счетчика-делителя 3 определяет число периодов модуляции, образующих интервал с, поистечении которого устройство калцыйраз переходит в режим переключений,описанных для интервала г.-с, . Такимобразом, формируются напряжения(фиг,2 в,д - ж), управляющие режимами переключения коммутаторов 8 - 12и 14.С выхода предварительного усилителя низкой частоты (ПУНЧ) из ВЧ части через первый вход модулированноепо амплитуде напряжение, каждый полупериод которого реально представляетсобой не постоянное, а шумное напряжение (фиг.2 и), поступает на входидеального интегратора, образованноготокозадающим резистором 17, операционным усилителем 13 и конденсатором 20, Ток заряда конденсатора 20в идеальном интеграторе обеспечивается источником тока, выполненном наоперационном усилителе 13, и поэтомуне зависит от напряжения на конденсаторе 20, как это имеет место для КСинтеграторов, поэтому выходное напряжение идеального интегратора можетпревышать значение входного напряжения, что эквивалентно его усилению,т.е. ток заряда определяется тольковходным напряжением устройства и вкаждом полупериоде напряжение конденсатора 20 линейно изменяется, накапливая среднее значение шумового напряжения. В каждый момент временинапряжение на конденсаторе 20 пропорционально математическому интегралуили среднему значению шумового напряжения на временном интервале зарядаконденсатора 20.Значение токозадающего резистора17 создает ток заряда конденсатора20 и определяет коэффициент усилениясреднего значения шумового напряже45 3 14014ния в идеальном интеграторе. На опорный вход идеального интегратора черезпервый резистор 18 подается напряжение с второго входа устройства коЭ5торое в частном случае может не содержать сигнальной информации и нести только информацию о наведенных помехах в линии соединения ВЧ и НЧ трактов,Такая же помеха будет наведена в сигкальком проводе первого входа, поэтому она будет скомпенсирована надифференциальных (вычитающих) входах.операционного усилителя 13 и не сказывается на процессе заряда конденсатора 20,Коммутатор 12 замкнут на все интервале Ьг. и интегратор работает врежиме заряда входным током. Ток заряда задается в каждом периоде моду Оляции попеременно по полпериода напряжением измеряемого сигнала илиэталонной нагрузки. Считаем, что полупериодами напряжения измеряемогосигнала являются интервалы г., -сп) 25п-с 4) и т.д., а эталонной нагрузкии т.д. (фиг.2 и). Работа коммутатора 10,9 и 8,11 обеспечивает переключение обкладок конденсатора 20 таким образом, что в полупе" Зрриодах п-с) с-п 4)) когда замкнуты коммутаторы 10 и 9, конденсатор 20 заряжается напряжением измеряемого сигнала, а в полупериоды й -с,С 4-Сп)Когда замКНУты КоммуТатОры 8 и 11, ток протекает через конденсатор 20 в обратном направлениии он заряжается напряжением эталоннойнагрузки.Так как напряжение сигнала вьппенапряжения эталона, то крутизна заряда больше, чем крутизна разряда, ив конце интервала с -с напряжениеконденсатора 20 достигает значенияН (фиг.2 з), которое пропорциональноразности средних значений сигнальнойи эталонной мощности на интервалеС,-, В следующем периодемодуляциис -с и к напряжению О прибавляетсясреднее значение разностного сигналав этом периоде, т.е. напряжение Цпропорционально разности средних эна"чений сигнальной и эталонной мощности на интервале с,-с.Таким образом, разностный сигналнакапливается в течение времени с)которое на практике содержит десяткии сотни периодов модуляции, и сформированное напряжение У (фиг.2 з) пред 244ставляет собой усиленное значение разностного сигнала Б -Б на интервале времени ьс) представляющем собой время усреднения выходного сигнала и определяемым коэффициентом деления (числом и) счетчика-делителя 3. При этом напряжение Ур может иметь и отрицательное значение при эталонном напряжении вьппе сигнального или при иной последовательности заряда и разрядаВ интервале г -пд при замкнутых коммутаторах 10 и 9 и разомкнутом коммутаторе 12 (фиг.2 е) операционный усилитель 13 представляет собой повторитель выходного напряжения источника 15 опорного напряжения, которое суммируется на выходе операционного усилителя 13 с напряжением конденсатора 20. Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 13, несущее информацию о разностном сигнале, может быть сдвинуто на произвольный отрицательный или положительный уровень выбором выходного напряжения источника 15 опорного напряжения, Через замкнутый коммутатор 14 в интервале п -г. выходное напряжение операционного усилителя 13 выдается на запоминающий блок 14, с выхода которого выдается на выход интегратора.В интервале с О -с,н при замкнутых коммутаторах 8-12 конденсатор 20 раз" ряжается до нуля, после чего с момента с, режим, описанный для интервала с,-сн , повторяется. Новое значение Ц сформированное в последукнцем интервале с также выдается на выход через запоминающий блок 14, т.е. раэностный сигнал на выходе интегратора представляется в виде дискретной последовательности результатов интегрирования на интервалх с, причем, так как операция интегрирования, необходимая для вьделения среднего значения, производится идеальным интегратором, выполняющим чисто математическую операцию интегрирования, то раз-. брос результатов интегрирования от интервалас к интервалу, т.е. раз" мах выходных флуктуаций среднего значения разностного сигнала, лежит в пределах чувствительности радиометра, определяясь как ошибка среднего арифметического при усреднении.Таким образом, на выходе тракта формируется именно среднее значениеразностного сигнала, которое может быть непосредственно использовано в дальнейшей обработке. При этом в известном устройстве, использующем в качестве интегратора фильтр нижних частот на основе КС-цепочки, амплитуда шумовых флуктуаций уменьшается в соответствии с частотной характеристикой фильтра, но сохраняется и превьппает значение чувствительности, что требует дополнительных работ по выделению среднего значения разностного сигнала.Кроме того, в предлагаемом устройстве операции усиления с подавлением синфазной помехи, интегрирования и детектирования разностного сигнала реализованы всего на одном операционном усилителе, в то время как в известном устройстве для выполнения этих функций исп 6 льзуется восемь операционных усилителей, восемь коммутаторов, двенадцать конденсаторов и т.д.Все типы коммутационных помех, возникающих у предлагаемого устройства в одном полупериоде модуляции и дающих добавку напряжения на конденсаторе, компенсируются таким же помехами в другом полупериоде, напряжение которых вычитается из напряжения конденсатора протеканием через него обратного тока, а в известном устройстве подавление коммутационной и синфазной помех достигается тщательным симметрированием обоих каналов.В отличие от известного устройства, имеющего возможность работать только с переменной составляющей напряжения ПУНЧ, предлагаемое устройство выделяет разностный сигнал не.зависимо от наличия или отсутствия, постоянной составляющей входного сиг нала, что расширяет область его применения при различных режимах обработки радиометрических сигналов,Формула изобретенияИнтегратор для модуляционного радиометра, содержащий генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом счетного триггера, прямой и инвертирующий выходы которого являются входами подключения модулятора высокочастотной части модуля 5 1 О 15 20 25 ЭО 35 40 45 50 55 цианного радиометра, токоэадающий резистор и первый резистор, первые выводы,которых являются входами сигналов предварительного усилителя низкой частотывысокочастотной части модуляционногорадиометра, второй вывод первого резистора соединен с неинвертирующим входомоперационного усилителя, прямой выходсчетного триггера соединен с первымвходом элемента И-НЕ, выход которогосоединен с входом управления первогокоммутатора и входом элемента НЕ, выход которого. соединен с входом управления шестого коммутатора, второйрезистор, первый вывод которого соединен с выходом источника опорногонапряжения, второй, третий, четвертыйи пятый коммутаторы, при этом инвертирующий выход счетного триггера соединен с входами управления второго ипятого коммутаторов, выход второгокоммутатора соединен с первым выводомконденсатора, о т л и ч а ю щ и й -с я тем, что, с целью повышения точности при одновременном упрощении,введены.КБ-триггер, счетчик-делитель,элемент ИПИ и запоминающий блок, приэтом прямой выход счетного триггерасоединен с К-входом КБ-триггера ивходом счетчика-делителя, выход которого соединен с Б-входом КБ-триггера,выход которого соединен с вторымивходами элемента И-НЕ и элемента ИЛИ,первый вход которого соединен с пря"мым выходом счетного триггера, выходэлемента ИЛИ соединен с входами управления четвертого и третьего коммутаторов, второй вывод токозадающегорезистора соединен с входом первогокоммутатора, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и входами второгои третьего коммутаторов, второй вывод первого резистора соединен свторым выводом второго резистора, выход операционного усилителя соединенс входами четвертого и пятого коммутаторов и входом шестого коммутатора, выход которого соединен с входомзапоминающего блока, выход которогоявляется выходом интегратора для модуляционного радиометра, выход четвертого коммутатора соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с выходами тре"твего и пятого коммутаторов.р К 1 кб Риг Составитель Е.ПогибловаТехред М.Моргентал Редактор П.Гереши орректор И. Муск Тираж 772 По ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5