Радиометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК НИЯ САНИ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВпей кая схем ий,а структурнаяетра; на фиг.2 - хема переклюная электричеомежуточ ной ная электричеавлен диом ская с уктур ля пр руктур ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Муромский филиал Владимирского политехнического института(57) Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения радиояркостных температур теплового излучей, и может быть использовано в радиофизике,Изобретение относится к пассивной радиолокации, а именно к технике измерения радиояркостных температур теплового излучения, и может быть использовано в радиофизике, радиоастрономии и радиометеорологии. Цель изобретения состоит в повышении точности измерения при высоких радиояр костных температурах наблюдаемого объек На фиг.1 предст электрическая схема р структурная электриче чателя; на фиг,3 - ст ская схема усилите частоты; на фиг.4 - ст 686389 А 1)5 6 01 й 29/08,0 01 радиоастрономии и радиометеорологии, Цель изобретения состоит в повышении точности измерения при высоких радиояркостных темпеоатурах наблюдаемого объекта. Новым в радиометре является то. что имеются две цепи модуляции с разнесенными частотами, не создающими биений, Кроме того, радиометр содержит два синхронных детектора и вычитающий блок, в котором вычитаются сигналы, снимаемые с выходов синхронных детекторов, На выходе радио- метра регистрируется сигнал, пропорциональный разности шумовых температур сигналов антенны и опорного источника, При этом компенсируются сигналы, пропорциональные шумовым температурам приемника для трактов антенного и опорного сигналов, а также низкочастотные флуктуации коэффициента передачи, 4 ил,ератора опорных нап Радиометр содержит антенну 1 генРра тор шума 2, направленный ответвитель 3, аттенюатор 4, первый смеситель 5, переключатель 6, гетеродин 7, усилитель промежуточной частоты 8, второй смеситель 9, первый 10 и второй 11 генераторы опорного напряжения, квадратичный детектор 12, источник опорного излучения 13, регистратор 14, усилитель низкой частоты 15, первый 16 и второй 17 синхронные детекторы и вычитающий блок 18.Переключатель(см.фиг.2) содержит первый управляемый аттенюатор 19, первый вентиль 20, делитель мощности 21, второйвентиль 22 и второй управляемый аттенюа" тор 23.Усилитель промежуточной частоты 8 (см,фиг,3) содержит первый 24 и второй 25 полосовые фильтры, а также широкополосный усилитель 26.Генератор Опорных напряжений см,фиг.4) содержит релаксационный генератор 27, первый 28 и второй 29 согласующие блоки.Радиометр работает следующим образом,Полезный радиошумовой сигнал, принимаемый антенной 1 (либо поступающий через ответвитель 3 и аттенюатор 4 от генератора 2 при калибровке приемника) и имеющий шумовую те ч пе ратуру Тз, поступает на вход первого смесителя 5, Сигнал от опорного источника 13 с шумовой температурой Топ поступает на вход второго смесителя 9. Преобразованные по частоте сигналы Тв и Топ поступают сОответственнО на первый и второй входы усилителя 8 только в том случае, если сигнал гетеродина 7 через соответствующие выходнь 1 е плечи переключателя 6, управляемого первым 10 и вторым 11 генераторами, будет подан на гетеродинные входы первого 5 и второго 9 смесителей. Если сигнал гетеродина 7 не поступает на смесителю 5 и 9, то на первом и втором входах усилителя 8 действуют тепловые шумы смесителей с эквивалентной шумовой температурой Тзкв при условии, что параметры смесителей идентичны, После усиления в усилителе 8 детектирования, в детекторе 12 и ус,иления в усилителе 15 смесь сигналов подается на выходы первого 16 и второго 17 детекторов. На выходы первого 16 и второго 17 дететоров проходят лишь те сигналы, которые по форме и по фазе совпадают с управляющими сигналами от первого 10 и второгс 11 генераторов, подаваемыми на соответствующие опорные входы детекторов 16 и 17.Первый генератор 10 вырабатывает опорный сигнал прямоугольной формы сс скважностью импульсов больше двух и периодом ем 1, Такой сигнал с первого выхода генератора 10 подается на первый управляющий вход переключателя 6, так что сигнал гетеродина 7 поступает на гетеродинный вход первого смесителя 5 за период ъ. на время Ь = 8 тм, где 0,5О ; 1, В течение тв полезный сигнал Тсм 5 после преобразования в смесителе 5 поступает на первый вход усилителя 8. За время йм 1 - 1 а) = (1 - Я тм ь когда гетеродинный сигнал в смесителе 5 отсутствует, на первый вход усилителя 8 ДвйСтВУЕт ШУМОВОР СИГНаЛ Тзкв. ПОСЛЕ ГРО 5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50хождения такого сигнала через приемно- усилительный тракт на выходе первого детектора 16 образуется напряжение постолнного тока, Равное 016 = А(Тв + Тс 5) - Тзкв), где А- коэффициент пропорциональности,Второй генератор 11 вырабатывает опорный сигнал прямоугольной формы со скважностью импульсов, равной скважности импульсов генератора 10, и периодом тм 2, некратным 11, Сигнал гетеродина 7 поступает на гетеродинный вход второго смеСИтЕЛя 9 В ТЕЧЕНИЕ ПЕрИОда Эа ВрЕМя 1 оп = = ОЪ 2, за которое сигнал от Опорного источника 13 вместе с собственным шумом смесителя 9 Тсц 9 = Тсмб при идентичных параметрах смесителей после преобразования в смесителе 9 поступает на второй вход усилителя 8, За время тм 2 - топ) = (1 О) Ъ 2 на вход усилителя 8 действует шумовой сигнал Тэка, На выходе второго детектора 17 образуется напряжение, равное017 = А КТоп + Тсм 9) - Тзкв 1,Напряжение на выходе вычитающего блока 18, регистрируемое регистратором 14, равно 01 З = А Тв - Топ), При идентичных параметрах смесителей в блоке 18 компенсируются с",ставляющие выходных сигналов детекторов 16 и 17, обусловленные низкочастотными флуктуациями коэффициента усиления усилителя 8, которые, как правило, вносят основной вклад в нестабильность коэффициента передачи радио- метра и ограничивают чувствительность при несимметричной модуляции.Переключатель работает следующим образом,Мощность гетеродина, подаваемая на вход переключателя, делится пополам и поступает на его первый и второй выходы через вентили 20 и 22 и управляемые аттенюаторы 19 и 23 при условии, что на первый и второй управляющий входы поданы отпирающие сигналы, При подаче запи-, рающего сигнала на любой из управляющих входов соответствующий управляемый аттенюатор отражает поступающую на его вход мощность, которая затем поглощается в соответствуощем вентиле, не попадая на выход смежного плеча переключателя,Усилитель промежуточной частоты работает следующим образом,Поступгюгций на первый вход усилителя широкополосный сигнал проходит через первый полосовой фильтр 24, который пропускает в полосе частот Лб, и проходит на вход усилителя 26, Посгупающий на второй вход усилея промежуточной асоы ши1686389 рокополосный шумовой сигнал проходитчерез второй паласовой фильтр 25, который пропускает в полосе частот Л 12, несовпадающей с Ь 1, и также проходит на вход широкополосного усилителя 26, При этом и тот 5 и другой сигналы в силу того, что Ьт 1 и Ь т 2 не совпадают друг с другом, проходят на вход усилителя 26 без ответвления в цепь смежного полосового фильтра, отражаясь от его выхода. Усилитель 26 усиливает смесь 10 шумовых сигналов в полосе Ь 1 + Л т 2.Генератор опорных напряжений работает следующим образом.Релаксационный генератор 27 с регулируемой скважностью генерирует импульс ный сигнал прямоугольной формы с. периодом и скважностью, определяемыми требуемым законом несимметричной модуляции в радиометре, С выхода генератора этот сигнал подается на первый 28 и второй 20 29 согласующие блоки, на выходах которых формируются уровни сигналов, требуемые для нормальной работы управляемых устройств, в данном случае переключателя 6 и синхронных детекторов 16 и 17. 25Чувствительность предлагаемого радиометра дт в силу того, что шумы в трактах антенного и опорного сигналов независимы, можно определить по формуле 30 Значения Тш сяпо формуламТша = Та + Тэка.см + Тупч 1, Тэке = То +(Гн - 1)То,где Еупч - коэффициент шума усилителя промежуточной частоты, для типовых устройствЕупч = 2 - 3 дБ/5;Ен - нормированный коэффма смесителей согласно Гн = 5 -Тэке.см эквивалентная шумовая температура смесителей;То =290 К.Анализ приведенных соотношений показывает, что заметного улучшения чувствительности можно достичь при высокихзначениях Та и Топ по сравнению с шумовыми температурами приемника, например,при измерении радиотеплового излученияСолнца, так как его радиояркостная температура в сантиметровом диапазоне волн составляет 10000 К.Формула изобретения1. Радиометр, содержащий последова 5 тельно соединенные анте ну, направленный ответвитель, первый смеситель,усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частотыи первый синхронный детектор. последоваициент шу 7 дБ,рм эке Оэ дТ Тша Ов где д Та,д Топ - среднеквадратические значения флуктуаций напряжений на выходах первого и второго синхронных детекторов, приведенные к входу приемника соответственно для трактов антенного и опорного сигналов и выраженные в единицах шумовой температуры.При условии Та =Топ, та =топ где га, гоп - постоянные интегрирования соответственно первого и второго синхронных детекторов, можно считать, что д Та, д Топ зависят лишь от шумовых температур входных устройств приемника и не зависят от низкочастотных флуктуаций коэффициента передачи, так как в вычитающем блоке они компенсируются. Кроме того, при идентичных параметрах смесителей дТа =д Топ, поэтому дТ=У 2 д Т,. начение д Та можно определит где д Т - предельная чувствительность, равная чувствительности компенсационного радиометра;р - коэффициент ухудшения чувствительности;М - коэффициент модуляции выходного напряжения квадратичного детектора;Тупу - шумовая температура усилителя промежуточной частоты;Тшв, Тэке - шумовые температуры приемника соответственно при подключенном и выключенном гетеродинных сигналах;Оа, Оэкв - коэффициенты передачи приемника до квадратичного детектора соответственно для Тша и Тэке,- потери преобразования смесителей, типовые значения которых равны- 5 - 8 дБ,С учетом того, что чувствительность прототипа д Тп вдвое хуже, чем у компенсационного. можно принять дТк = дТп/2 д,2КТогда коэффициент повышения чувствительности предлагаемого радиометра ра- вен х =1 - =1 -- ,.дт 6 дТп 2 а, Тэка и Т пч определяюттельно соединенные генератор шума и аттенюатор, последовательно соединенные гетеродии, переключатель и второй смеси- тель, а также источник опорного сигнала, выход которого подключен к второму входу второго смесителя, первый генератор опорного напряжения, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам соответственно переключателя и первого синхронного детектора, и регистратор, причем выход аттенюатора соединен с вторым входом направленного ответвителя, второй выход переключателя соединен с вторым водом первого смесителя, а выод ороо смесителя соединен с вторым входом усилителя промежуточной частоты, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения при высоких радиояркостных температурах наблюдаемого объекта, в него введены второй синхронный детектор, первый выход которого соединен с выходом усилителя низкой частоты, вычитающий блок, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго синхронных детекторов, а выход соединен с входом регистратора, и второй генератор опорного напряжения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к третьему входу переключателя и второму входу второго синхронного детектора, причем частоты 11 и т 2 колебаний соответственно первого и второго генераторов опорной частоты устанавливают такими, чтобып 1и 2где а и и - произвольные целевые числа, удовлетворяющие неравенствам пзЛ 1 унчЛ 1 иЬунчЛ 2,где Ьунч - полоса пропускания усилителянизкой частоты,2. Радиометр поп.1, отл и ч а ю щи й 5 с я тем, что переключатель содержит последовательно соединенные делитель мощности, первый вентиль и первый управляемыйаттенюатор, последовательно соединенные. второй вентиль и второй управляемый атте 1 О нюатор, причем вход второго вентиля подключен к второму выходу делителямощности, вход которого является первымвходом, переключателя, вторые входы первого и второго управляемых аттенюаторов15 являются соответственно вторым и третьимвходами переключателя, а выходы - соответственно первым и вторым выходами переключателя,3, Радиометр по п,1, о т л и ч а ю щ и й 20 с я тем, что усилитель промежуточной частоты содержит первый и второй полосовыефильтры, входы которых являются первым ивторым входами усилителя промежуточнойчастоты, и широкополосный усилитель, вход25 которого подключен к соединенным вместевыходам первого и второго полосовых фильтров, а выход является выходом усилителяпромежуточной частоты.4, Радыметр по п.1, отл и ча ю щийЗО с я тем, что генератор опорных напряженийсодержит релаксационный генератор с регулируемой скважностью, первый и второйсогласующие блоки, входы которых подключены к выходу релаксационного генератора,35 а выходы являются соответственно первыми вторым выходами генератора опорных напряжений.1686389 Составитель С.КочерТехред М.Моргентал Корректор М,Ш едактор Т,Иванов город, ул,Гагарина, 101 нно-издательский комбинат "Патент роизво Заказ 3596 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раувская наб 4/5