Модуляционный радиометр

Модуляционный радиометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1 . ШДУЛЯЦИОНШЙ РДЩЮМЕТРу содержащий усилитель высокой частоты и последовательно соединенные усилитель низкой частоты, синхронный дет«стор и блок регистрации, при этом к управляющему входу синхронного детек тора подключен генератор опорного Hk- пряжения, о тли чаю щ и и с я . , тем, что, с целью повьшения,точности измерений, введены между вькодом усклйтеля -высокой частоты и входом усилителя низкой частоты последовательно, соединенные делитель мощности, полосовой фильтр, аттенюатор и коммутационно-детектирующий блок, а также второй полосовой фильтр, включеннь между вторым выходом делителя мощности и вторым входом коммутационно-детектирующего блока, управляющий вход которого соединен с выходом генератора опорного напряжения. 2. Радиометр по тг. I, о т л и -. чающийся тем, что введен входной полосовой фильтр, выход которого соединен с входом усилителя высокой частоты. 3. Радиометр по п. 1 тщ 2, отличающийся тем, что комму .тационно-детектирующий блок вьшолнен в виде последовательно соединенных СВЧ-коммутатора и квадратичного детектора , при этом управляющий и два сигнальных входа СВЧ-коммутатора являются управляюпцт и сигнальными входами коммутационно-детектирующего блока, а СЛ выход квадратичного детектора - выходом блока. 4. Радиометр . 2, о т л и ч а ю щи и с я тем, что коммутациОннодетектирующий бЛок содержит два квадратичных детектора, входы которых являются сигнальными входа1 и блока, а выходы соединены с первым и вторым :о сигнальными входами низкочастотного коммутатора, управляющий вход которого является управляющим входом, а выход выходом коммутационно-детектиру СП ющего блока.

СОЮЗ СОВЕтСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБ ЛИК (19) (И).

А1 (50 4 Н 04 В .1/10, G 01 R 29/08, 29/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ- СССР (21) 3714373/24-09

{22) 04.04.84 (46) 15. ° 10 .89. Бюл. Ф 38: (71) Горьковский научно-исследовательский радиофизический институт (72) С. А. Волохов . (53) 621. 317 (088. 8) (56) Д. Д. Краус. Радиоастрономия. И ., Сов. радио, 1973.

Ясепкина Н. А. и др. Радиотелеско-. пы и радиометры. M. : Наука, .1973, с. 258, рис. 156, 157. (54) (57:) 1. ЮдуляцИОННЫЙ РлциаМКтР:,— . содержащий усилитель высокой частоты и.последовательно соединенные усилитель нйзкой частоты, синхронный детек.тор и блок .регистрации, при этом к: управляющему входу синхронного детектора подключен генератор опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения, точности измерений, введены между выходом усилителя.высокой частоты и входом усилителя низкой частоты последовательно . соединенные делитель мощности, первый полосовой фильтр, аттенюатор и коммутационно-детектирующий блок, а также второй полосовой фильтр, включенный между вторым выходом делителя мощности и вторым входом коммутационно-детектиИзобретение относится к радиотехнике, предназначено для измерения слабых шумовых сигналов на фоне внутренних шумов приемника и может быть использовано для радиоастрономйческих наблюдений, радиоизмерений, в технической и медицинской диагностике ит.д.

2 рующего блока, управляющий вход кото-. рого соединен с выходом генератора опорного напряжения.

2. Радиометр по п. 1, о т л и — . ч а ю шийся тем, что введен входной полосавой фильтр, выход которого соединен с входом усипителя высокой частоты.

3. Радиометр по п. 1 иди 2, о т— л и ч а ю шийся тем, что комму.тациоино-детектирующий блок выполнен в виде последовательно соединенных

СВЧ-коммутатора и квадратичного детектора, при этом управляющий и два сигнальных входа СВЧ-коммутатора являются управляющим и сигнальными входами коммутационно-детектирующего блока, а Е выход квадратичного детектора — выходом блока.

4. Радиометр по п. 2, о т л и ч аю шийся тем, что. коммутационнодетектирующий блок содержит два квад- 2 ратичных детектора, входы которых являются сигнальными входами блока, а выходы соединены с первым и вторым сигнальными входами низкочастотного . коммутатора, управляющий вход которого является управляющим входом, а выход - выходом коммутационно-детектиру-ющего блока.

Целью изобретений является повьппенйе точности измерений..

На фиг. 1 предсгавлена структурная электрическая схема модуляционного радиометра; на фиг. 2 и 3 — варианты реализации коммутационно-детектирующего блока.

1!95454

Модуляционный радиометр состоит из усилителя 1 высокой частоты, дели.теля 2 мощности, первого полосового фильтра 3, аттенюатора 4, второго полосового фильтра 5, генератора 6 опорного напряжения, коммутационно-детек- . тирующего блока 7, усилителя 8 низкой частоты, синхронного детектора .9, блока !О регистрации..

Коммутационно-детектирующий блок 7 состоит из СВЧ-коммутатора 1 l.и квадратичного детектора 12 (см. фиг. 2}, либо из первого 13 и второго 14 квадратичных детекторов и низкочастотного 15 . коммутатора 15.

На входе усилителя 1 высокой частоты может быть включен входной 16 полосовой фильтр..

Вместо усилителя 1 высокой частоты 2р в радиометре могут применяться последовательно соединенные смеситель с гетеродином и усилитель промежуточной частоты.

Модуляционный радиометр (см. фиг. Ц25 в котором блок 1 выполнен в виде широкополосного усилителя или последовательно соединенных смесителя с гетеродином и усилителя промежуточной частоты, блок 7 выполнен, как пока- ур зано на фиг. 2, а полосы пропускания

Af3 6 f4 первого и второго полосовых фильтров равны между собой, обеспечивает измерение спектральных особенностей шумовых сигналов и работает следующим образом.

Измеряемый шумовой сигнал поступает на вход усилителя 1 высокой частоты, который -осуществляет усиление с . одинаковым Коэффициентом С4 шумов В 4р полосе .частот.6 f . На его выходе в полосе частот g f присутствует усилен ная аддитивная смесь измеряемого шумового сигнала и собственных шумов уси-. лителя 1. Делитель 2 мощности осуще- 4g ствляет разделение шума по мощности на две равные части. Первый и второй полосовые фильтры выделяют из каждой частй шум: в полосах частот, соответст-, венно ба и bf4, которые являются йе- 5р перекрывающимися частями полосы час— тот Ь f> и удовлетворяют соотношению первого полосового фильтра через аттенюатор 4 поступает на первый вход .СВЧ-коммутатора l 1, включенного на входе коммутационно-детектирующего блока 7. Аттенюатор 4 обеспечивает равенство .шумовых мощностей на входах

СВЧ-коммутатора 11. Аддитивная смесь измеряемого шумового сигнала и собственных шумов усилителя 1 в полосе ча,стот4 f4 с выхода второго 5 полосового фильтра поступает на второй вход

СВЧ-коммутатора 11. На управляющий вход СВЧ-коммутатора ll поступает напряжение в виде последовательности прямоугольньи импульсов с генератора

6 опорного напряжения. В первую половину последовательности P на .выходе

СВЧ-коммутатора.)1 присутствует. шум в полосе частот А f» а во вторую половину периода .— шум в полосе ай4. Квадратичный детектор 12 осуществляет преобразование шума с выхода СВЧ-.коммутатора 11 в напряжение низкой частоты, пропорциональное мощности шума на его входе. После усилителя 8 низких частот напряжение поступает в синхронный детектор 9. На управляющий вход . синхронного детектора 9 поступает напряжение в виде последовательности P прямоугольных импульсов с генератора

6. Синхронный детектор 9 формирует напряжение, прдпорциональное разности уровней напряжений, поступающих на

его вход в различные полупериоды напряжения с генератора 6. При этом осуществляется взаимокомпенсация флукту- .аций коэффициента усиления и собственньи шумов усилителя в полосах частот

ЬЙ3-и и f4,.что и обеспечивает повыше" ние стабильности радиометра. Блок 10 регистрации осуществляет регистрацию наклона спектра, т.е. разности напряжений, пропорциональных мощностям,измеряемого шумового сигнала в полосах частот b f3 и Д f4 .

Выполнение одного иэ полосовых фильтров 3, 5 перестраиваемым позволяет измерять спектральные особенности измеряемого шумового сигнала во всей полосе усилителя 1 высокой частоты.

Аддитивная смесь измеряемого шумового сигнала и собственных шумов усилителя 1 в полосе частота Г3 с выхода

Модуляционный радиометр (см. фиг. 1)

) в котором на входе усилителя высокой частоты включен входной 16 полосовой .фильтр, блок 7 выполнен, как показано. .на фиг. 2, а полосы пропускания Ь f< и

hfg первого и второго полосовых филь1195454„ тров соответственно удовлетворяют соотношению (4f< < (hf f ), 5 где аf< > 2 6 f<., а д f< — полоса частот, формируемая входным полосовым фильтром 16 .на входе усилителя 1, работает следующим образом.

Измеряемый шумовой сигнал поступа;ет на входной полосовой фильтр, осуще.ствляющий формирование рабочей полосы частот h f радиометра. Последующие элементы усилителя 1 высокой частоты осуществляют усиление шумов в полосе частот h f > 2 h f .. При этом коэффициент усиления G .óñèëèòåëÿ 1 одинаков в частотных полосах Afg и (hf ..:-:

hf ). Ha выходе усилителя l.в .полосе

dfZ присутствует усиленная аддитивяая смесь измеряемого шумового сигнала и входных собственных шумов усилителя 1, а в полосе (hf< — hf ) — только усиленные собственные шумы усилителя 1. 25

Делитель мощности 2 осуществляет разделение шума по мощности на две части.

Из-.одной части первый полосовой фильтр выделяет шум в полосе частот

jf>., где a f 4.af,(sf< — hf ), а .из другой второй полосовой фильтр выделяет шум в полосе частот д f<.

Шум в. полосе частотА f, представляющий .собой аддитивную смесь измеряемого шумового сигнала и собственных шумов усилителя 1 высокой частоты, с выхода второго полосового фильтра по .ступает на,вход СВЧ-коммутатора 11.

Мощность этого шума

И, =GK (Тз+ Т,)а,, где G — коэффициент усиления усилителя 1 высокой частоты;

К вЂ” постоянная Больцмаиа; . . 45

T> — эффективная температура со6ственных шумов усилителя 1 в. полосе частот h fl

Т вЂ” эффективная температура измеряемого шумового сигнале.:

Шум в полосе частот h f<, представ» ляющий собой собственные шумы усили- теля l с выхода первого 3 полосового фильтра через аттенюатор 4 поступает на другой вход СВЧ-коммутатора 11, включенного на входе коммутационнодетектирующего блока 7. Мощность И этого шума

У вЂ” С КТ ф где С1 — коэффициент усиления усили- теля 1;

К вЂ” постоянная Больцмана;

Т вЂ” эффективная температура

5 собственных шумов усилителя

1 в полосе частот d f, — коэффициент передачи аттенюатора 4.

Аттенюатор 4 обеспечивает равенство шумовых мощностей на входах СВЧкоммутатора 11. На управляющий вход

СЗЧ-коммутатора 11 поступает напряже.ние в виде последовательности P прямоугольных импульсов е. генератора 6 опорного напряжения. В первую половину периода последовательности P на. выходе СВЧ-коммутатора 11 присутствует шум в полосе частот.h f, а во вторую половину периода — шум в полосе частот

Ьf Квадратичный детектор 13 осуществляет преобразование шума с выхода . СВЧ-коммутатора ll в напряжение низкой частоты, пропорциональное мощности шума на его входе. После усилителя 8, :низкой частоты напряжение поступает в синхронный детектор .9. На управляющий вход синхронного детектора 9 поступает ° напряжение в виде последовательности прямоугольных импульсов с генератора

6. Синхронный детектор 9 формирует напряжение U пропорциокальное. разности уровней напряжений, поступающих на его вход в разные поаупериоды опорного напряжения с генератора 6.

U-= G, К(Т,М, + Т„а, -)Tgdf ).

В реальных устройствах эффективная температура собственного шума Тз в полосе частот A f равна эффективной температуре собственного шума Т в полосе частот ДЕ - (T> ь Т ). Так как

hf< с и f<, то при отсутствии измеря- емого шумового сигнала на входе радиометра (Т = О) аттенюатор 4 за счет изменения коэффициента передачи у. обеспечивает нулевое значение напряжения

U. При этом осуществляется компенсация напряжения, пропорционального собственным шумам усилителя 1 в полосе частот Е, напряжением, пропорциональным собственным шумам усилителя l в полосе

hfdf. флуктуации коэффициента усиления и собственных шумов усилителя 1 в полосах частот h f и sf< взаимозависимы.

Кроме того, напряжение на выходе синхронного детектора 9 пропорционально разности шумовых сигналов, поступающих

7 1195454 8 на входы коммута1 ионно-детектирующего шумового сигнала и собственных шумов блока 7. Поэтому в приемнике осущест- усилителя 1 высокой частоты, с выхода вляется компенсация флуктуаций собст- второго полосового фильтра 5 поступавенных шумов и коэффициента усиления ет на вход квадратичного детектора высокочастотного тракта в полосе сиг- 13. Шум в полосе частот д fy, представнала 4 Й1 флуктуациямн собственных шу- ляющий собой собственные. шумы усилитемов и коэффициента усиления высокочас-! ля 1, с выхода первого полосового тотного тракта в полосе g f< что и фильтра 3 через аттенюатор 4 поступаобеспечивает повьппение стабильности . !p ет на вход квадратичного детектора радиометра. Блок 10 регистрации осу- 14. Аттенюатор 4 обеспечивает равенстществляет контроль за нулевым уровнем во шумовых мощностей на входах квадранапряжения..При наличии измеряемого тичных детекторов 13, 14, которые осушумового сигнала на входе радиометра ществляют идентичные преобразования нулевой уровень напряжения U обеспе- !5 шума в напряжения низкой частоты„ чивается при другом значении коэффи" пропорциональные мощностям шума в поциента передачи аттенюатора 4. Шка- лосах частот соответственно и и gf . ла значений коэффициента передачи Напряжения с выходов квадратичных деаттенюатора 4 проградуирована в гра- текторов 13, 14 поступают на соответдусах Кельвина и является измеритель- 20 ствующие входы коммутатора 15. На упной шкалой радиометра. равляющий вход коммутатора 15 поступаМодуляционный радиометр (см, фиг. 1)> . ет напряжение в вид@ последовательнов котором на входе включен входной сти Р прямоугольных импульсов с гене16 полосовой фильтр, блок 7 выполнен, . Ратора 6 опорного напряжения. В перкак показано на фиг, 3, полосы пропус-25 вую половину периода последовательнокания л f и f первого и второго по- сти P на выходе коммутатора 15 присутлосовых фильтров соответственно удов- ствует. напряжение с квадратичноГо делетворяют соотношению тектора 13, а во вторую половину периода — напряжение с квадратичного деi (a f ) 3O тектора 14. После усилителя 8 .низкой г частоты напряжение подается на сингде 4 f > 2 hf а д f — полоса час- XPQ N детектор 9. На управляющий

1 а z тот, формируемая входным полосовым вход синхронного детектора 9 поступафильтром на входе усилителя 1, рабо- ет напряжение в виде последовательнотает следующим образом.

35 сти P прямоугольных импульсов с генеИзмеряемый шумовой сигнал поступа- Ратора б. СинхРОнный детектоР 9 фоРмиет на вход. входного полосового фильт- рует напряжение, пропорциональное раз-ра, осуществляющего формирование раба- ности УРовней напРЯжений, постУпающих чей полосы частот и Х радиометра. на его вход в различные полупериоды

Усилитель 1 высокой частоты производит4р опорного напряжения с генератора б. усиление шумов в полосе частот 4 Е ак как g f (Ь f<, то при отсутствии

3 2 д f . При этом коэффициент усиле- измеряемого шумового сигнала на входе и ния G усилителя 1 одинаков в частот- Радиометра аттенюатор 4 за счет изме1 ных полосах g Е и (!Š— Д fz) . На нения коэффициента передачи обеспевыходе усилителя 1 в полосе g f при- .„5 чивает нУлевое значение напряжения на

z сутствует усиленная аддитивная смесь выходе синхронного детектора 9. При измеряемого шумового сигнала и вход- этом осуществляется компенсация напряных собственных шумов усилителя 1, а жения, пропорционального собственным в полосе (hf — gf ) — только Усилен- шумам усилителя 1 в полосе частот л

1 нйе собственные шумы усилителя 1. де- 5р напряженнем, пропорциональным собст- литель 2 мощности осуществляет разде- венным шУмам усилителя 1 в полосе д f+, ление шума по мощности на две части. Поскольку Флуктуации коэффициента усиИз одной части первый полосовой ления и шумов усилителя 1 в полосах фильтр выделяет шум в полосе частот

Lg ° в. полосе частот fпредставляющий,,фпуктуациями собственных шумов и коэфпредставляющи собой адцитивную смесь измеряемого фициента усиления усилителя 1 в полосе

1195454 иМ

Редактор О. 33ркова Хехред Д.Олийнык КорректорИ. Иуска

° еаеа Мена

Юбф ф Ю Ю »

:-1аказ 6864

Тираж 627: - : Подписное

ВНИКНИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, E-35-, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 фg- обеспечивает повышение стабильно.сти.радиометра. Блок 10 .регистрации осуществляет контроль за нулевым уровнем напряжения с синхронного детектора

9. При наличии измеряемого. шумового сигнала на входе радиометра нулевой.уровень напряжения на:выкоде синщюнного детектора 9 обеспечивается .при другом значении коэффициента передачй 1О аттенюатора 4. Шкала значений коэффи- .. циента передачи аттенюатора 4 нрогра-: дуирована в градусах Кельвина и явля1О ется измерительной шкалой радиометра.

Преимуществом описываемого модуля«, ционного радиометра является. простота реализации и эксплуатации, В ием-отсутствует эталонная нагрузка нулевой, метод измерения шумовых сигнаяов ееу- ществлен беэ включения дополнительных регулируемых шумовых источников .и кон-. троль коэффициента. усиления не требует .присутствия калибровочного генератора шума.