Модуляционный радиометр

Модуляционный радиометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ COB E TC K VIX

coI1èÀëècTè÷Eских

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕНПЫЙ KOMHTET

ПО ИЗОБРЕ ГЕНИЯМ И OTKPbITVIRM

ПРИ (KHT СССР л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4008123/09 (22) 03.07.86 ,f 46) 07,02.91. Бюл. N. 5 (72) В.С.Гаевский, С.В.Маречек, Ю,B.Ìåøков, Ю.Н.Муськин и В.М.Поляков (53) 62 1.31 7 (088.8) (56) Есепкина Н.А. и др. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N. 1105832, кл. G 01 R 29/08, 1984. (54) МОДУЛЯЦИОННЫ11 РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к технике СВЧ.

Цель изобретения — повышение точности измерений. Модуляционный радиометр содержит антенну 1, модулятор 2, направленный ответвитель 3, приемно-усилительный блок 4, синхронные детекторы 5, 13 и 14, сумматор 6, делители 7 и 16 напряжений, „„5U„„1626210 А1 блоки 8 и 17 регистрации (БР), задающие г-ры 9 и 11, r-p 10 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 поддержания температур г-ра 10. 2 ил.

1626210

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к модуляционным радиометрическим приемникам СВЧ-диапазона, применяемым для приема и измерения электромагнитного излучения объектов, прилегающих непосредственно к антенне, например, для определения глубинной радиационной температуры тканей биологических объектов, почвогрунтов. водных растворов и других полупроводящих сред, а также 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 его работу, Модуляционный радиометр содержит антенну 1, модулятор 2, направленный ответвитель 3, приемно-усилительный блок

4, первый синхронный детектор 5, сумматор 6, первый делитель 7 напряжений, первый блок 8 регистрации, первый задающий генератор 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 объекта производится при двух различных заданных значениях мощности шумового сигнала, например, Т г > Тш, вырабатываемого генератором 10 шума. Это необходимо для измерения коэффициента отражения на границе раздела антенна — объект и точного определения радиационной температуры в условиях флуктуаций коэффициента отражения, а также для учета флуктуаций коэффициента передачи тракта радиометра.

Модуляционный радиометр работает следующим образом.

Мощность теплового СВЧ-излучения исследуемого объекта поступает на границу раздела антенна — объект. Часть мощности, пропорциональная TR, отражается от границы раздела и затухает в среде объекта (R-коэффициент отражения на границе раздела антенна — объект).

Оставшаяся часть мощности, пропорциональная

Т (1 — R) =- T, 10

50 с5 принимается антенной 1 и поступает на вход модулятора 2.

Первый 9 и второй 11 задающий генераторы формируют управляющие напряжения

0р1 и Огр формы меандра частотой Fi u Fz соответственно, фазы которых синхрониэированы, а частоты связаны соотношением

Fz = 2п F>. (2) где n — 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 Г2 = 2Г) и Т < Тш1 < Тщ2.

Управляющее напряжение типа меандра с часто ой F< поступает на управляющий вход модулятора 2 и обеспечивает nooseредные подключение и отключение выхода антенны 1 к входу направленного ответвителя 3. Управляющее напряжение типа меандра с частотой Fz осуществляет модуляцию мощности генератора 10 шума поочередно до температуры Тш1 и Tujг. 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 Ui, О, Оз, U4, возникающие на выходе приемно-усилительного блока 4 для каждого интервала времени, определяются следующим образом.

Вход направленного 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 мо улятора 2 и проходит через направленный ответвитель 3 на выход приемно-усилительного блока 4

Ui = КТш + С, (3) где К вЂ” размерный коэффициент передачи радиометра от входа модулятора 2 до выхода приемно-усилительного блока 4;

С вЂ” постоянная составляющая напряжения, одинаковая для всех четырех интервалов времени.

Вход направленного ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1.

От генератора 10 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой

T z, далее аналоги <но первому интервалу времени имеют

02 = КТш2 + С. (4) 1626210

Вход направленно о 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 постоян1, согласно (1) поступает через модулятор 2 ные напряжения и направленный ответвитель 3 на выход 5 Uc2 = 04 — Оз= К(Тш2 — Тш1) (8) приемно-усилительного блока 4. От гене- и ( ратора 10 шума поступает на выход моду- Осз = 02 01 = K (Тш2 Тш1), (9) лятора 2 через направленный ответвитель 3 которые подаются в блок 15 вычитания. мощность шума с температурой Т 1, далее Выходное напряжение блока 15 вычитаэтот шумовой сигнал проходит через откры- 10 ния тый модулятор 2 в антенну 1, частично отра- Ос2 = Осз — Ucz = K (Тш2 — Тш1)(1 — Й) (10) жается от границы раздела антенна — поступает на вход первого делителя 7 наобьект с коэффициентом отражения R, пряжений и сумматор 6 для компенсации проходит через открытый модулятор 2, постоянной составляющей напряжения направленный ответвитель 3 на выход 15 Uc1, обусловленной наличием в (7) члена К пРиемно-Усилительного блока 4, ПРи этом (Тш1 + Тш2)(1 — R). 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 a (T» + Тш2) = о (Тш2 — Тш1), (1) пропорционально сумме мощностей сигна- 20 где а, 0 — коэффициенты передачи соответлов ственно второго и первого входов сумматоОз =- KT(1 — R)+ КТш1 Я С. (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- 25 лимого поступает напряжение лового СВЧ-излучения исследуемого От = 2КаТ (1 — R), (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 постуинтервала времени. пает постоянное напряжение

От генератора 10 шума поступает на 30 От 2 КаТ (1 — R выход модУлЯтоРа 2 чеРеэ напРавленный О z К(Т„2 — тш1 (1 — R ответвитель 3 мощность шума с температу- которое пропорционально радиационной

Рой Тш2, далее этот шУмовой сигнал пРохо- темпеРатУРе обьекта, не зависит от коэффидит на выход приемно-усилительного блока циента передачи радиометра и коэффици4 аналогично третьему интервалу времени. 35 ента отражения на границе раздела

При этом на его выходе возникает мгно- антенна — обьект. венное значение напряжения Постоянные коэффициенты а и Ь опре01 = KT (1 — R) КТш2 R + 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 U1, U2, Оз, 01, посту- пряжение пает на вхоДы пеРвого синхРонного Ucz К Тшz — Тш1 R детектора 5 и коммутатора 12. На о. эрный я Осз К (Тш2 — Т 1 вход первого синхронного детектора 5 45 которое подается на вход второго блока 17 подается напряжение типа меандра с ча- регистрации. Это напряжение пропорциостотой F1. При этом на его выходе после нально коэффициенту отражения на граниинтегрирования (сглаживания) с заданной це раздела антенна — объект и не зависит от постоянной времени т >> 1/е1 получают коэффициента передачи радиометра и точпостсянное нап яжение ос с нное напряжение 50 ности поддержания температур генератора

10 шума.

=2КТ (1 — R) К (Тш1 + Тш2)(1 К). (()

Модуляционный радиометр, содержаКоммутатор 12, на управляющий вход щий последовательно соединенные антенкоторого поступает напряжение типа меан- 55 ну, модулятор, направленный ответвитель, дра с частотой F1, 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, генератор

1626210

7ш (Фиг. 2

Составитель В. Раков

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор Н. Ревская

Редактор А, Козориэ

Заказ 277 Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 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 ответвитег(я, выход второго синхронного детектора соединен с входом вычитаемого блока вычитания, 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-усилительно5 го блока, вход управления — с выходом первого задающего генератора, первый и второй выходы — с сигнальными входами второго и третьего синхронных детекторов соответственно, выход второго синхронно10 го детектора соединен с входом делителя второго делителя напряжений, выход которого соединен с входом второго блока регистрации, первый вход сумматора соединен с выходом первого синхронного де15 тектора, второй вход — с выходом блока вычитания, а выход — с входом делимого первого делителя напряжения, вход делителя которого соединен с выходом блока вычитания, а выход — с входом первого

20 блока регистрации.