Свч-радиометр

 

СВЧ-РАДИОМЕТР, содержащий антенну, усилитель-преобразователь, а также последовательно соединенные первый квадратичный детектор, первый интегратор и выходной вычитатель, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, между выходом антенны и входом усилителя-преобразователя последовательно включены первый симметричный делитель мощности, четырехплечее гибридное соединение и первый сумматор мощности, между выходом усилителя-преобразователя и входом первого квадратичного детектора включен второй симметричный делитель мощности, между вторым выходным плечом которого и вторым входом выходного вычитателя последовательно включены третий симметричный делитель мощности, второй сумматор мощности, второй квадратичнЕлй детектор и второй интегратор, при этом между вторые выходным плечом первого симметричного делителя мощности и вторым входным плечом четырехплечего гибридного соединения включена первая линия задержки, между вторым выходным плечом четырехплечего гибридного соединения и вторым входным плечом первого сумматора мощности включена вторая линия задер;кки , а мелду вторым выходным плечом58 третьего симметричного делителя мощности и вторым входным плечом второго сумматора мощности включена третья линия задержки, при этом величина задержки t первой и второй линий задержки вдвое меньше времени задержки третьей линии задержки и определяется из условия to 1 -:. Од 2&t 00 где Й1 - полоса пропускания усилителяпреобразователя .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) 1 1

Зао G 01 R 29 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 33621 76(24-09 (22) 01. 12. 81 . (46) 30. 11.84. Вюл. В 44 (72) А. С. Султанов, Е. М. Вороховский, В.. Н. Быков и В. А. Кулаков (53) 621.317.328(088.8) (56) 1. Николаев А. Г., Перцев С. В.

Радиотеплолокация. М., "Сов. радио", 1964, с. 109-110.

2. Башаринов А. Е. и др. Измерение радиотепловых и плазменных излучений. ,М.,"Сов.радио",1968,с,354 (прототип), (54)(57) СВЧ-РАДИОМЕТР, содержащий антенну, усилитель-преобразователь, а также последовательно соединенные первый квадратичный детектор, первый интегратор и выходной вычитатель, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, между выходом антенны и входом усилителя-преобразователя последовательно включены первый симметричный делитель мощности, четырехплечее гибридное соединение и первый сумматор мощности, между выходом усилителя-нреобразова- теля и входом первого квадратичного детектора включен второй симметричный делитель мощности, между вторым выходным плечом которого и вторым входом выходного вычитателя последовательно включены третий симметричный делитель мощности, второй сумматор мощности, второй квадратичный детектор и второй интегратор, при этом между вторьг выходным плечом первого симметричного делителя мощности и вторым входным плечом четырехнлечего гибридного соединения включена первая линия задержки, между вторым выходным плечом четырехплечего гибридного соединения и вторым входным плечом первого сумматора мощности включена вторая линия saдержки, а между вторым выходным плечом третьего симметричного делителя мощности и вторым входным плечом второго сумматора мощности включена третья линия задержки, при этом величина заг держки а первой и второй линий задержки вдвое меньше времени задержки третьей линии задержки и определяется из условия

1 „. )

2а4 где Й вЂ” полоса пропускания усилителяпреобразователя.! 126899

Поставленная цель достигается З тем, что в СВЧ-радиометре, содержащем антенну, усилитель-преобразователь, а также последовательно соединенные первый квадратичный детектор, первый интегратор и выходной вычитатель, @ между выходом антенны и входом усилителя-преобразователя последовательно включены первый симметричный делитель мощности, четырехплечее гибридное соединение и первый сумма- - тор мощности, между выходом усилителя". преобразователя и входом первого квадратичного детектора включен второй симметричный делитель мощности, между вторым выходным плечом SO которого и вторым входом выходного вычитателя последовательно включены третий симметричный делитель мощности, второй сумматор мощности, второй квадратичный детектор и вто- 55 рой интегратор, при этом между вторым выходным плечом первого симметричного делителя мощности и вторым

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к радиофиэическим измерениям, и может быть использовано при создании измерителей радиоизлучений в радиоастрономии,в системах пассивной радиолокации, для радиофиэи. ческих исследований, а также для измерения шумовых сигналов СВЧ диапазона.

Известен двухканальный модуляци- f0 онный СВЧ-радиометр, содержащий последовательно соединенные ВЧпереключатель, ВЧ-фильтры, детекторы, избирательные усилители, синхронные детекторы и сумматор, а также генератор модулирующего напряжения, соединенный с управляющими входами

ВЧ-переключателя и синхронных детекторов (1) .

Недостатком известного СВЧрадиометра является низкая чувствительность.

Наиболее близким к изобретению является СВЧ-радиометр, содержащий антенну, усилитель-преобразователь, 25 а также последовательно соединенные первый квадратичный детектор, первый интегратор и выходной вычитатель (2) .

Недостатком данного СВЧ-радио- 0 метра является низкая чувствительность, Цель изобретения — повышение чувствительности. входным плечом четырехплечего гибридного соединения включена первая линия задержки, между вторым выходным плечом четырехплечего гибридного соединения и вторым входным плечом первого сумматора мощности включена вторая линия задержки, а между вторым выходным плечом третьего симметричного делителя мощности и вторым входным плечом второго сумматора мощности включена третья линия задержки, при этом величина задержки . первой и второй линий задержки вдвое меньше времени задержки третьей линии задержки и определяется из условия

2д1 где 61 — полоса нропускания усилителя-преобразователя.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого

СВЧ-радиометра.

СВЧ-радиометр состоит из антенны !, первого, второго и третьего симметричных делителей 2, 3 и 4 мощности, первой, второй и третьей линий

5„6 и 7 задержки, четырехплечего гибридного соединения 8, первого и второго сумматоров 9 и 1Î мощности, усилителя-преобразователя 11, первого и второго квадратичных детекторов 12 и 13, первого и второго интеграторов

14 и 15 и выходного вычитателя 16.

СВЧ"радиометр работает следующим образом.

С выхода антенны сигнал U (t) поступает на вход первого симметричного делителя 2 мощности. Разделенный по мощности пополам сигнал U (t) поступает непосредственно на вход четырехплечего гибридного соединения

8 и через первую линию 5 задержки на второй вход четырехплечего гибридного соединения 8. На выходах четырехллечего гибридного соединения 8 будут соотве.гственно сигналы:

-, (U,f t -" U, Ù, С первого выхода четырехплечего гибридного соединения 8 сигнал через вторую линию 6 задержки. поступает на

r"epâîe входное плечо и=" г;ого сумматора 9 мощности, а с второго выхода сигнал поступает неносредств::: но на второе входное плечо перво о сумма3 I )268 тора 9 мощности, на выходе которого будет сигнал, разный

-1-(О,(-К1 11,И-".1)+,(.".1-(1,(Ю)= (5

=-$Ll,(% -22) 42 0,(-",)-(),Ю!. э) С выхода первого сумматора 9 мощности сигнал поступает на вход усилителя-преобразователя 11, в которых к lp сигнальной составляющей добавляются внутренние шумы усилителя-преобразователя 11 U>(t). Сигнал, поступающий с антенны 1 на вход СВЧ-радиометра, носит шумовой характер и пред- 15 ставляет собой, как правило, нормальный эргодический процесс с шириной спектра, значительно превышающей по— лосы пропускания входящих в состав

СВЧ-радиометра . На выходе усилителя- 20 преобразователя 11 смесь сигнала с внутренним шумом имеет ширину спектра и и соответственно имеет вид

U(U,lt-Ю ЛЬ,(t--.1-(1,Ь()а.ш. (> ъ

Сигнал с выхода усилителя-преобразователя 11 поступает на вход второго симметричного делителя 3 мощности, на выходе которого будет сигнал ( о.т "c (< о с) 12 " с (t) ()сФ) () ы Ю,(>)

С первого выхода второго симметричного делителя 3 мощности сигнал поступает на вход первого квадратичного детектора 12, с выхода которого З5 поступает на вход первого интегратора 14. Так как сигнал и шум некоррелированы, то на выходе первого интегратора 14 сигнал будет определяться главным образом компонентами . 40 т т т 1 (< 2л)с)2.(, — 2() ° (".)

8ò с 8T с о о JU,(t1dt — -(u,(t1 dt, о ° 0 статистическое среднее значение которьгх равно

1 (Р,«Рс 1 с ры «о Р «оры ®

С второго выхода второго симметричного делителя 3 мощности сигнал поступает на вход третьего симметричного делителя 4 мощности, на выходе которого будет иметь .вид

1 ь 55

-„Luс(2"",)" 2 "сИ "7-"сЮ -(3èЮ. (r)

С выхода третьего симметричного целителя 4 мощности сигнал поступает

99 4 во второй сумматор 10 мощности непосредственно на первый вход и через третью линию 7 задержки на второй вход второго сумматора 10 мощности, на выходе которого сигнал имеет вид вЂ, (11,(t Х1 Ги,it - 1- и, (tß U .(t(-,,uc(t.

"4с ++2(-)c(t H7 "с(1 2с)+-l((tt(t 2")"

= (()с(t-4t)."2 ()с (t,-З )+ 2 "с("") "сМ! -,(11.(-Ы1 U (t1). (3)

С выхода второго сумматора 10 мощности сигнал. поступает на вход второго квадратичного детектора 13, с выхода которого поступает ча вход, второго интегратора 15 на выходе которого сигнал определяется главным образом компонентами т т т —,, Я(,",.- е1 dtiu)u,(- 1" 1dt u) u! -г(н о о о ,Т т т

«ЦАЛА« — ug(t-2"1dt«- — (u)«(tldt,/ut о оо о статистическое среднее значение которых равно

16((с барс 21 +1 с) -(P, )= — Р -"p ) с с,,1 ь а я с я ы ° 1,/О)

Таким образом, на первый вход выходного вы итателя l6 поступает сигнал с выхода первого интегратора

141- с — P ), на втоРой вход—

/ 1 f Ъ сигнал с выхода второго интегратора

151 — pz+

7, в результате чего на

/ 3 выходе выходного вычитателя 16 будет сигнал

Следовательно. выходное напряжение СВЧ-радиометра пропорциональна мощности сигнала, как и в известном

СВЧ-радиометре, а составляющая внутреннего шума отсутствует, при этом компенсация среднего значения шумовой составляющей будет достигаться и при фпуктуациях коэффициента усиления каскада ВЧ усиления.

Чувствительность СВЧ-радиометра определяется следующим образом.

Иэ рассмотрения выражений (8)и (4) и описанного принципа действия

СВЧ-раднометра можно сделать вывод, что основной вклад в шумовую компоненту выходного напряжения вносит составляющая, пропорциональная величине, где

У = <()(t- 7<2()„(t.2"7 0„(t})- ()ыЮ.

=4(0 „т(1- с) + ) Ц„, (f; -2 i) - 0,„Я). (it) 112б899

Составитель В. Ежов

Редактор М. Петровà Техред И,Гергель Корректор H..". aðîль

Заказ 8687/35 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. ч/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная„ 4

Методами теории случайных процессов можно показать, что в рассматриваемом случае дисперсия 0 величины 1 равна P ..tH"

Подставляя выражение (12) "к ц Н получим

Saf

Г р р — 1

-!o =—

Отсюда, учитывая, что среднее значение выходного напряжения nponopl ционально -- P, и понимая под чувс f5 ствительностью мощности сигнала Р при которой величина отношения сигнал/шум на выходе СВЧ-радиометра

Я2 Рц равна 1, получим,д", ц нли в темпеолтурах

2 Г2 Т и t„ где Т вЂ” шумовая температура кас61 кадов усиления и преобразования;

1 — время интегрирования.

Таким образом, предлагаемый СВЧрадиометр обладает. более высокой (приблизительно на полпорядка) реальной чувствительностью. что достигается за счет компенсации среднего значения шумовой составляющей.

По сравнению с модуляционным радиометром данный СВЧ-радиометр не имеет модулятора после антенны, что приводит к уменьшению шумов схемы (aa 50 К), а также к упрощению конструкции из-за отсутствия модулятора и схемы управления.