Радиометр

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности слабого радиоизлучения шумового характера в радиоастрономии , народном хозяйстве и медицине. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, что достигается за счет введения алгоритмов модуляции, балансировки и калибровки , и повышение точности измерения путем компенсации температурного дрейфа коэффициента передачи и собст

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„)4З7807 А1 (51)4 С 01 К 29/26 ь ф ь

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и Д ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4226316/24-21 (22} 08,04.87 (46) ";5.11.88. Бюл. и 42 (71) Институт радиофизики и злектроники АН АрмССР (72) Г,Г.Айвазян, А.М.Асланян, А,Г,Гулян и М.А.Зограбян (52) 621 3 17.73 (088,8) (56) Краус Д,Д. Радиоастрономия.

Yi. Сов. радио, 1973. с, 239, рис, 7.17, Авторское свидетельство СССР

Р 1330587, кл. G 01 R 29/26, 1986. (54) РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности слабого радиоизлучения шумового характера в радиоастрономии, народном хозяйстве и медицине. Цель изобре-.ения — расширение функциональных воэможностей, что достигается за счет введения алгоритмов модуляции, балансировки и калибровки, и повышение точности измерения путем компенсации тЕмпературного дрейфа коэффициента передачи и собст14378() 7

«

?б венных шул!Он высоко <л< ТOTiicti части радиометра. Ге)!ерг!Тор I О опорного сигнала формирует на своем ныхогте синхронизирующие импульсы v. упг<353<ГЯет блоком 17 обработки сигналон на низкой частоте и через блок 4 режимов — модулятором 11 il электрон(и»м переключателем, Датчик 8 те11пературы управляет выходом генератора 7 шума, мощность которого, суммируясь в сумматоре 6 с мощностью эталонной нагруз— ки 5, обеспечинает на втором сигнальнхоце модул5ттора 1 1 IlocTÎSII!cTI30 шумовой мощности. " помощью сумматоpQ 12 обеспечивается компенсация тем1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности слабого радиоизлуче-ния шумового характера в радиоастрономии, народном хозяйспзе и медкц!Шс.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет введения алгоритмон модуляцки, бал-. лансировки к калибронкк к повышение точности измерения путем компенса!)ки температурного дрейфа коэффициента передачи и собстненньгх Itiy101. 3нысокочастотной части радиометра.

На чертеже предстанле ta блок-схе-ма радиометра, Радиометр содержит последов<)тельно соединенные источ1(кк I с:!op!roc 0 напряжения, блок 2 целите?!е)". н:1:Грг)жс)ния, электронный переключатель 3 и блок 4 режимов, itocJIPJ30BaTPJI»tto соединенные эталонную нагрузку 5, первый сумматор 6 мощности, управляемый генератор 7 шума, датчик 8 темпер«туры и сумматор 9 напряжения, . »Торому нходу которого подклю 10н выход электронного переключателя 3, а так-.— же генератог) 1О опорного иапряже!п)я и последовательно соединеннь1е модулятор 11 второй сумматор 12 мощности, предварительный усилитель 13,. управляемый аттенюатор 14, блок !5 обработки сигналя на высокой ч,?стоте, квадратичный детектор 16, блок 17 обработки сигналон нл низкок IAcTî1! ЕГ) ЗТyP ) Ой 3 Л НИ С)1«!ОС Тlt ty«It! у 3 7<. 13 ныс окоча< тотiiolt части — ttpåJII3;IpèòåJ!I.l1O О « С 1«J!?ITÅ!15! 1 3 ) с(ТТ<« i«Ю 1Т0 ) Л .«

i!.!Окл 15 Обрабо-ски ",!гил !а вл нь(сокой частоте и кнадрлтично- о цетpl: горл 6.

К

8 температуры :.срез сумматор 9. Зада»

)к10 необходимых режимов работы устройства осуществляется блоком <Г режимон, напряжения на нхоцах Ico TO() Îi ñ формируются блоком 2 делителей из напряже(И1я источника 1 о!!орногa нлн),- же—

lit!5I . РЕЗуЛЬ ГЛТ КЗГГ«(? Е;-:::я ОТО .)-: «жЛЕтcsI ()J3 oleo Yi 18 ", ил, ге» блок 18::)егистрацкк) гри -iòc)ti

"-т гсоц сумт".с1то.) а 6 ИОцк Iют- . =,. :к BTc.(? 3— ГУ ВХОДУ МОД„«ЛЯТ01? «З 1, УП0 сIБЛЯIНЩИЙ в?10,(<ОТОр1! о под)слючен к г ьгхоцу с?.1;?к«1 4 Г) е"Кимов i7!хОГ! KOTOOO! 0 Об-).с— динен с нтогым входot" блока ". 7 и

:.0 Г! 1КЛЮ«IС311 К Б >!ХО ".У ГC 11 PP а ГСP ст 11

Оллриой Ча" тОТЫ Нтлр<1:"! НЬГХО; уПГ)«Нляемого генерато",?à I игу!!а:< дключ к второму нходу 13торого сумматора 12

1<3 ЯНОСТИ > Н, 0 T УГ т) ав "т." «1ГIЯ «1 Р т B (с

ir 0 тГ", )" Е Ишатот) i:, ",, ."Jt!<) I C! i! i< 3«-«вЂ”

У iM« ° T rт.-«тт - !i,!7;) «t)i C« t;«

< r3t»C0 C0)ЧаС ";? -Чои,"ЛC TBK) РЛ т" 1«)М -);Л, Радио,"-Ге",р н..:0 Г лет !е5-:,-)ющ г тт -. 3 г)ъ.l

« .« .; Иератор !,(Оп;())и)1 0: л ряж.ния фонмируст пл с:: o»:: выходе .t!B)cðо. и-;иРg ЮЩКЕ И)!ПУ515«,1 Si УПРап-тя)Е1 т 1И О !0ком 17

pi T 3, <(ps! 3 ттc м p!!æilì tt(c? ?Ic :<сде i 1я сит

:3-.)Л,". П, тРСИСТ." РЛДИО. 1Е-Р . CО..-. T 1;ЕТС

НУ< Т И:3НЕС1И:,Г: ДРИ1:.«1)кт;iк. ,.)ГtlttaTOpr» 6 .-: 12 мощности т!01", т

ОЫТ1« hill«ÎJII!P i!1 )1а C 1«Я 3 с3кт!ЫХ;.« tK«) O»

1 С ГГОС КОНЬГХ J!Itl,-,!ЯХ ткс Потт т«.3«« .>«!t«i, Н

1т- 1 т() а - т« 111Г<)Г" 0 "BE: НИ ) Е Я«C. С уЧ С ТО" того, ("то nt! Ii., как 11 "уммлторы) явля-)0)си и 1<1< и)311!»м! Обрат lt)it,г!Ii ус; )r-иг; 1:,,BR i T0!,1 с?!.)т«.!л<- 1;,)oi pcc < );!:;, От;а—

1(ив в суммлт

1437807 в возбужденгпг электромагнитной мощности с выходов управляемого генератора

7 шума в линиях, связывающих соответстv,åííî блоки г-11 и 11 — 13.

Управляемый генератор 7 шума может быть произвольной конструкции с управлением выходной мощности от входного напряжения, управляющего током лавинно-пролетного или параметри- 10 ческого диода. Может использоваться два диода — по одному для каждого вы— хода с соответствующими преобразователями крутизны управляющего напряжения, или один диод с двумя направлен- 15 ными ответвителями, имеющими регулируемые коэффициенты ответвления мощности °

Датчик 8 температуры располагается в высокочастотной части радиомет- 20 ра, изменение температуры которой вызывает изменение мощности эталонной нагрузки, изменение мощности собственных шумов и коэффициента передачи радиометра, Вся высокочастотная 25 часть выполняется напылением на диэлектрическом материале, помещенном в металлический экранирующий корпус, на котором и закреплен датчик 8 температурь., При этом изменение напряже- 30 ния первого выхода датчика 8 темгературы изменяет мощность первого выхода генератора 7 шума таким образом, что опа, суммируясь с изменяющейся от температуры шумовой мощности

35 эталона и собственными шумами сумматора б мощности, обеспечивает на вто; ом сигнальггогг входе модулятора 11 постоянство шумовой мощности, которая является эталонной для радиометра. Величина необходимого температурног", изменения мощности первого выхода генератора 7 шума подбирается регулировкой крутизны напряжения датчик 8 температуры и генератор 7 шума в простейшем случае выполняются на переменных сопротивления, делящих напряжение и его температурные измене:-<ия или же регулировкой коэффициента ответвления мощности генератора

7 шума, Второй выход генератора 7 шума герез второй сумматор 32 мощности добавляет температурHQ зависимую шумовую мощность к собственным шумам остального тракта радиометра, также меняющимся от воздействия ".åìïåðàòóры. Таким образом, сумматор 12 мощ" ности. как и все элементы высокочастотгго," части, вносит добавочную zyMoвую мощность в тракт радиометра. Однако вносимая им мощность имеет температурную зависимость, обратную суммарной температурной зависимости шу"1 молой мощности остальных узлов высокочастотной части, что достигается регулировкой крутизны управления датчика 8 температуры мощность второго выхода генератора 7 шума, аналогичной регулировке его первого выхода.

Такая связь элементов радиометра позволяет стабилизировать мощность собственных шумов высокочастотной части радиометра, обеспечивая ее независимость от температуры.

Так как мощность эталонной нагрузки и мощность собственных шумов элементов высокочастотной части возрастает с повьшгением температуры, то на пряжение первого выхода датчика 8 температуры должно при этом обеспечить понижение мощности выходов генератора 7 шума, поступающей в сумматоры 6 и 12 мощности, Напряжение второго выхода датчика

8 температуры через первый вход сумматора 9 напряжения регулирует коэф» фициент затухания управляемого аттенюатора 14, вносящего температурно зависимые изменения в коэффициент гередачи высокочастотного тракта радиометра. При этом крутизна выходного напряжения датчика 8 температу; ры, коэффициент суммирования сумматора 9 или коэффициент преобразования управляющего напряжения в управляемом аттенюаторе 14 подбираются таким образом, что при изменении температуры, фиксируемом датчиком 8 температуры, управляемый им.аттенюатор 14 изменяет свой коэффициент затухания ров-. но на столько, сколько необходимо, чтобы скомпенсировать температурные изменения коэффициента передачи высокочастотнои части.

Настройка радиометра на термоста"г бильность производится однократно изменением температуры высокочаотот» ной части с одновременной регулировкой крутизны температурных изменений мощности первого и второго выходов генератора 7 шума и аттенюации управляемого аттейюатора 14, чем достигает" ся независимость величины эталонной мощности, собственных шумов и коэффициента передачи высокочастотной части от температуры.

1437807

:tItB»TB передачи, и ступенчатo меня»ощегося»taiipst»tce»tttsi вьгхода электронно":î переключателя 3. При этом регулировкой внутреннего целителя вьп есена на лицевуо панель радиоигтра) блок.- 2 дегителей напряжения достигаетс; такой коэффициент передач::. эталоннсй ис»ц", t- ности, которьгй обе с o .;:.»B Bc T 13àâå»lc-—

ro сигнальной и эталонной мощности в тракте радиометра,, что обеспечивает нулевой сигнал на вх де Олок;-. 17 обрасотки сигнала н-; низкой частoTe, т. е. задает привязку 1»»лев o сигнала к началу шкалы блока 18 регистг»а— ции. Зтот известный пр31:Ом 6алансирсвв позволяет I»or»»»сить чs Dc 3 s» "rc.lb

Нос t ü измерений -. Отсчггть»вать с нуля

75 малые приращения и..»-:ерлемой мощности на фоне скоипенс poBBE» ttott собствепНой ШУМОВОЙ ИОЩ»НОСтн ВХОД:iOI O аНтЕННОго устройства. Прн этси стабильность эталонной мощности, собстгенных шумов г» гг коэффициента передачи высо»сочастотB;й части позволяют поддерживать баланс с болг>шой» гоч» Ость»о, повышая точность изиере»гий, Внесе п.е с1»ггксирс»-, IfOÃ0 снгнаЛа »IGCt»BДСОВОИ ПОПКЛ»Ос»Е»ГИЯ

К улраВЛНЕМОИу BTTB»i»OBTOp r 1 фНКг Ир,—.

4»3 исцг»lость .

В режиис модуляции з .иыканнем пере— ключателя блока 4 режимов рациоме гг.

ltp»1:o Ei Tcs» в режим иэисре ий вхо»ной

t tOlltH OCT» I IТ О ПРИН ЦИ1Г ООЬ1Ч! О Г О ИО ЦУЛЯ

4.- цпонногс ради ометра, когда блок 17 обработки сиг»IBпа на гпгзксй -»B .тс-.е сдвиг:»ysisi E» pe."ysi»»pont шкалы вггг» деленной разности. При это;: пс Оче»>адно заиь»гсаются к:ночи электроннсг О п,»еключателя 3 подключая к c óI: .»атсру 9 E»Blips»»t eEtI»s,, унравля»о»цеиу;: .".енюатором 14, напряжение аттен:оацин с:»гг»б HBBIBt в перно гы Ilpo:сождения 110 трах;ó радиометра сигнальной мощности и нBСтабильность параметров высокочастотной части повышает точность измерений и, кроме того, позволяет задавать внутренние калибровочные

5 уровни мощности для калибровки шкалы и задания начала отсчета блоку 17 обработки сигнала HB. Низкой частоте и блоку l8 регистрации радиометра.

Импульсы генератора,0 опорного напряжения, поступая на вход блока

4 режимов преобразуются посредством его внутреннего инвертора и последова=. тельность противофазных иипульсов,, поступающих на средние точки (б) переключателей режимов модуляции, балннсировки и калибровки и управляющих модулятором с выхода модуляции блока 4 режимов. При замыкании переключателей, вынесенных на лицевую панель радиометра, противофазные импульсы через их сигнальные контакты поступают на входы управления электронного переключателя 3, обеспечивающего попеременное подключение выход" ных напряжений блока 2 делителей «IB. пряжения к второму входу сумматора 9 напряжения, который, управляя аттенюатором .14, Обеспечивает соответствующий закон модуляции коэффициента передачи высокочастотной части радиометра. Выходные напряжения блока 2 делителей напряжения формируют деле-. нием на внутренних делителях напряже-. ния источника 1 опорного напряжения.

При этом каждый внутренний ключ электронного переключателя 3 замьпсаетcs при наличии импульса на соответству»ощем выходе блока 4 режимов, а модулятор 11 при наличии импульса на своем управляющем, входе подключает к тракту радиометра свой первый сиг-нальный вход, а при Отсутствг»1» импульса — второй сигнальный вход, т,е, эталонную мощность.

В режиме балансировки замыканием переключателя блока 4 режимов противофазные импульсы замыкают поочередно ключи в электре»»1»ом переключателе

3, подключая к второиу входу сумматора напряжения 9 фи»гсированное напряжение аттенюации сигнапа с соответствующего выхода блока 2 делителей напряжения в периоды проха;-.;дения по тракту радиометра мощг»ости измеряемого сигнала и регулируемое напря- жение балансировки с соответствующего выхода блок" 2 делителей напряже— ния в периоды прохождения по :. акту ра;гиоиетра:3т 1.. тонной ис цност»; Такии

ОбрBçoì, вьгсоднoe 1»аггряже»»1»е cy:t;

»сой И ЭТЭЛО»!НОЙ ИО»цНОС Гll. ttpсг Водят

:»ряженис аттенюацпи эталс;и» и вЂ,tB»:Ioды r рсхожд .Etèÿ гго трак-у 1»пд;:.o:"tr- т; ";

ЗтаЛОННОй МОЩНОСтн,. ФИКСНРс;На»»НОЕ

1437807 напряжет:.ие аттенюяции эталона позволяет выравнить коэффициенты передачи

cI1гнал„,ной и эталонной мощности как это илтеет место в обычном модуляционном рядпометре. Таким образом, алго.5 ритм управления электронным переключателем 3 позволяет, чтобы в зависимости от условий измерений радиометр мог работать как в режиме обычного

1Iopy11II1tIIoItIIoro раттиометра при равенстве ксэффиттиент в передачи сигнала и

55 эталона, так и в режиме радиометра с модуляцией коэффициента передачи, Режим калибровки обеспечивает

15 формирование в тракте радиометра эталонной разности мощностей, эквивалентной ряз IocTè внутренней эталонной мощности и внешнего эталонного сигнала. Для этого замыканием переключателя блока 4 режимов обеспечивается поочередное замыкание ключей электронного переключателя 3, а на управляющий вход модулятора 11 прекращается поступление управляющих импульсов, 25 так как средняя точка переключатеття блока -! режимов отключается от его выха,ця модуляции, При этом модулятор

11 устанавливается в режим непрерывНОГО пропуск яния в трат(т эталоне!ОЙ Зб мощности. Таким образом, в периоды, когда блок 17 обработки сигнала на низкой частоте, управляясь импульсами генератора 10 опорного напряжет и, гыделяет мощность эталона, в него поступает мощность эталона с ксированной аттенюацией, которая

111ормпруется при замыкании в эти периоды одного из ключей электронного переключателя 3 и имеет место и 40 при обы-тном измерении входной мощности в режиме модуляции, В периоды, когда блок обработки сигналя на низкой частоте в обыинам режиме гтодуляции BpottaBopпт выделение сигнальной 45 моm»ocTII для формирования ее разности с эталонной мощностью, в него поступает эталонная мощность но с иным коэффициентом аттенюяции, заданным фтткст!рованньтм напряжением кагтн— ровки с соответствующего выхода блока 2 делителей напряжения, что формирует B тракте радиометра эталонную разность мощт!Остей которая B извеcT ных устройствах формируется внутренней II вне111ни1 эталонными мсщ11сстями.

В данном устройстве наличие стябильнгтх параметров высокочастотной pc TII

11О аваля ет фопгтт!р свят ь г тя tU1o11н yto р я 1 ность в самом радиометре без подключения внешнех эталонных источтп!ков.

Перекттточтттелем калибра блока 2 делителей напряжештя на его выход калибровочного напряжения подается ряд фиксированных напряжений, каждое из которых, вт!ося соответствующую атте« нюацию эталонной мощности, формирует в тракте определенную разность мощностей, соответствующую подключению к входу радиометра определенного эталонного сигнала, от которого производится отсчет значения измеряемого сигнала. Для упрощения процесса измерений необходимо иметь большое число фиксированных точек отсчета, равномерно заполняющих область возможных значений измеряемого сигнала. В данном радиометре это реализуется только увеличением числа делителей, определяющих число фиксированных калибровочных напряжений и переключаемых от обьтчнога переключателя на лицевой панели рядиометра.

Регулировка целителей на задание необходимых эталонных точек отсчета производится однократно для всего периода эксплуатации радиометра, так как стабильность параметров высокочастотной части исключает необходимость повторных регулировок. Для этого на вход радиаметра в режиме модуляции подаются два известных эталонных сигнала, на блоке .18 регттстрат ии регистрируются выходные сигналы, им соответствующие, и по этим сигналам выполняются выходные сигналы, ожидаемые при подключении к входу необходимых для дальнейших измеренттт! эталон» ных сигналов. Затем радиометр переводится в режим калибровки, посредством переключателя калибровочного напряжения блока 2 делителей напряжения к его выходу калибровочного напряжения поочередно подключаются делители и регулировкой каждого из них па блоке 18 регистрации достигается одно пз расчетных значений выходных сигналов, ожидаемое при подключении к входу радиометра необходимого эталонного сигняла, В дальнейшем при измерениях включением каждого из делителей в режим калибровки в тракте радиомстра формируется сигнал, соответствующий подключению к входу радиометра именно того эталонного сигнала, для расчетного значения кстсрога был подрегулирсван данный

1ч 3 7807

1О делитель. Таким образом, может быть сформирован произвольный эталонный сигнал, от значения которого с предельной простотой Отсчитывается 3 на чение измеряемого сигнала,.

Сос са и-теп= Н ми а "-

1(орректор А.Обручар

Редактор Л,Пчелинская

ТехРе-.Д TI. С п1юкова

Заказ 5890/46 Тиpдж 772 Попписное

ВИИИПИ Государе" âåííîã î комитета СССР по делам изобретений и открьг.ий

113035, Иосква, Ж-35 Раушская наб „ д, 4/5

Производственно-полиграфнче ..;«е предприятие,, г. ужгород,, ул. Проектная, формулаизобретения

Радиометр, содержащий модулятор, первый сигнальный вход которого является входом радиометра, эталонную нагрузку, v.îñëåäîâàòåëüíî соединенные предварительный усилитель, управляемый аттенюатор, блок обработки сигнала на высокой частоте, квадратичный детектор, блок обработки сигнала на низкой частоте и блок регистрации, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с синхронизирующим входом блока обработки сигнала на низкой частоте,,датчик температуры, источник опорного напряжения и электронный переключатель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения точности измерений путем компенсации температурного дрейфа коэффициента передачи и собственных шумов высокочастотной части радиометра, в него введены первый и второй сумматоры мощности, управляемый генератор шума, блок делителей напряжения, блок режимов и сумматор напряжения, выход которого

5 подключен к входу управления управ-. ляемого аттенюатора, первый вход подключен к вьгходу датчика температуры, а второй вход — к выходу электронного переключателя, сигнальные входы которого подключены к соответствующим выходам блока делителей напря— жения, а управляющие входы — к "сответствующим выходами блока режиMoBs вход которого подкл:очен к вьхо1-, ду генератора опорного нarrpÿæårt÷ÿ, а дополнительный выход — к управляю— щему входу модулятора, к второму сигнальному входу которого через первый сумматор мощности подключена эталонная нагрузка, а выход модулятора через второй сумматор мо :.;".ости подключен к входу предварителы:ого усилителя, к вторым входам первого и второго сумматоров мощности подключе25 ны соответствующие выходы управляемого генератора шума, управляющий в;од которого подключен к второму выходу датчика температуры, при этом вьгход псточ :ика опорного напряжения

3d подключен к входу блока делителей напряжения.