Модуляционный радиометр для измерений шумовых сигналов

 

Изобретение может быть использовано для измерения мощности слабого радиоизлучения шумового характера в радиоастрономии, народном хозяйстве и медицине. Цель изобретения - повышение точности и автоматизация процесса измерения - достигается за счет уменьшения потерь во входном тракте и введения программируемого блока 14 управления и блока 15 коммутации. В устройстве входной шумовой сигнал через последовательно соединенные первый управляемый аттенюатор 1, циркулятор 2, первый вентиль 5, смеситель 6, усилитель 9 промежуточной частоты, квадратичный детектор 10, усилитель 11 низкой частоты и синхронный детектор 12 поступает на регистрирующий блок 13. Калибровка осуществляется сигналом с генератора 4 шума, который через второй управляемый аттенюатор подключен к второму входу циркулятора 2. Синхронизация устройства обеспечивается генератором 16 опорного напряжения, соответствующие выходы которого подключены к входам синхронного детектора 12 и блока 15 коммутации. При приеме приходящего из антенны сигнала первый управляемый аттенюатор 1 работает в режиме модулятора, а второй запрет. При калибровке радиометра в режиме модулятора работает второй управляемый аттенюатор 3, а первый заперт. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИА ЛИСТКИ ЕСНИХ . РЕСПУБЛИН (19) (И) 2 2 А1 (504 G 01 R 29 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21 ) 4429731/24-21 (22) 23. 05.88 (46) 30.11.89. Бюл, Ф 44 (7 1) Институт радиофизики и электроники АН АрмССР (72) А.К.Муроян и Р.С.Авакян (53) 621.317.75(088.8) (56) Башаринов А.Е.. Гурвич А,С., Егогоров С.Т. Радиоизлучение Земли как планеты. M.: Наука, 1974 с.134.

Авакян P.Ñ. и др. Модуляционный радиометр 8-.миллиметрового диапазона. XIV Всесоюзная радиоаетрономическая конференция. Теэ. докл. Ереван, 1982, с.121-122. .(54) МОПуЛНЦИОНН 1й PAgHONETP pJIHH3NE.РЕНИЙ ШУМОВЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение может быть использовано для измерения мощности слабого радиоизлучения шумового характера в радиоастрономии, народном хозяйстве и медицине. Цель изобретения — повышение точности и автоматизация процесса измерения — достигается за. счет, уменьшения потерь во входном тракте и введения программируемого блока 14

2 управления и блока 15 коммутации. В устройстве входной шумовой сигнал через последовательно соединенные первый управляемый аттенюатор 1, циркулятор 2, первый вентиль 5, смеситель 6, усилитель 9 промежуточной частоты, квадратичный детектор 1О, усилитель 11 низкой частоты и синхронный детектор 12 поступает на регистрирующий блок 13. Калибровка осуществляется сигналом с генератора

4 шума, который через второй управляемый аттенюатор подключен к второму входу циркулятора 2. Синхронизация устройства обеспечивается генератором 16 опорного напряжения, соответствующие выходы которого подключены к входам синхронного детектора 12 и блока 15 коммутации.При приеме приходящего из антенны сигнала ,первый управляемый аттенюатор 1 pai ботает в режиме модулятора,а второй заперт. При калибровке радиометра в режиме модулятора работает второй управляемый аттенюатор 3, а первый заперт. 1 ил.

Циркулятор 2 в данной схеме выполняет две функции, так как кроме осуществления развязки между входом смесителя 6 и модулятором он выполняет

3 152562

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности слабого радиоиз., лучения шумового характеРа в Радиоас- 5 трономии, народном хозяйстве, медици- не и т.д.

Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения потерь во входном тракте, а также 10 автоматизация процесса измерения.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Модуляционный радиометр для .измерений шумовых сигналов содержит !5 первый управляемый аттенюатор 1, циркулятор; 2(с направлением циркуляции

I-II-III-I). второй управляемый ат- . тенюатор 3, генератор 4.шума, выход которого соединен с входом второго 20 управляемого аттенюатора 3, и первый вентиль 5, смеситель 6, второй вентиль 7, вход которого соединен с выходом гетеродина 8, а выход — с гетеродинным входом смесителя 6, пос- 25 ледовательно соединенные усилитель

9 промежуточной частоты, квадратичный детектор 10, усилитель 11 низкой часшоты, синхронный детектор 12 и регистрирующий блок .13, причем вход усили- 30 теля 9 промежуточной частоты соединен с выходом смесителя Ь, программируемый блок 14, блок 15 коммутации, генератор 16 опорного напряжения, тре- тий выход которого соединен с опорным . входом синхронного детектора 12, первый вход блока 15 соединен с первым выходом генератора 16 опорного напряжения, а второй вход — с вторым выходом генератора 1,6 опорного напря- 40 жения, причем первый выход генератора 16 опорного напряжения засинхронизирован с.третьим выходом, а на втором выходе имеется постоянное напряжение, программируемый блок 14 управления, первый выход которого соединен с генератором 4 шума, а второй выход, — с входом управления блока 15 коммутации, первый выкод блока

15 коммутации соединен с первым управляемым аттенюатором 1, а второй выход — с вторым управляемым аттеню1 атором 3, причем блок 15 коммутации осуществляет. либо прямую, либо перекресную передачу напряжений своих первого и второго входов на свои первый и второй выходы, первое плечо циркулятора 2 соединено с выхо goM первого управляемого аттенюатора

1, второе плечо — с входом первого вентиля 5, а третье плечо — с выходом второго управляемого аттенюатора

3, выход первого. вентиля 5 соединен с сигнальным входом смесителя 6.

Модуляционный радиометр для измерений шумовых сигналов работает следующим образом. . В режиме приема напряжение частоты модуляции на первом выходе генератора 16 опорного напряжения синхронное с напряжением на его третьем выходе, поступает на первый вход блока 15 коммутации (который в этом режиме осуществляет прямую передачу напряжений на входах к выходным зажимам) и с первого выхода блока 15 поступает на первый управляемый аттенюатор 1, в то время как на второй управляемый аттенюатор 3 поступает постоянное запирающее напряжение с второго выхода блока 15 коммутации.

В течение первого полупериода модулирующего напряжения, когда первый управляемый аттенюатор 1 открыт, на вход радиометра поступает сигнал из антенны, и в течение второго полупериода (когда первый управляемый аттенюатор 1 закрыт) — опорный сигнал, которым в данном случае является шумовая температура запертого первого управляемого аттенюатора поглощающего типа, равная температуре окружающей среды (она поддерживается постоянной с помощью термостата) °

Модулятор непрерывно с частотой модуляции сравнивает шумовую температуру приходящего из антенны сигнала с шумовой температурой опорного сигнала.

На выходе модулятора в процес" е измере-. ния возникает модулированный шумовой сигнал, интенсивность которого меняется от значения, соответствующего температуре опорного сигнала1до значения, соответствующего антенной температуре, подлежащей измерению.

Этот сигнал через плечо I-II циркулятора 2 и первый вентиль 5 поступает на вход смесителя 6, на гетеродинный вход которого поступает сигнал от гетеродина 8.

626 6 температуре калибровочного сигнала.

Этот сигнал по плечу III-II циркулятора 2 поступает через первый вентиль 5 на вход смесителя 6 ° Далее сигнал подвергают обработке в том же порядке, что и в режиме приема.

Величина обработанных потерь в плече

III-II циркулятора 2 учитывается при определении значения калибровочного сигнала.

Флуктуационная чувствительность модуляционного радиометра определяется следующим выражением:

То+ Тр

Зт =с — —— а д У

)т +1. Т„+ (2) 50 Тдр = (Т вЂ” 1 ь 1" смтеч

5 1525 также функцию направленного ответвителя. Преобразованный в смесителе

6 сигнал поступает на вход усилителя

9 промежуточной частоты, усиливается и детектируется квадратичным детектором 10. Продетектированный сигнал с частотой модуляции поступает на вход усилителя 11 низкой частоты, усиливается и поступает на сигнальный 10 вход синхронного детектора 12, на опорный вход которого поступает сигнал от генератора 16. Выходной сигнал синхронного детектора 12, соответствующий мощности измеряемого сигнала, 15 фиксируется регистрирующим блоком 13.

Для осуществления режима калибровки по сигналам, поступающим из программируемого блока 14 управления, включается генератор 4 шума и происходит перекрестная передача напряжений на входе блока 15 к его выходным зажимам (т. е. напряжение на втором выходе блока 15 становится засинхронизированным с третьим выходом генератора 16, а на первом выходе блока 15 имеется поотоянное напряжение) . Напряжение частоты модуляции, синхронное с напряжением на третьем выходе генератора

16, поступает на второй управляемый 30 аттенюатор 3, а на первый управляемый аттенюатор 1 поступает постоянное запирающее напряжение.

В течение первого полупериода модулирующего напряжения, когда второй 35 управляемый .аттенюатор: 3 открыт, на вход радиометра поступает калибровочный сигнал от генератора 4 шума, а в течение второго полупериода, когда второй управляемый аттенюатор 3 40 закрыт, на вход радиометра поступает опорный сигнал, которым в данном случае также, как и в режиме приема, является шумовая температура запертого второго упРавляемого аттенюато- 45 ра 3.

Модулятор (в данном случае второй управляемый аттенюатор 3) непрерывно с частотой модуляции сравнивает шумовую температуру калибровочного сигнала от генератора шума 4 с температурой опорного сигнала. где < = 0,5-2 — коэффнциет, "-ависящий от схемы радиометра и вида модуляции и демодуляции принимаемого сигнала;

Т вЂ” температура антенны, зависящая от параметров антенны и ее ориентации в простанстве, К, Т „- эквивалентная шумовая температура. Радиометра, К;

b,f — полоса принимаемых частот по шумовому сигналу, реально равная полосе пропускания усилителя промежуточной частоты, c. — постоянная времени интегрирования.

Из выражения (1) видно, что дх я улучшения флуктуационной чувствительности радиометра очень важно достижение минимально возможной эквивалентной шумовой температуры приемниI ка (Т „ ) .Эквивалентная шумовая температура супергетеродинного приемника, приведенная к его входу, может быть представлена в следующем виде: где т„, т,„„, т„„

На выходе модулятора в процессе измерения возникает модулированный шумовой сигнал, интенсивность которого меняется от значения, соответствующего температуре опорного сигнала, до значения, соответствующего

- шумовые температуры всего приемник а, сме с ителя и усилителя промежуточной частоты, соответственно, 1525626

Т ° — температура окружающей среды;

ЬЬЧ - потери во входном блоке, 5

L > — однополосные потерии пр ео бр азов ателя смесителя.

Прямые потери во входном блоке прототипа представляют собой аддитив- 1р ную сумму всех потерь до смесителя, т.е.

Ь89 LAi+ Ьйо + Ьдр + Ьяэ, (3) где Ь,, Ьно» 15

Ь вЂ” прямые потери в первом управляемом аттенюато-, ре направленном ответвителю, во. втором управляемом аттенюаторе 20 и в развязывающих эле-. ментах (в первом вентиле и циркуляторе) соответственно.

Одной из основных причин низкой 25 флуктуационной чувствительности этого блока является наличие сравнительно большого количества пассивных элементов, которые вносят значительный вклад в общую температуру приемника и тем самым ухудшают его флуктуационную чувствительность даже при условии минимизации Ь >м Ь см1 Тпч е

Потери во входном устройстве L „ предлагаемого радиометра представляются следующим выражением: в Ld<+ Lp>, (4)

Циркулятор 2 в данной схеме выполняет роль не только развязывающего 40 элемента, но и направленного отвердителя, предназначенного для подачи калибровочного сигнала. Из сравнения выражений (3) и (4) видно, что в выражении (4) отсутствуют состав- 45 ляющие L u L < °

Паспортные значения прямых потерь

L развязывающих элементов и управляемых аттенюаторов в миплиметровом диапазоне длин волн составляют а 1 дБ

Ф (например, паспортные данные р-д-иаттенюаторов поглощающего типа, ферритовых вентилей).

Если принять потери в первом и

55 втором аттенюаторах, а также в каждом из развязывающих элементов, рав-. ными 1 дБ а потери в основном канале направленного ответвитедя LNo=

= 0,2 дБ, то согласно формулам (2) и (3) получаем для прототипа (при

Т, = 300 К):

1 + 0,2 + 1 + 2 = 4,2 дБ (2,63 раза), Tnp —.-3900 К при Т м 500 К:

Ьсм= 6 дБ" Т пч= 200 K.

Для предлагаемого же радиометра получаем:

Ь „=1+ 2 =ЗдБ (2 раза), Tnp = 2900 К при тех же значениях

Тсм> L см Тпч °

Из выражения (1) видно, что при одинаковых значениях aC. Q f и с флуктуационная чувствительность PTER зависит только от значения (Т + Т ) .

Если принять Т -,= 300 К, то получйм, что отношени значений флуктуационных чувствительностей прототипа

Т,1 „„и предлагаемого радиометра

6Тп равно: пn Тп и от Та и т. е. флуктуационная чувствительность предлагаемого устройства повысилась по сравнению с прототипом на 357., что в результате привело к соответствующему повышению точности измерений.

Формула изобретения

Модуляционный радиометр для измерений шумовых сигналов, содержащий первый управляемый аттенюатор, второй управляемый аттенюатор, генератор шума, выход которого соединен с входом второго управляемого аттеню. атора, циркулятор и первый вентиль,. смеситель, гетеродин и второй вентиль, вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход — с гетеродинным входом смесителя, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, квадратный детектор, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и регистрирующий блок, причем вход усилителя промежуточной частоты соединен с выходом смесителя, и генератор опорного напряжения, третий выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышение точности, введены программируемый блок управления и блок коммутации, первый вход которого соединен с первым выходом генератора опорного напряжения, а второй вход - с вторым выходом генеСоставитель Н.Михалев

Техред А,Кравчук Корректор Т.Малец

Редаткор Т.Пардашбва

Заказ 7220/41 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета.по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

9 - 15 ратора опорного напряжения, первый выход програмируемого блока управления подключен к управляющему входу генератора шума, а второй выход — к . входу управления блока коммутации, первый выход блока коммутации подключен к управляющему входу первого управляемого аттенюатора, и вторфй выход — к управляющему входу второ25626 l0 го управляемого аттенюатора, при ,этом первое плечо циркулятора соединено с выходом первого управляемого аттенюатора, второе плечо — с входом первого вентиля, а третье плечо — с выходом второго управляемого аттенюатора, причем выход первого вентиля соединен с сигнальным входом смеси10