Двухчастотный модуляционный радиометр

 

Использование: в радиоастрономии при спектральных исследованиях, в теплолокации и измерительной технике. Сущность изобретения: вводится еще один канал приема и обработки сигнала, содержащий второй усилитель 21 промежуточной частоты, второй квадратичный детектор 23, второй усилитель 25 низкой частоты, четвертый двухпозиционный переключатель 27, второй аналоговый ключ 29, пятый 35, шестой 36 и седьмой 37 двухпозиционные переключатели, инвертор 38 и сумматор 39. В результате одноканальный двухчастотный модуляционный радиометр работает в режиме двухканального, что увеличивает чувствительность радиометра в "^ раза. Чувствительность увеличивается в V2 раз также в режиме независимого приема сигналов основного и зеркального каналов за счет восстановления непрерывности наблюдения за сигналами основного и зеркального каналов. 1 ил.(Лс•ч! 00 О Оел о

СОЮЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4823936/21 (22) 07.05.90 (46) 07.12.92. Бюл. N 45 (71) Институт радиофизики и элек1роники

АН АрмССР (72) Х.А. Манаселян (56) Радиоастрономическая аппар"-, -:=. тенны и методы. Тезисы докладов х. союзной радиоастронамической кон@еренции 28 — 30 октября. 1982 г., Ереван, с.88—

89.

Авторское свидетельстBQ СССР

¹1693567, кл. G 01 и 29/26, 1989. (54) ДВУХЧАСТОТНЫЙ МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР (57) Использование: в радиоастрономии при спектральных исследованиях. в теплолокации и измерительной технике. Сущность изобретения: вводится еще один канал при1

„„. Ж„„1780050 А1 ема и обработки сигнала, содержащий второй усилитель 21 промежуточной частоты, втооой квадратичный детектор 23, второй усилитель 25 низкой частоты, четвертый двухпозиционный переключатель 27, второй аналоговый ключ 29, пятый 35, шестой

36 и седьмой 37 двухпозиционные переключатели, инвертор 38 и сумматор 39. В результате одноканальный двухчастотный модуляционный радиометр работает в ре>киме двухканального, что увеличивает чувствительность радиометра в 1эаза.

Чувствительность увеличивается в 12 раз также в режиме независимого приема сигналов основного и зеркального каналов за счет восстановления непрерывности наблюдения за сигналами основного и зеркального каналов. 1 ил.

1780050

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиоастрономии при спектральных исследованиях, теплолокации и измерительной технике.

Известно устройство, содержащее антенну(А), направленный ответвитель (НО). к первому входу которого подключена А, генератор шума (ГШ), выход которого подключен к второму входу НО, последовательно соединенные первый фильтр (Ф1), первый амплитудный модулятор (АМ1) и второй фильтр (©z), последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты (УПЧ), квадратичный детектор (КД) и усилитель низкой частоты (УНЧ), смеситель (СМ), выход которого соединен со входом УПЧ, первый циркулятор (Ц1), второй плечо которого подключено к первому входу СМ, а к третьему плечу подключена согласованная нагрузка (СН), второй циркулятор (Ц2), третье плечо которого подключено к первому глену

Ц1, а первое плечо к выходу ©z, второй амплитудный модулятор (АМ2) выход которого подключен к второму плечу Llz, третий циркулятор (Цз), первое плечо которого подключено к выходу НО, второе плечо подключено к входу Ф1, а третье плечо подклю чено к выходу АМ2, гетеродин (Г), выход которогь соединен со вторым входом СМ, последовательно соединенные первый синхронный детектор (СД1), первый интегратор (И1) и первый регистрирующий блок (РБ1), последовательно соединенные второй синхронный детектор(СД2), второй интегратор (И2) и второй регистрирующий блок (РБ2), генератор опорного напряжения (ГО1-lj, первый выход которого соединен с управляющими входами AMz и СД1, а второй выход соединен с управляющими входами АМ1 и

СД2, Данное устройство работает в двух режимах. Первый — это режим двухчастотного независимого приема сигналов основного и зеркального KBHBlloB преобразователя частоты (CM и Г) и второй — это режим измерения разности сигналов в этих двух каналах.

Недостатком данного радиометра является его низкая чувствительность. связанная с большими потерями входного тракта (до,СМ), содержащего три циркулятора, два фильтра и два амплитудных модулятора, а также с возникновением несимметричности модуляции сигналов обоих каналов во время первого режима приема, когда амплитудные модуляторы работают с разными (некратными) частотами модуляции, в то время. когда в обоих синхронных детекторах осуществляется симметричная демодуляция.

"0 5

«5

35 д0

Известно устройство, содержащее А, НО, к первому входу которого подключена

А, ГШ, выход которого соединен со вторым входом НО, АМ1, выход которого соединен с выходом НО, Ц>, первое плечо которого подключено к выходу АМ1, а третьему плечу подключена первая согласованная нагрузка (СН1), синфазно-противофазный ответвитель (СПО), синфазный вход которого подключен ко второму плечу

Ц1, а к противофазному входу подключен короткозамыкатель (K3), первый и Второй смесители (CM< и СМ2), первые Входь, ко,орых соединены с первым и вторы вь.ходами СпО соответственно, квадра «рны ответвитель (КО), третье и четвертое -.лечи которого подключены ко вторым ьходам

СМ и СМ2 соответственно, Ц2 и Цз, вторые плечи которых подключены к первому и второму плечам КО соответственно. BTQpoi.; г трети; согласованные нагрузки (CHz

CH3), выходы которых подключены к: ретьим плечам Ц«и Цз соответственно, АМ;. выход которо"0 подключен к первом, плечу Цз, че в "ptI! A циркулятор (l,pj, к в, ром, плечу которого подключен Вход АМ;, гретье плечо подкгночено к первому пле-,.

IJz, Г, BI B;î,-; Оторого подк«ночен к перво,, плечу lg«I, и Qс«iедоBател ьнQ ОGедиhF„. -I f1 ü! ь

УПЧ, КД v, УНЧ, квадратурный сумма О,. промежуточной частоты (КС), первое и второе плечи которого соединены с выхода и

СМ1 и СМ2 соответственно, третье плечо соединено со входом УПЧ, а к четвертому плечу подключена четвертая согласованная нагрузка (СН4), последовательно сое диненные СД1, l!lI и РБ;, посгедовательн соединенные СД, И2 и РБ2, первый двухпсзиционный переключатель (ДП1), вход которого соединен с выходом УНЧ, а первый выход соединен со входом СД1, аналоговый ключ (АК). вход которого соединен со вторым выходом ДП1, а первый и второй выходы соединены со входами СД1 и СД2 соответственно, ГОН, первый выход которого соединен с управляющими входами СД1 и СДг, а второй выход соединен с управляющим входом АК, второй двухпозиционный переключатель (ДП2), вход которого соединен с первым выходом ГОН, а первый выход соединен с управляющим входом АМ;, третий двухпозиционный переключатель (ДПз), первый вход которого соединен со вторым выходом ГОН, второй вход соединен со вторым выходом ДП2, а выход соединен с упраВляющим входом AMz.

В известном радиометре разделение сигналов основного и зеркального каналов приема осуществляется при помощи фазовой модуляции в тракте гетеродин; тем са1780050 (2) мым отпадает необходимость использования фильтров и других развязывающих устройств во входной части радиометра. Это приводит к повышению чувствительности двухчастотного радиометра, что достигается также сохранением симметричности модуляции и демодуляции в режиме независимого приема сигналов основного и зеркального каналов.

Недостатком данного устройства является то, что часть сигнала как основного, так и зеркального каналов, в зависимости от фазы модуляции теряется, поглощаясь в

СН4 на четвертом плече КС.

Известно, что чувствительность радиометра определяется следующей формулой: где а — постоянный коэффициент;

Т, внутренние шумы радиометра;

h, f — полоса принимаемых частот; т = r< — время наблюдения или постоянная времени выходного интегратора.

В известном радиометре АК работает синхронно с AMz и тем самым осуществляет симметричное временное разделение сигналов основного и зеркального каналов, Однако в течение того полупериода модуляции

AMz, когда на вход СД1 поступает промодулированный сигнал основного или зеркального канала, на вход СДг поступает нулевой сигнал и наоборот, в течение другого полупериода, когда на вход СД2 поступает промодулированный сигнал зеркального или основного канала, на вход СД1 поступает нулевой сигнал, в результате чего на выходах СД1 и СДг сигналы периодически прерываются, что равносильно уменьшению времени наблюдения т в каждом канале в 2

Òï раза. Подставляя в (1) r = —, для чувстви2 тельности известного радиометра получаем:

Целью изобретения — увеличение чувствительности двухчастотного модуля ционного радиометра как в режиме независимого приема сигналов основного и зеркального каналов, так и в режиме регистрации их разности.

Для этого в двухчастотный модуляционный радиометр, содержащий П, НО, к первому входу которого подключена А, ГШ, выход которого соединен со вторым входом

НО, АМ1, вход которого соединен с выходом

НО, Ц1, первое плечо которого подключено к выходу АМ1, а к третьему плечу подключена СН1, СПО, синфазный вход которого подключен ко второму плечу Ц1, а к противофаэному входу подключен K3, CMi и CMz, первые входы которых соединены с первым и вторым выходами СПО соответственно, КО, третье и четвертое плечи которого подключены ко вторым входам СМ1 и CMz соответственно, Ц2 и Цз, вторые плечи которых подключены к первому и второму плечам К0 соответственно, СН2 и СНз, выходы которых подключены к третьим плечам Llz и Цэ соответственно, АМ2, выход которого подключен к первому плечу Цз, Ц4, ко второму плечу которого подключен вход АМ2, а третье плечо подключено к первому плечу l4z, Г, выход которого подключен к первому плечу Ц4, последовательно соединенные первый усилител ь и ромежуточ ной частоты (УП Ч >). первый квадратичный детектор (КД1) и первый усилитель низкой частоты (УПЧ1), КС, первое и второе плечи которого соединены с выходами CMt и СМ2 соответственно, а третье плечо соединено со входом УПЧ1, ДП1, вход которого соединен с первым выходом ДП1, СД1, вход которого соединен с первым выходом АК1 и со вторым выходом ДП1, СДг, вход которого соединен со вторым выходом АК, последовательно соединенные И1 и РБ1, последовательно соединенные И2 и

РБ2, ГОН, первый выход которого соединен с управляющими входами СД1 и СДг, а второй выход соединен с управляющим входом

АК1, ДП2, вход которого соединен с первым выходом ГОН, а первый выход соединен с управляющим входом AMf, ДПз, первый вход которого соединен с вторым выходом

ГОН, второй вход соединен с вторым выходом ДП2, а выход соединен с управляющим входом AMz, дополнительно введены последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты (УПЧ2), второй квадратичный детектор (КД2), второй усилитель низкой частоты (УНЧ2) четвертый двухпоэиционный переключатель (ДП4) и второй аналоговый ключ (AKz), а также пятый двухпоэиционный переключатель (ДП1) и последовательно соединенные шестой двухпозиционный переключатель (ДПь), инвертор (И), сумматор (С) и седьмой двухпозиционный переключатель (ДП7), выход которого подключен к входу И, а первый вход — к первому выходу ДП5. второй выход которого подключен к второму входу С, а вход — к выходу СД1, вход которого подключен к первому выходу AKz, вход которого подключен ко второму выходу ДП4, первый выход которого соединен ко входу C4z, выход которого подключен к входу ДПв, второй

1780050

5

50 к первому плечу Ц212, гетеродин 18 (Г18), выход которого подключен к первому плечу

Ц417, последовательно соединенные первый усилитель промежуточной частоты 20 (УПЧ<20), первый квадратичный детектор 22 (КД 22) и первый усилитель низкой частоты

24 (YH4124), квадратурный сумматор промежуточной частоты 19 (КС19), первое и второе плечи которого соединены с выходами СМ19 и СМ210 соответственно, а третье плечо соединено со входом УПЧ110, первый двухпозиционный переключатель 26 (ДП 26), вход которого соединен с выходом УНЧ124, первый «налоговый ключ 28 (AK128), вход которо о соединен с первым выходом ДП126, первый синхронный детектор 30 (СД130), вход которого соединен с первым выходом

АК128 и с вторым выходом ДП126, второй синхронный детектор 31 (Cglz31), вход которого соединен с вторым выходом АК128, последовательно соединенные первый интегратор 40 (И140) и первый регис рирующии блок 42 (РБ42), последовательно соединенные второй интегратор 41 (И241) и второй регистрирующий блок 43 РЬ;-., "8нератор опорного напряжения 32 (LJH32), первый выход которого соединен с управляющими входа,ии СД130 и СД231, а второй выход соединен с управляющим входом

AK)28, ьгорои двухпозиционный переключатель 33 (ДП233), вход которого соединен с первым выходом ГОНЗ2, а первый выход соединен с управляющим входом АМ14, третий двухпозиционный переключатель 34 (ДПз34), первый вход которого соединен с вторым вь,ходом ГОН 32, второй вход соединен с вторым выходом ДП233, а выход соединен с управляющим входом АМ 16, последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты 21 (УПЧ221), второй квадратичный детектор 23 (КД223), второй усилитель низкой частоты 25 (УН l225), четвертый двухпозиционный переключатель 27 (ДП427) и второй аналоговый ключ29 (AK229), а также пятый двухпозиционный переключатель 35 (ДП535) и последовательно соединенные шестой двухпозиционный переключатель

36 (ДП636), инвертор 38 (И38), сумматор 39 (C39) и седьмой двухпозиционный переключатель 37 (ДП737), выход которого подключен к входу И<40, а первый вход — - к первому выходу ДП535, второй выход которого подключен к второму входу С39, а вход — к выходу Cg)30, вход которого подключен к первому выходу АК229, вход которого подключен к второму выходу ДП427, первый выход которого подключен к входу СД231, выход которого подключен к входу ДП636, второй выход которого подключен ко входу

И241, при этом вход УПЧ221 подключен к четвертому плечу КС19, второй выход АК229 подключен к входу СД231, управляющий вход AKz29 соединен с вторым выходом

ГОН32, а выход С39 соединен с вторым входом ДП737, Двухчастотный модуляционный радиометр работает следующим образом.

В режиме независимого приема сигналов основного и зеркального каналов управляющий сигнал с первого выхода ГОН 32 (2), проходя через ДП233, постуг1ает на управляющий вход АМ14. При низком уровне этого сигнала АМ14 открывается и пропускает сигнал антенны. При высоком уровне управляющего сигнала AMi4 закрывается и отражает сигнал "антенного эквивалента", роль которого выполняет СН16. Одновременно управляющий сигнал с второго выхода ГОН 32, частота которого в и раз ниже, чем частота сигнала первого выхода ГОН 2, проходя через ДПз34, поступает на управляющий вход AiVlg i5. При низком уровне этого сигнала АМ;16 открывается, и сигнал

Г18, проходя через циркуляторы Ц417 и Цз13 поступает на второе плечо КО11. При этом на третьем плече КС19 появляется сигнал основного канала, а на четвертом плече

КС19 сигнал зеркального канала. При высоком уро;..не управляющего сигнала АМр16 закрывается, сигнал Г18, проходя через циркуляторы Ц417 им Ц212 поступает на первое плечо КО11, на третьем плече КС19 появляется сигнал зеркального канала, а на четвертом плече — сигнал основного канала.

Промодулированные таким образом сигнала с третьего и четвертого плеч КС19 поступают соответственно на входы УПЧ120 и

УПЧ 21, усиливаются в них, детектируются с помощью КД122 и КД223, дополнительно усиливаются в УНЧ i24 и УНЧ225, после чего поступают на соответствующие входы

ДП126 и ДП427. С первых выходов ДП126 и

ДП427 сигналы поступают на соответствующие входы АК128 и АК229, которые работают синхронно с АМ216. Поэтому сигнал основного канала с первого выхода АК128 и с второго выхода АК229 поступает на вход

СД130, в то время как, сигнал зеркального канала со второго выхода АК128 и с первого выхода AKz29 поступает на вход СД231. Так как сигнал основного канала поступает на первый выход АК128 и на второй выход

АК229 в разные полупериоды модуляции

АМ216, а СД)30 работает синхронно с АМ14, то на выходе СД130 образуется непрерывный сигнал соответствующий разности сигнала "аналогичного эквивалента" и сигнала основного канала. Аналогичным образом на выходе СД231 образуется не1780050

40

50 прерывный сигнал, соответствующий разности сигналов "антенного эквивалента" и зеркального канала приема, В дальнейшем выходной сигнал СД«30, проходя через ДП 35 и ДП737 накапливается в И«40 и записывается в РУ«42, а выходной сигнал

СД",31, проходя через ДП636, накапливается в Ир41 и записывается в РУ243.

В режиме измерения разности сигналов основного и зеркального каналов модуляция с АМ>4 прекращается, сигнал с первого выхода ГОН32, проходя через ДПг33 и

ДПз34, поступает на управляющий вход

АМ216, в результате чего на третьем и четвертом плечах КС 19 образуются противофазные вэаимнопромодулированные

-.t«ï!àëû основного и зеркального каналов приема. Проходя соответственно через

УПЧ120, КД«22, УНЧ124 и через УПЧ223, УНЧ225, эти сигналы с вторых выходов

ДП«26 и ДП427 поступают на соответствугощие входы СД«30 и СД231, которые уже Работают синхронно с АМ216, Поэтому HG ux выходах появляются сигналы противогюложной полярности, каждый из которых соответствует разности сигналов основного и зеркального каналов, Проходя соответстí".! ««o через ДП535 и через ДП636, ИЗ8, эти сип«алы поступают на входы С39. На выходном плече С39 выделяется суммарный рачностный сигнал, который накапливаясь в

И,40, записывается в РУ«42.

Преимущество заявляемого устройства заключается в том, что в обоих режимах приема чувствительность двухчастотного «одуляцион««ого радиометра повышается т в р раза. В одном случае это достигается восста «овланием непрерывности сигнала

«а выходах синхронных детекторов, а в другом случае тем. что двухчастотный модуляционный радиометр работает в режиме двухчастотного двухканального модуляционного радиометра с общей входной частью, «1"ормула изобретения

Двухчасготный модуляционный радиоr ":åTð, содержащий антенну, направленный ответвитель, к первому входу которого подключена антенна, генератор шума, выход ко горого соединен с вторым входом направле ц«ого ответвителя, первый амплитуд «ый модулятор, вход которого соединен с выходом направленного ответвителя, первый циркулятор, первое плечо которого подключено к выходу первого амплитудного модулятора, а к третьему плечу подключена первая согласованная нагрузка. синфазно-противофаэный ответвитель, синфазный вход которого подключен K вторл" у плечу перного циркулятора, а к противофазному входу подключен короткозамыкатель, первый и второй смесители, первые входы которых соединены с первым и вторым входами синфазно-противофаэного ответвителя соответственно, квадратурный ответвитель. третье и четвеотое пле-.:-:: которого подключен к вторым входам первого и второго смесителей соответственно, второй и третий циркуляторы., вторые плечи которых подключены к первому и втором „ плечам квадратурного ответвителя соответственно, вторая и третья согласованные на. грузки, выходы которых подключены третьим плечам второго и третьег< «и;, куля торов соответственно, второи эмпл. удный модулятор, выход которого подкл,:,:ен к первому плечу третьего циркулятора, четвертый циркулятор, к второму плечу которого подключен вод второго амплитудного модулятора, а третье плечо подключено " перво :у плечу второго циркулятора, гетеро дин, вь«ход которого подключен к первому плечу четвертого циркулятора, последовательно соединенные первый усил тел- промеж /точной) часГ) < ы пеовый ква о- . -:-н;!:. детек-ор и первый усилитель низкой часто ты, квадрат; рный сумматор pðîìåæóòo÷ío«. частоты, пеовое и вторпе плечи Yîòîoîãî соединены с выходами первого и втеоогс смесителей соответственно, а третье и-:ечо с входом первого усилителя промежуточной частоты, первый двухпозиционный переключатель, вход которого соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, первый аналоговый ключ, вход которого соединен с первым выходом первого двухпозиционного переключателя, первый синхронный детектор, вход которого соединен с вторым выходом первого двухпоэиционного переключателя и с первым выходом первого аналогового ключа, второй синхронный детектор, вход которого соединен с вторым выходом первого аналогового ключа, последовательно соединенные первый интегратор и первое регистрирующее устройство, последовательно соединенные второй интегратор и второе регистрирующее устройство, генератор опорного напряжения, первый выход которого соединен с управляющими входами первого и второго синхронных детекторов, а второй выход — с управляющим входом первого аналогового ключа, второй двухпозиционный переключатель, вход которого соединен с первым выхоцом генератора опорного напряжения, а первый выход — с управляющим входом первого амплитудного модулятора, третий двухпозиционный переключатель, первый вход которого соединен с вторым выходом генератора опорного напряжения, зторой

1780050

Составител ь Х. Ма насел я н

Техред М.Моргентал Корректор С. Лисина

Редактор С. Кулакова

Заказ 4435 Тираж 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 вход — с вторым выходом второго двухпоэиционного переключателя. а выход — с управляющим входом второго амплитудного модулятора, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него введены последовательно соединенные второй усилитель промежуточной частоты, второй квадратичный детектор, второй усилитель низкой частоты, четвертый двухпозиционный переключатель и второй аналоговый ключ, а также пятый двухпозиционный переключатель и последовательно соединенные шестой двухпозиционный переключательь, инвертор, сумматор и седьмой двухпозиционный переключатель, выход которого подключен к входу первого интегратора, а первый вход — к первому выходу пятого двухпозиционного переключателя, второй выход которого подключен к второму входу сумматора, а вход — к выходу первого синхронного детектора, вход которого подключен к первому выходу второго аналогового ключа, вход которого подключен к второму выходу четвертого двухпозицион5 ного переключателя, первый выход которого соединен с входом второго синхронного детектора, выход которого подключен к входу шестого двухпозиционного переключателя, второй выход которого

10 подключен к входу второго интегратора, при этом вход второго усилителя промежуточной частоты подключен к четвертому плечу квадратурного сумматора промежуточной частоты. второй выход второго аналогового

15 ключа — к входу второго синхронного детектора, а управляющий вход — к второму выходу генератора опорного напряжения, и выход сумматора соединен с вторым входом седьмого двухпозиционного переклю20 чателя.