Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн



Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн
Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн
Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн

 


Владельцы патента RU 2488941:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве меры шумовой температуры при точных измерениях малых уровней шумовой температуры источников сигналов, а также для встроенного контроля в радиосистемах различного назначения. Достигаемый технический результат - обеспечение высокой точности эталонных уровней шумовых температур для калибровки измеряемых шумовых сигналов миллиметрового диапазона длин волн. Электрически управляемый модулятор - калибратор миллиметрового диапазона волн - содержит волноводную вставку с размещенной в ней управляемой внешним источником тока монолитно-интегральной схемой (МИС), состоящей из ряда параллельных цепочек последовательно соединенных GaAs-диодов с барьером Шоттки, а также вентиль, при этом волноводная вставка с упомянутой МИС и вентиль размещены в термостате, а чувствительным элементом термостата является температурный датчик, расположенный на корпусе волноводной вставки. 3 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике КВЧ и может быть использовано в качестве эталона шумовой температуры в миллиметровом диапазоне длин волн при измерении малых уровней шумовой температуры источников сигналов, в частности в радиотеплолокации земных покровов и в атмосферных исследованиях.

Для обнаружения излучения, тестирования и отладки радиоаппаратуры широко применяются различного рода индикаторы излучения, а для ее калибровки - генераторы шума и другие источники излучения.

Например, спектрорадиометрическая аппаратура, в частности предназначенная для наблюдения слабых спектральных линий излучения примесных газов стратосферы на фоне значительного и сравнительно быстро меняющегося тропосферного излучения, требует обязательной калибровки, повторяющейся через интервалы времени, меньшие характерного времени тропосферных вариаций и вариаций параметров самой аппаратуры. Такая калибровка в миллиметровом диапазоне длин волн обычно производится путем размещения перед антенной или включения в ее тракт специальных согласованных нагрузок, одна из которых находится при температуре среды, окружающей аппаратуру, а другая при температуре кипящего азота. При этом время измерения принимаемого излучения составляет обычно примерно от трети до половины длительности всего цикла измерение-калибровка, хотя имеются варианты калибровочных устройств, свободные от подобных потерь времени наблюдений.

Известен калибратор, работающий в диапазоне миллиметровых длин волн с применением методики абсолютной калибровки малых шумовых сигналов с использованием «теплой» (при температуре окружающей среды) и «холодной» (при температуре кипения жидкого азота) согласованных нагрузок (см. А.А. Красильников, Ю.Ю. Куликов, В.Г. Рыскин, В.М. Демкин, Л.М. Кукин, В.Л. Михайловский, В.Н. Шанин, М.З. Шейнер, В.А. Шумилов, A.M. Щитов. Новый малогабаритный микроволновый спектрорадиометр-озонометр // Приборы и техника эксперимента. 2011. №1. С.127-133.).

Недостатками этого калибратора является громоздкость, необходимость наличия криоагента, что не всегда возможно, и ограниченное время непрерывной работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является модулятор-калибратор на основе микросхемы, состоящей из цепочек GaAs-диодов с барьером Шоттки (Л.И. Федосеев, В.Г. Божков, В.А. Геннеберг, И.В. Петров, А.П. Шкаев. Радиометр 3-миллиметрового диапазона длин волн с модулятором-калибратором // Изв. ВУЗов - Радиофизика. 2007. Т.50. №10-11. С.948.). Этот модулятор-калибратор позволяет реализовать функции и индикатора, и источника шумового излучения с помощью одного прибора. Он имеет регулируемый интервал калибровочных шумовых температур от 0,6Т0 до (2÷3)Т0, где Т0 - температура окружающей среды, не нуждается в использовании криогенного охлаждения, малогабаритен и не имеет ограничений в непрерывном функционировании.

Недостатком прототипа является зависимость калибровочных уровней шумовой мощности, а значит, и шумовой температуры, не только от тока, протекающего через диоды микросхемы, но и от температуры самих диодов, которая испытывает значительные вариации во времени. Таким образом, данное устройство не является источником высокостабильных уровней шумовой температуры и недостаточно качественно выполняет функции калибратора шумовых сигналов.

Задачей, на которую направлено изобретение, является создание электрически управляемого высокостабильного модулятора-калибратора, обеспечивающего высокую точность эталонных уровней шумовых температур для калибровки измеряемых шумовых сигналов миллиметрового диапазона длин волн.

Технический результат достигается тем, что предлагаемый электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн, как и прототип, содержит волноводную вставку с размещенной в ней управляемой внешним источником тока монолитно-интегральной схемой (МИС), состоящей из ряда параллельных цепочек последовательно соединенных GaAs-диодов с барьером Шоттки, а также вентиль.

Новым в предлагаемом электрически управляемом модуляторе-калибраторе миллиметрового диапазона длин волн является то, что для получения высокостабильных калибровочных уровней шумовой температуры волноводная вставка с МИС и вентиль размещены в термостате, который стабилизирует температурный режим МИС, при этом чувствительным элементом термостата является температурный датчик, расположенный на корпусе волноводной вставки.

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На Фиг.1 представлена функциональная схема модулятора-калибратора.

На Фиг.2 приведено изображение монолитно-интегральной микросхемы (МИС) модулятора-калибратора.

На Фиг.3 показано размещение МИС модулятора-калибратора в волноводе.

Модулятор-калибратор состоит из волноводной вставки 1 длиной 10 мм, в продольном сечении которой размещена монолитно-интегральная схема (МИС) 6, содержащая ряд параллельных цепочек 7 из нескольких последовательно включенных диодов с барьером Шоттки. На вход модулятора-калибратора подается измеряемый шумовой сигнал. Выходной фланец волноводной вставки 1 соединен с вентилем 2 для исключения влияния импеданса источника излучения на приемник, который подключен к выходу модулятора-калибратора. С внешнего модуля 5 подается управляющий сигнал на МИС 6 через специальный вывод 8 волноводной вставки 1, к которой прикреплен температурный датчик 3 термостата 4. Все элементы модулятора-калибратора расположены в термостате 4.

Модулятор-калибратор работает следующим образом. Когда управляющее напряжение равно нулю, Модулятор-калибратор открыт, и измеряемый шумовой сигнал с его выхода через вентиль 2 поступает на вход приемника. При подаче на вывод 8 МИС 6, расположенной в волноводной вставке 1, управляющего напряжения с внешнего модуля 5, которое обеспечивает ток порядка 2 мА через ряд параллельных цепочек 7, эффективная шумовая температура излучения модулятора-калибратора достигает величины около 160 К. При этом входной тракт модулятора-калибратора заперт с уровнем запирания 20 дБ. При увеличении тока эффективная шумовая температура на выходе модулятора-калибратора возрастает (вплоть до 560 К при токе 50 мА). Таким образом, обеспечиваются два и более эталонных уровней шумовой температуры, необходимых для калибровки интенсивности принимаемого излучения, аналогичных используемым в методике абсолютной калибровки.

Шумовая температура диода с барьером Шоттки Td описывается следующей формулой (см. Л.И. Федосеев, В.Г. Божков, В.А. Геннеберг, И.В. Петров, А.П. Шкаев. Радиометр 3-миллиметрового диапазона длин волн с модулятором-калибратором // Изв. ВУЗов - Радиофизика. 2007. Т.50. №10-11. С.948.):

Т d = ( T e R s + η 2 T 0 G j G j 2 + G С 2 ) ( R s + G j G j 2 + G С 2 ) 1 ,                                                      ( 1 )

где Т0 - температура окружающей среды, где находится диод,

Te - температура электронного газа последовательного сопротивления Rs,

Rj и Cj - дифференциальное сопротивление и емкость барьера Шоттки,

η - показатель идеальности вольт-амперной характеристики ДБШ,

G j = 1 R j - активная проводимость барьера Шоттки,

GC=ωCj - емкостная проводимость барьера Шоттки.

При увеличении тока через диод до некоторой характерной величины, его шумовая температура достигает своего минимума и становится равной

Т d = η Т 0 2 .                                                                                                  ( 2 )

Таким образом, управляя импульсами тока МИС 6 определенной величины, на вход приемника можно последовательно подавать измеряемый сигнал и два (или несколько) калибровочных уровней шумовых температур, т.е. данное устройство выполняет функцию одновременно и модулятора, и калибратора. Для дальнейшей работы достаточно один раз снять зависимость эффективной шумовой температуры излучения от величины тока МИС 6, т.е. прокалибровать модулятор-калибратор по методике абсолютной калибровки.

Однако выходной уровень мощности шума модулятора-калибратора согласно выражениям (1) и (2) пропорционален величине физической температуры диодов МИС 6, которая может значительно изменяться во время измерений. Авторами установлено, что из-за сильного влияния окружающей температуры на величину шумовой температуры устройство-прототип не может являться источником высокостабильных уровней шумовой температуры и недостаточно качественно выполняет функции калибратора шумовых сигналов. Поэтому для обеспечения стабильных уровней эталонных шумовых сигналов необходимо поддерживать постоянную температуру МИС 6. Эту роль в описанном выше процессе работы предлагаемого модулятора-калибратора выполняет термостат 4, чувствительным элементом которого в цепи обратной связи является температурный датчик 3, с высокой точностью реагирующий на все колебания температуры МИС 6.

Таким образом, благодаря включению в конструкцию данного модулятора-калибратора термостата, который стабилизирует температурный режим всего устройства, удается обеспечить долговременную стабильность эталонных уровней шумовой температуры для калибровки измеряемых шумовых сигналов миллиметрового диапазона длин волн.

Электрически управляемый модулятор-калибратор миллиметрового диапазона длин волн, содержащий волноводную вставку с размещенной в ней управляемой внешним источником тока монолитно-интегральной схемой (МИС), состоящей из ряда параллельных цепочек последовательно соединенных GaAs-диодов с барьером Шоттки, а также вентиль, отличающийся тем, что для получения высокостабильных калибровочных уровней шумовой температуры волноводная вставка с МИС и вентиль размещены в термостате, который стабилизирует температурный режим МИС, при этом чувствительным элементом термостата является температурный датчик, расположенный на корпусе волноводной вставки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для неавтономного формирования шумовой помехи, создаваемой от внешнего управляющего сигнала, например, для создания тестовых шумовых сигналов в целях оценки помехоустойчивости радиоприемных устройств различного назначения.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в современных, помехозащищенных и конфиденциальных системах связи, в системах защиты информации для создания шумового сигнала, в контрольно-измерительных системах для измерения частотных характеристик, а также в системах кодирования для генерации случайных чисел и последовательностей.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. .

Изобретение относится к устройствам и способам генерации хаотического сигнала, и может использоваться при конструировании приемопередающих устройств. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. .

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для защиты информации средств вычислительной техники от утечки информации. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в коммуникационных системах связи. .

Изобретение относится к области радиофизики и СВЧ-электроники и предназначено для генерации высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) широкополосных хаотических колебаний разного уровня мощности.

Изобретение относится к электронным устройствам и может быть использовано для защиты информации по акустическим каналам. Достигаемым техническим результатом является возможность формирования низкочастотного сигнала с расширенным частотным диапазоном и улучшенными характеристиками распространения. Генератор акустических шумов содержит блок управления, блок индикации, блок контроля, блок питания и заряда аккумулятора, аккумулятор, формирователь низкочастотного сигнала и исполнительный блок вращения, при этом формирователь низкочастотного сигнала выполнен в виде цилиндрического корпуса, на внутренней поверхности которого равномерно выполнены выступы, в корпусе соосно его оси установлен шток с возможностью вращения, на котором жестко закреплены одни концы несущих элементов, на других концах которых установлены первые контактные элементы с возможностью их поступательного перемещения вдоль несущих элементов и возможностью взаимодействия с выступами корпуса, на наружной поверхности корпуса равномерно установлены вторые контактные элементы с возможностью их взаимодействия с корпусом, причем шток формирователя низкочастотного сигнала кинематически соединен с исполнительным блоком вращения. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и электроники и может быть использовано для защиты информации средств вычислительной техники, автоматизированных рабочих мест, проводных линий связи от утечки информации в результате побочных электромагнитных излучений и наводок. Техническим результатом является расширение спектра выходного шумового сигнала в область низких и высоких частот, повышение равномерности спектральной плотности мощности шумового сигнала, возможность регулировки уровней шумовых сигналов. Генератор шумовых сигналов (ГШС) имеет два выхода, регулируемых по уровню сигнала. В качестве формирователя дополнительного шумового сигнала используют лавинно-пролетный шумовой диод с усилителем и переменным резистором регулировки уровня дополнительного шумового сигнала, а в качестве излучающего низкочастотного элемента используют катушку индуктивности с распределенными параметрами, которая позволяет формировать низкочастотную часть магнитной составляющей электромагнитного поля шумового сигнала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - расширение возможностей электронной перестройки параметров генерируемого хаотического сигнала. Генератор хаотических колебаний содержит резистивный элемент, первый и второй двухполюсные элементы с емкостным сопротивлением, двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением и нелинейный усилитель тока. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - расширение пределов регулирования параметров хаотического сигнала путем видоизменения конфигурации соответствующего ему хаотического аттрактора. Генератор хаотических колебаний содержит первый двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, первый нелинейный преобразователь импеданса первого типа, второй двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, двухполюсный элемент с емкостным сопротивлением, два резистора. 1 з.п. ф-лы, 24 ил.

Группа изобретений относится к области радиотехники и электроники и может быть использована для радиотехнической маскировки побочных электромагнитных излучений. Техническим результатом является расширение спектра выходного шумового сигнала в область высоких частот до 6000 МГц и повышение равномерности спектральной плотности мощности шумового сигнала за счет регулировки уровней шумовых сигналов в широких пределах. Генератор шумовых сигналов включает источник широкополосного шумового сигнала, сигналы с которого через широкополосные усилители и управляемые аттенюаторы поступают соответственно на фильтр нижних частот и на фильтр верхних частот, после чего через управляемые усилители и высокочастотные соединители поступают на систему контроля работоспособности, обеспечивая регулировку уровней шумовых сигналов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано в биомедицинских исследованиях. Технический результат заключается в обеспечении возможности изучения воздействия на параметры живого организма, в том числе на зрительные функции, неоднородной световой среды, имеющей свойство масштабной инвариантности во времени. Генератор состоит из внешнего источника питания с подключенным к нему микроконтроллером, к двум ножкам которого через соединенные Г-образно токоограничивающие заземляющие резисторы подключены два n-канальных полевых транзистора. К ним последовательно подключены два и три светодиода и ограничительные резисторы. Цепи стока транзисторов заземлены, генератор подключен напрямую к персональному компьютеру. Через него ШИМ-ножки входящего в генератор микроконтроллера программируются с возможностью изменения напряжения посредством включения и выключения диодов с обеспечением необходимой средней яркости от 0,1 до 100 кд/м2 для получения динамического фрактального "sweep" паттерна или дихотомического паттерна сдвоенных пачек мельканий. Длительность вспышек составляет от 0,1 до 1 мс, интервал между вспышками 0,1-1 мс, количество вспышек в одном вложении от 3 до 7, количество вложений от 2 до 6. 1 табл., 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, радиотехники и может быть использовано в качестве источника хаотических колебаний, при моделировании релейных систем автоматического управления и систем передачи информации, при исследовании помехоустойчивости различных систем. Технический результат - обеспечение моделирования сигналов, описываемых кусочно-линейными дифференциальными уравнениями, характеризующими возникающие периодические, квазипериодические и хаотические колебания. Генератор хаотических колебаний содержит два индуктивных элемента, два конденсатора, два резистора, полупроводниковый преобразователь напряжения, с помощью которого осуществляется регулирование характеристик генерируемых колебаний, и нагрузку. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может использоваться для генерирования шумового напряжения с заданными статистическими характеристиками. Технический результат: повышение точности воспроизведения статистических характеристик шума, расширение его энергетического спектра. Цифроаналоговый генератор шума содержит тактируемый опорным генератором генератор псевдослучайных чисел в качестве источника исходного цифрового шума, группой смежных выходов нагруженный на множество идентичных управляемых генераторов тока, у которых выходы объединены узлом суммирования, а объединенные вторые входы через фильтр подключены к выходу компаратора, к суммирующему узлу подключены также выходной буферный блок, преобразователь эффективного значения напряжения, выходом присоединенный к одному входу компаратора, у которого второй вход связан с зажимом опорного напряжения. 2 ил.

Изобретение относится к электронным схемам и может быть использовано для генерирования шумового напряжения с заданными статистическими характеристиками. Технический результат: повышение точности воспроизведения статистических характеристик шума, расширение его энергетического спектра. Цифроаналоговый генератор шума содержит тактируемый опорным генератором генератор псевдослучайных чисел , узел суммирования, множество управляемых генераторов тока, выходной буферный блок, преобразователь эффективного значения напряжения, компаратор, фильтр . 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Технический результат заключается в обеспечении генерирования хаотического сигнала, содержащего чередующиеся хаотические колебания двух различных типов - нерегулярно повторяющиеся короткие импульсы со случайной амплитудой и фазой и перемежающиеся с ними цуги затухающих высокочастотных осцилляций, имеющие случайную фазу и продолжительность. Генератор хаотических колебаний содержит первый и второй двухполюсные элементы с емкостным сопротивлением, двухполюсный элемент с индуктивным сопротивлением, резистор, нелинейный преобразователь импеданса и линейное устройство с отрицательным сопротивлением. 7 ил.
Наверх