RU2060507C1 - Frequency-modulated radiospectrometer - Google Patents
Frequency-modulated radiospectrometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2060507C1 RU2060507C1 SU5002395A RU2060507C1 RU 2060507 C1 RU2060507 C1 RU 2060507C1 SU 5002395 A SU5002395 A SU 5002395A RU 2060507 C1 RU2060507 C1 RU 2060507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- voltage
- outputs
- output
- amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Superheterodyne Receivers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для проведения прецизионных радиометрических измерений в миллиметровом диапазоне длин волн. The invention relates to a radio metering technique and can be used for precision radiometric measurements in the millimeter wavelength range.
Известен радиоспектрометр с частотной модуляцией, содержащий антенну, усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, первый и второй полосовые фильтры, первый и второй квадратичные детекторы, балансовое устройство, усилитель низкой частоты, синхронный детектор, фильтр низких частот, а также первый и второй гетеродины, переключатель гетеродинов и генератор модулирующей частоты. В указанном радиоспектрометре осуществляются частотная модуляция путем поочередного подключения гетеродинного входа смесителя к первому и второму гетеродинам через переключатель гетеродинов к первому и второму гетеродинам через переключатель гетеродинов с частотой, определяемой генератором модулирующей частоты. A known frequency-modulated radio spectrometer comprising an antenna, high-frequency amplifier, mixer, intermediate-frequency amplifier, first and second bandpass filters, first and second quadratic detectors, balance device, low-frequency amplifier, synchronous detector, low-pass filter, and also the first and second local oscillators, a local oscillator switch and a modulating frequency generator. In the indicated spectrometer, frequency modulation is carried out by alternately connecting the mixer heterodyne input to the first and second local oscillators through a local oscillator switch to the first and second local oscillators through a local oscillator switch with a frequency determined by the modulating frequency generator.
Спектр на выходе приемника с помощью двух полосовых фильтров, имеющих одинаковые полосы пропускания, разделяется на два разнесенных по частоте канала. Центральные частоты этих каналов выбираются так, чтобы в режиме переключения первого и второго гетеродинов исследуемый сигнал поступал то в первый, то во второй каналы. Периодические составляющие сигналов с выходов каналов поступают на балансное устройство, где вычитаются. В результате радиоспектрометр измеряет излучение наблюдаемой линии в течение всего времени наблюдения, что позволяет повысить его чувствительность в раза с вравнении со случаем амплитудной модуляции сигнала на входе редиометра.The spectrum at the receiver output using two bandpass filters having the same bandwidth is divided into two channels spaced apart in frequency. The center frequencies of these channels are selected so that, in the switching mode of the first and second local oscillators, the signal under investigation arrives in the first or second channel. The periodic components of the signals from the outputs of the channels are fed to a balanced device, where they are subtracted. As a result, the radiospectrometer measures the radiation of the observed line throughout the entire observation time, which makes it possible to increase its sensitivity in times compared with the case of amplitude modulation of the signal at the input of the rediometer.
Применение частотной модуляции в указанном устройстве при работе в СВЧ- и особенно в миллиметровом диапазонах влечет появление так называемых "ложных" сигналов. В антенне, антенном фидере и входном тракте радиометра неизбежно возникновение отражений волн на сочленениях, элементах тракта и т. п. В результате на вход приемника поступают частично когерентные волны с различным запаздыванием, а изменение частоты гетеродина приводит к изменению условий интерференции и, следовательно, к изменению выходного напряжения и снижению точности измерений радиоспектрометра с частотной модуляцией. Последнее является его существенным недостатком. The use of frequency modulation in the specified device when operating in the microwave and especially in the millimeter ranges entails the appearance of so-called “false” signals. In the antenna, antenna feeder, and input path of the radiometer, wave reflections at joints, path elements, etc. are inevitable. As a result, partially coherent waves with different delays arrive at the receiver input, and a change in the local oscillator frequency leads to a change in the interference conditions and, therefore, to changing the output voltage and reducing the measurement accuracy of a frequency-modulated radio spectrometer. The latter is its significant drawback.
На фиг. 1 приведена структурная схема радиоспектрометра с частотной модуляцией; на фиг. 2 структурная схема блока управления гетеродинами (БУГ); на фиг. 3 структурная схема генератора модулирующей частоты (ГМЧ); на фиг. 4 частотная характеристика усилителя промежуточной частоты с указанием областей анализа посредством двух каналов, содержащих однополосные смесители с полосовыми фильтрами на выходах. In FIG. 1 shows a structural diagram of a frequency-modulated radio spectrometer; in FIG. 2 block diagram of the control unit local oscillators (BUG); in FIG. 3 is a structural diagram of a modulating frequency generator (GMC); in FIG. 4 frequency response of an intermediate-frequency amplifier with indication of the analysis areas through two channels containing single-band mixers with bandpass filters at the outputs.
Радиоспектрометр с частотной модуляцией содержит (см. фиг. 1) антенну 1, усилитель 2 высокой частоты 2, смеситель 3, усилитель 4 промежуточной частоты (УПЧ), первый гетеродин 5, первый, второй однополосные смесители 6, 7, первый, второй полосовые фильтры 8, 9, первый, второй квадратичные детекторы 10, 11, блок вычитания 12, блок суммирования 13, первый, второй синхронные детекторы (СД) 14, 15, генератор модулирующей частоты (ГМЧ) 16, регистратор 17, усилитель постоянного тока (УПТ) 18, блок управления гетеродинами (БУГ) 19, второй гетеродин 20, третий гетеродин 21. A frequency-modulated radio spectrometer contains (see FIG. 1) an
Первый, второй однополосные смесители 6 и 7 выполнены по схеме, содержащей два балансных смесителя, и устройства, обеспечивающего подавление зеркального канала. Блок вычитания 12 выполнен с подобранными соответствующим образом весовыми коэффициентами по двум его входам. Эти весовые коэффициенты равны весовым коэффициентам по соединенным с входами блока вычитания 12 двум входам блока суммирования 13. The first, second single-band mixers 6 and 7 are made according to the scheme containing two balanced mixers, and a device that provides suppression of the mirror channel. The subtraction unit 12 is made with appropriately selected weighting coefficients for its two inputs. These weighting factors are equal to the weighting factors connected to the inputs of the subtraction unit 12 to the two inputs of the summing unit 13.
Блок управления гетеродинами БУГ 19 (см. фиг. 2) содержит первый, второй, третий сумматоры 22-24, вычитатель 25, источник постоянного напряжения 26, усилитель 27 напряжения верхней границы девиации частоты, усилитель 28 напряжения нижней границы девиации частоты, первый, второй блоки управления 29, 30. The local oscillator control unit BUG 19 (see Fig. 2) contains the first, second, third adders 22-24, a
Генератор модилирующей частоты ГМЧ 16 (см. фиг. 3) содержит задающий генератор 31 напряжения прямоугольной формы, усилитель напряжения задающего генератора 32, ограничитель 33 напряжения снизу, ограничитель 34 напряжения сверху, усилитель напряжения 35. The generator of the modulating frequency of the GMP 16 (see Fig. 3) comprises a
Выход усилителя напряжения 35 является первым выходом ГМЧ 16. Опорный выход задающего генератора 31 напряжения прямоугольной формы являетяс вторым выходом ГМЧ 16. Первый выход ГМЧ 16 подключен к входу первого гетеродина 5, а второй выход соединен с входом синхронных детекторов 14, 15. The output of the
Выходы усилителей 27, 28 являются первым и в торым выходами БУГ 19 и подключены соответственно к опорным входам ограничителей 33, 34, являющихся первым и вторым входами ГМЧ 16. The outputs of the
Первые входы первого, второго, третьего сумматора 22, 23, 24 и вычитателя 25 являются входом БУГ 19, который подключен к выходу УПТ 18. The first inputs of the first, second,
Выходы первого, второго блоков управления 29, 30 являются третьим и четвертым выходами БУГ 19 и подключены соответственно к второму и третьему гетеродинам 20, 21. The outputs of the first,
Радиоспектрометр с частотной модуляцией работает следующим образом. A frequency-modulated radio spectrometer operates as follows.
Частотная модуляция сигнала на входе усилителя промежуточной частоты 4 осуществляется путем модуляции частоты fг1 первого гетеродина 15 по закону "меандра". При этом
f= f0± (1) где fо несущая частота;
ΔF девиация частоты.Frequency modulation of the signal at the input of the
f = f 0 ± (1) where f is the carrier frequency;
ΔF frequency deviation.
Поскольку настройка радиометра при изменении fо не должна изменяться, возникает необходимость в соответствующем изменении частот fг2 и fг3 второго 20 и третьего 21 гетеродинов при сохранении равенств
l fг2-fг3 l ΔF
(fг2 + fг3)/2 f
f
lf g2 -f g3 l ΔF
(f g2 + f g3 ) / 2 f
f
Несущая частота fо в формуле (1) задается уровнем среднего значения Uо от управляющих напряжений U1(t) и U2(t) на первом и втором входах генератора модулирующей частоты (ГМЧ) 16.The carrier frequency f about in the formula (1) is set by the level of the average value U about from the control voltages U 1 (t) and U 2 (t) at the first and second inputs of the modulating frequency generator (GMP) 16.
f0= f0(U0) f
(3)
Девиация частоты ΔF зависит от разности управляющих напряжений U1(t) и U2(t).f 0 = f 0 (U 0 ) f
(3)
The frequency deviation ΔF depends on the difference between the control voltages U 1 (t) and U 2 (t).
ΔF Δ F (U1-U2) (4)
Избирательность спектрорадиометра определяется первым 8 и вторым 9 настроенными на промежуточную частоту fпр2 (см. фиг. 4) полосовыми фильтрами 8 и 9 с полосовой пропускания Па. Частотный диапазон, в пределах которого возможна перестройка избирательной полосы (полосы анализа) Па, зависит от полосы пропускания П УПЧ 4. Управляя величиной ΔF и связанными с ней частотами fг2 и f г3 гетеродинов 20 и 21, можно перемещать полосу анализа Па. Если обратиться к фиг. 4, то такое перемещение Па есть следствие сближения или разъединения областей 1 и 2, выделяемых идентичными амплитудно-частотными характеристиками (АХЧ) полосовых фильтров 8 и 9 на выходах первого и второго однополосных смесителей 6, 7. Важно то, что области 1 и 2 расположены симметрично относительно первой промежуточной частоты fпр1 и их центральные частоты f1 и f2 отстоят от fпр1 на величину равную ΔF/2.ΔF Δ F (U 1 -U 2 ) (4)
The selectivity of the spectroradiometer is determined by the first 8 and second 9 tuned to the intermediate frequency f CR2 (see Fig. 4) bandpass filters 8 and 9 with a passband P a . The frequency range in which the possible rearrangement selective band (band analysis) P a, P depends on
Изменения частоты первого гетеродина fг1 ведут к изменению условий интерференции отраженных от неоднородностей тракта волн и вследствие этого к непредсказуемым вариациям уровня сигнала на выходе УПЧ. Особенно это ощутимо в миллиметровом диапазоне волн, где к тому же могут иметь значение такие внешние факторы, как температура, влажность, механические воздействия, приводящие к изменениям электрической длины тракта. Кроме того, в миллиметровом диапазоне полоса приема П может составлять гигагерц, и для реализации радиометра с частотной модуляцией необходимы значения девиации частоты ΔF ≥П.Changes in the frequency of the first local oscillator f g1 lead to a change in the interference conditions of the waves reflected from the path inhomogeneities and, as a result, to unpredictable variations in the signal level at the output of the amplifier. This is especially noticeable in the millimeter wave range, where besides, external factors such as temperature, humidity, mechanical stresses that lead to changes in the electrical path length can be important. In addition, in the millimeter range, the reception band of P can be gigahertz, and for the implementation of a radiometer with frequency modulation, the frequency deviation ΔF ≥P is necessary.
Влияние несогласованности тракта существенно, если изменение частоты первого гетеродина 5 сопровождается дополнительным набегом фазы ΔΦ сравнимым или большим π/2. При электрической длине тракта l и девиации частоты ΔF. The influence of the path inconsistency is significant if the change in the frequency of the first local oscillator 5 is accompanied by an additional phase incursion ΔΦ of comparable or greater π / 2. With the electric path length l and frequency deviation ΔF.
ΔΦ 2fo+ -2fo- (с скорость света). Отсюда следует, что для характерного значения ΔF/f0≃ 0,01(f0~(50 100)ГГц)ΔΦ ≳ π/2 при геометрической длине волноводного тракта
L ≃ l ≳ 12,5f0c 12,5λ где λ длина волны.ΔΦ 2 f o + -2 f o - (with the speed of light). It follows that for the characteristic value ΔF / f 0 ≃ 0.01 (f 0 ~ (50 100) GHz) ΔΦ ≳ π / 2 for the geometric length of the waveguide path
L ≃ l ≳ 12.5f 0 c 12.5λ where λ is the wavelength.
Возникающие при частотной модуляции погрешности можно исключить, если, не изменяя настройки радиоспектрометра, сместить несущую частоту fо первого гетеродина 5 в ту область, где интерференционные эффекты меньше всего проявлены или вызывают одинаковые приращения мощности сигнала ΔРс1 и ΔРс2 на входах полосовых фильтров 8 и 9. В последнем случае на выходе блока вычитания 12 приращения ΔРс1 и ΔРс2 будут скомпенсированы и на выходе первого синхронного детектора 14 будет напряжение, определяемое только разностью мощностей сигналов на выходах полосовых фильтров 8, 9, равной разности мощностей измеряемого сигнала и фонового излучения вне полосы анализа Па.Errors arising from frequency modulation can be eliminated if, without changing the settings of the radio spectrometer, the carrier frequency f о of the first local oscillator 5 is shifted to the region where interference effects are least manifested or cause the same signal power increments ΔР c1 and ΔР c2 at the inputs of bandpass filters 8 and 9. In the latter case the output of the subtracting unit 12 increment? P? P c1 and c2 will be compensated and the output of the first synchronous detector 14 will be a voltage determined only by the difference in signal power output olosovyh filters 8, 9, equal to the difference of the measured signal power and the background radiation outside the band analysis and n.
Выравниванию интерференционных эффектов на выходах полосовых фильтров 8 и 9 способствует следящая система (СС), составленная из блока суммирования 13, второго синхронного детектора 15, усилителя постоянного тока (УПТ) 18 с объектом регулирования в виде первого, второго и третьего гетеродинов 5, 2, 21, управляемых посредством блока управления гетеродинами (БУГ) 19. В систему управления первым гетеродином 5 входят также отдельные компоненты генератора модулирующей частоты 16. The equalization of interference effects at the outputs of the bandpass filters 8 and 9 is facilitated by a servo system (SS) composed of a summing unit 13, a second synchronous detector 15, a direct current amplifier (DC amplifier) 18 with an object of regulation in the form of the first, second, and third
Режиму слежения всегда предшествует режим поиска частоты fо fоо, при которой обусловленные частотной модуляцией приращения мощностей сигналов на выходах полосовых фильтров 8 и 9 одинаковы, но становятся различными в случае отстройки от нее на величину δfо:
ΔРс1(fов) ΔРс2(fон) (5)
ΔРс1(fов + δfо) ΔРс1(fов) ( ΔРс2(fон + +δfо) ΔРс2(fон)) -(Δ Рс1(fов- δfо) -ΔРc1(fов) (6) или
ΔРс1(fон) ΔРс2(fов) (7)
ΔРс1(fон +δ fо) Δ Рс1(fон) ( ΔРс2(fов + +δfо) Рс2(fов)) ( ΔРс1(fон
δfо ) ΔРс1 (fон)), (8) где fов= foo+ и fон= foo- соответственно верхнее и нижнее значения частоты fо.The tracking mode is always preceded by the frequency search mode f о f оо , at which the increments of the signal powers at the outputs of the bandpass filters 8 and 9, caused by frequency modulation, are the same, but become different in the case of detuning from it by δf о :
ΔP s1 (f s ) ΔP s2 (f he ) (5)
C1? P (f s + δf n)? P c1 (f s) (? P c2 (f He + + δf n)? P c2 (f He)) - (Δ P c1 (f OB of δf) -ΔR c1 (f s ) (6) or
ΔP s1 (f he) ΔP s2 (f s ) (7)
ΔP s1 (f he + δ f о) Δ P s1 (f he ) (ΔP s2 (f s + δf o ) P s2 (f s )) (ΔP s1 (f he
δf n)? P c1 (f He)), (8) where f s = f oo + and f he = f oo - respectively, the upper and lower values of the frequency f about .
Выполнение одного из соотношений (6) или (8) позволяет второму синхронному детектору 15 играть роль дискриминатора следящей системы (СС). Поскольку второй СД 15 в своем составе имеет фильтр нижних частот (интегратор) с достаточно большой временной постоянной, при которой объект регулирования можно считать безынерционным, то СС является следящей системой с астатизмом первого порядка. Равенство (5) или (7) (в зависимости от выбранной полосы захвата) фиксируется по смене знака показаний на регистраторе 17 при отсутствии сигнала на входе усилителя высокой частоты 2. The fulfillment of one of the relations (6) or (8) allows the second synchronous detector 15 to play the role of a discriminator of the tracking system (CC). Since the second SD 15 includes a low-pass filter (integrator) with a sufficiently large time constant at which the control object can be considered as inertialess, the SS is a tracking system with first-order astatism. Equality (5) or (7) (depending on the selected capture band) is fixed by changing the sign of the readings on the recorder 17 in the absence of a signal at the input of the high-
Режим поиска осуществляется путем смещения уровня выхода УПТ 18, приводящего к плавному в соответствии с формулой (3) изменению частоты fо и связанных с ней частот fг2 и fг3 второго и третьего гетеродинов 20 и 21. Фаза задающего генератора 31 в ГМЧ 16 (0 или π ) зависит от того, какие из двух соотношений (5) и (6) или (7) и (8) выполнены, и подбирается так, чтобы при входе в режим слежения обеспечивалось отслеживание изменений выбранной частоты fоо, т. е. чтобы второй СД 15 играл роль дискриминатора ошибки слежения fо fоо. В процессе измерения, когда на усилитель высокой частоты 2 подается сигнал с антенны 1, СС находится в режиме слежения.The search mode is carried out by shifting the output level of the CTF 18, which leads to a smooth change in frequency f о and associated frequencies f g2 and f g3 of the second and third local oscillators 20 and 21 in accordance with formula (3). The phase of the
Избирательность радиоспектрометра по основному каналу определяется полосой пропускания Па (см. фиг. 4) идентичных полосовых фильтров 8 и 9, включенных после соответствующих однополосных смесителей 6 и 7. Принимаемый в полосе анализа Па сигнал в зависимости от значения мгновенной частоты fг1 первого гетеродина 5 поочередно проходит то через первый, то через второй полосовые фильтры 8. 9. При этом полоса пропускания УПЧ 4 в несколько раз превышает полосу анализа Па (П > Па), что сделано с целью повышения точности анализа спектрального состава исследуемого излучения путем введения в радиоспектрометр элементов последовательного спектрального анализа, реализуемого посредством изменения девиации частоты ΔF и одновременного с ним изменения частот второго и третьего гетеродинов 20, 21 при сохранении соотношений (1). Отношение П/Па зависит от требуемой точности анализа. Изменение девиации частоты ΔF в соответствии с выражениями (3) и (4) происходит под действием напряжения U1Uo + UΔ на выходе первого сумматора 22 блока блока управления гетеродинами 19 (см. фиг. 2) и напряжения U2 Uo UΔна выходе вычитателя 25 (UΔ напряжение источника опорного напряжения 26, подаваемое на вторые первого сумматора 22 и вычитателя 25).Selectivity rf determined by the fundamental channel and the bandwidth P (see. FIG. 4) identical band pass filters 8 and 9 included after the respective single-sideband mixers 6 and 7. The reception in the band n and the signal analysis, depending on the values of the instantaneous frequency f r1 of the first local oscillator 5 alternately pass through the first, then through the second bandpass filter 8. 9. Thus passband IF
Напряжения U1 и U2 с выходов первого сумматора 22 и вычитателя 25 поступают соответственно на входы усилителей напряжения 27, 28 ΔF первого гетеродина 5 и далее после необходимого преобразования по уровню на опорные входы ограничителя 33 напряжения снизу и ограничителя 34 напряжения сверху в ГМЧ 16 (см. фиг. 3). На (сигнальные) первые входы ограничителей 33 и 34 поступает с усилителя напряжения задающего генератора 32 напряжения типа "меандр" задающего генератора 31 напряжения прямоугольной формы.The voltages U 1 and U 2 from the outputs of the
Таким образом, на выходе ограничителя 34 напряжения сверху будет напряжение, верхний уровень которого определяет верхнее значение мгновенной частоты fг1, а нижний ее нижнее значение. Такое соответствие устанавливается подбором величины UΔ напряжения источника опорного напряжения 26, коэффициентов передачи 27 и 28, а также коэффициента усиления и амплитудной характеристики усилителя напряжения 35 в БУГ 19. Конкретный вид амплитудной характеристики усилителя напряжения 35 зависит от типа используемого в качестве первого гетеродина 5 генератора и способа его перестройки.Thus, at the output of the
Напряжение с выходов первого сумматора 22 и вычитателя 25 в БУГ 19 подаются также на вторые входы соответственно второго и третьего сумматоров 23, 24, на соединенные вместе первые входы которых поступает напряжение регулирования с выхода УПТ 18. Далее напряжение U3 Uo + +UΔ+ αUо с выхода второго сумматора 23 и напряжение U4 Uo UΔ + βUо с выхода третьего сумматора 24, преобразованные в блоках управления 29 и 30, подаются соответственно на управляющие входы второго и третьего гетеродинов 20, 21. Весовые коэффициенты α и β по первым входам сумматоров 23 и 24, а также коэффициенты усиления и форма амплитудных характеристик блоков управления 29, 30 подбираются так, чтобы выполнялись соотношения (2). Перемещение полосы анализа Па (перестройка по частоте) возможно в пределах от
f= fc+ до
f= fc+ f где fс fо + fпр или fс fо fпр1 (fпр1 fo-f) в зависимости от вида преобразования с fпр1 fс fо или fпр1 fо fс;
Δfо смещение несущей частоты перевого гетеродина 5, отработанное системой слежения за равенством выходных напряжений на выходах синхронных детекторов 14, 15. Поэтому полоса пропускания УПЧ 4 должна выбираться с учетом не только спектральной ширины исследуемой области принимаемого излучения, но и возможных значений l Δfо l что приводит в результате к увеличению П. Изменение частоты настройки радиоспектрометра происходит под управлением источника опорного напряжения 26, имеющего для этого необходимые установочные элементы.The voltage from the outputs of the
f = f c + before
f = f c + f where f a f a + f f or a straight f about f pr1 (f pr1 f o -f ) depending on the type of transformation with f pr1 f s f o or f pr1 f o f s ;
Δf about the carrier frequency offset of the first local oscillator 5, worked out by the system for monitoring the equality of output voltages at the outputs of synchronous detectors 14, 15. Therefore, the passband of the
Напряжение с выходов полосовых фильтров 8, 9 детектируются квадратичными детекторами 10, 11, сигналы с выходов которых поступают на блок вычитания 12. Разностный сигнал с выхода блока вычитания 12 синхронно детектируется в первом СД 14, напряжение на выходе которого соответствует измеряемой в полосе Па мощности входного сигнала, что и фиксируется регистратором 17.The voltage from the outputs of the bandpass filters 8, 9 are detected by quadratic detectors 10, 11, the signals from the outputs of which are fed to the subtraction unit 12. The differential signal from the output of the subtraction unit 12 is synchronously detected in the first LED 14, the output voltage of which corresponds to the power measured in the band П а input signal, which is recorded by the registrar 17.
В качестве первого гетеродина 5 можно использовать лампу обратной волны (ЛОВ), имеющую возможность перестройки с практически линейной зависимостью частоты генерации от напряжения на замедляющей системе. Поскольку управляющее напряжение в ЛОВ составляет несколько сотен вольт, то отсюда возникают соответствующие требования к усилителю напряжения 35, с выхода которого подается управляющее напряжение на ЛОВ. Усилитель напряжения 35 выполняется в виде усилительного каскада с амплитудной характеристикой, обеспечивающей заданную зависимость (3). As the first local oscillator 5, you can use the backward wave lamp (BWT), with the possibility of tuning with an almost linear dependence of the generation frequency on the voltage on the slow-wave system. Since the control voltage in the BWT is several hundred volts, the corresponding requirements arise for the
В качестве второго и третьего гетеродинов 20, 21 используются известные транзисторные генераторы с перестройкой частоты с помощью нелинейной емкости (варактора) или индуктивности. В последнем случае используется зависимость магнитной проницаемости примененного в нелинейной индуктивности ферромагнитного материала от управляющего тока. As the second and third local oscillators 20, 21, known transistor generators with frequency tuning using a nonlinear capacitance (varactor) or inductance are used. In the latter case, the dependence of the magnetic permeability of the ferromagnetic material used in the nonlinear inductance on the control current is used.
Блок суммирования 13, блок вычитания 12, а также сумматоры 22, 23 и 24 и вычитатель 25 выполняются на операционных усилителях. На операционных усилителях выполняются также усилители 27 и 28 напряжения, первого гетеродина 5 и блоки управления 29, 30. Амплитудная характеристика блоков управления 29, 30 формируется путем использования нелинейных элементов в цепи отрицательной обратной связи с соответствующей соотношению (3) вольт-амперной (или ампер-вольтной) характеристикой. Для реализации однополосных смесителей 6, 7 используется схема с фазовым подавлением зеркального канала. The summing unit 13, the subtraction unit 12, as well as the
Эффективность устранения влияния несогласованности высокочастотного тракта можно оценить, сравнивая ширину шумовой дорожки на выходе первого СД 14 при наличии СС и без нее. При отсутствии СС (блоков СД 15 и УПТ 18) изменение частоты первого гетеродина 5 от fo- до fo+ вызывает изменение амплитуды напряжения на гетеродинном входе смесителя 3 от Uг1- до Uг1+ и соответствующее изменение выходного напряжения первого СД 14 от
Uвых-= χ Kp(-) до Uвых+= χ Kp(-) где χ коэффициент пропорциональности;
Uо номинальное напряжение первого гетеродина 5, приложенное к смесителю 3;
Кр коэффициент усиления входной разности между средней мощностью сигнала в полосе анализа Па и фонового излучения в той же полосе Па, но в области, расположенной за пределами полосы анализа и отстоящей от нее на частотный интервал ΔF. Таким образом, на выходной сигнал Uвых(t) первого СД 14 накладывается мультипликативное мешающее воздействие и
Uвых(t) (t)
При отсутствии рассогласованной в высокочастотном тракте Uвых(t) соответствует полезной составляющей:
Kp(-) соnst, если входной сигнал стационарен. Рассогласование тракта ведет к наложению на полезную составляющую мультипликативного воздействия в форме множителя μош(t) 1+ U
U o - = χ K p ( - ) to U o + = χ K p ( - ) where χ is the coefficient of proportionality;
U about the rated voltage of the first local oscillator 5, applied to the mixer 3;
Cr gain of the input difference between the average signal power n in the band analysis and background radiation and in the same band P a , but in the region located outside the analysis band and separated from it by the frequency interval ΔF. Thus, a multiplicative interfering effect is superimposed on the output signal U o (t) of the first LED 14 and
U o (t) (t)
In the absence of a mismatch in the high-frequency path, U o (t) corresponds to the useful component:
K p ( - ) const if the input signal is stationary. Path mismatch leads to superposition on the useful component multiplier effect in the form of a factor μ osh (t) 1+
Заметим, что: (t)-1 ≲ (KCB)2 КCВ Еmax/Еmin максимальный из коэффициентов стоячей волны на частотах fг1fо±ΔF/2, а Еmax и Еmin соответствующие этим значениям fг1 максимальная и минимальная амплитуды электрического поля в тракте первого гетеродина 5, Umin минимально возможные (соответствующее Еmin) напряжение на гетеродинном входе смесителя 3.Notice, that: (t) -1 ≲ (KCB) 2 KSV E max / E min the maximum of the standing wave coefficients at frequencies f g1 f о ± ΔF / 2, and E max and E min corresponding to these values f g1 the maximum and minimum amplitudes of the electric field in the path of the first local oscillator 5, U min the minimum possible ( corresponding E min ) voltage at the heterodyne input of the mixer 3.
Выражение (9) дает меру отклонения измеренного значения относительной мощности сигнала от истинного значения . Выигрыш Q за счет подавления эффектов рассогласования тракта гетеродина с помощью СС определяется модулем разности μош(t)-1:
Q
Поскольку СС является следящей системой с астатизмом первого порядка и постоянные времени первого СД 14 и второго СД 13 одинаковы, то динамическая ошибка слежения отсутствует, если отслеживаемая частота fооменяется по линейному закону и величина Q может быть достаточно большой, поскольку CC стремится выполнять значения Uг1+ и Uг1-. Максимальное значение Q ограничивается флуктуационной ошибкой в СС. Таким образом, радиоспектрометр позволяет существенно повысить точность радиометрических измерений за счет устранения интерференционных эффектов в тракте первого гетеродина 5. Внешне это проявляется в устранении медленных вариаций шумовой дорожки на регистраторе 17.Expression (9) gives a measure of the deviation of the measured value of the relative signal power from the true value . The gain Q due to the suppression of the effects of the mismatch of the local oscillator path using SS is determined by the difference modulus μsh (t) -1:
Q
Since the SS is a tracking system with first-order astatism and the time constants of the first LED 14 and the second LED 13 are the same, there is no dynamic tracking error if the monitored frequency f оо varies linearly and Q can be quite large, since CC tends to fulfill the values U g1 + and U g1-. The maximum value of Q is limited by the fluctuation error in the SS. Thus, the radio spectrometer can significantly improve the accuracy of radiometric measurements by eliminating interference effects in the path of the first local oscillator 5. Externally, this is manifested in the elimination of slow variations of the noise track on the recorder 17.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5002395 RU2060507C1 (en) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Frequency-modulated radiospectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5002395 RU2060507C1 (en) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Frequency-modulated radiospectrometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2060507C1 true RU2060507C1 (en) | 1996-05-20 |
Family
ID=21585269
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5002395 RU2060507C1 (en) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | Frequency-modulated radiospectrometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2060507C1 (en) |
-
1991
- 1991-07-01 RU SU5002395 patent/RU2060507C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Рыжков Н.Ф. Аппаратурные методы радиоспектроскопии межзвездной среды. Изв. САО АН СССР, Астрофизические исследования, т.6, 1974, с.132. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4262361A (en) | Variable bandwidth filtering and frequency converting system | |
US4714873A (en) | Microwave noise measuring apparatus | |
US3986113A (en) | Two channel test instrument with active electronicphase shift means | |
RU2060507C1 (en) | Frequency-modulated radiospectrometer | |
US4864218A (en) | Method of compensating for frequency errors in noise power meters | |
US4002970A (en) | Optimum threshold transmission line discriminator | |
Brooks et al. | Simultaneous tuning and signal processing in integrated continuous-time filters: the correlated turning loop | |
RU2099729C1 (en) | Noise characteristics meter of superhigh and high-frequency transmitters | |
US5132630A (en) | Heterodyne analyzer for measuring frequency characteristics of quadripoles | |
SU631841A1 (en) | Frequency deviation rate meter | |
SU1270742A1 (en) | Method and apparatus for determining group transfer time of four-terminal networks | |
SU118081A1 (en) | Measuring receiver for ultra high frequencies | |
RU1800377C (en) | Method of frequency-selected measuring peak value of power of microwave signal | |
SU1325378A1 (en) | Device for measuring resonance transmitter tuning frequency | |
SU706795A1 (en) | Device for measuring the mean rate of measuring frequency and linearity of modulation characteristics of frequency-modulated generators | |
SU665278A1 (en) | Device for measuring mean rate of variation of frequency and linearity of modulation characteristics of frequency-manipulated generators | |
SU1223166A1 (en) | Microwave amplitude phasemeter | |
SU1123094A1 (en) | Amplifier for frequency-shift-keyed signals with gain factor stabilizing | |
SU935809A1 (en) | Device for measuring amplitude frequency characteristics | |
SU1246046A1 (en) | Method of measuring lag time | |
SU1476397A1 (en) | Method for measuring mean frequency variation rate and linearity of modulation characteristics of frequency-modulated oscillators | |
SU798616A1 (en) | Spectral meter of frequency-modulated generator delayed action | |
SU742828A1 (en) | Quartz resonator parameter meter | |
RU2614181C1 (en) | Coherent superheterodyne electron paramagnetic resonance spectrometer | |
SU1273838A2 (en) | Device for measuring phase shift in phase-shift keyed signal |