SU1330588A1 - Нулевой радиометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к изме- рительной технике и может быть использовано дл  измерени  средней мощности слабого радиоизлучени  шумового характера в радиоастрономии , народном хоз йстве и медицине. Изобретение позвол ет упростить процесс измерений путем исключени  операций настройки в процессе эксплуатации и переключени  антенного входа в процессе единичного измерени , повысить точность измерени  -путем -осуществлени  термокомпенсации дрейфа эталонной нагрузки. Повышение чувствительности устройства достигаетс  обеспечением посто нного баланса мощностей эталонного и измер емого сигналов без задержки в цеп х инте (Л цзиг.1

Description

,граторов. Устройство содержит высокочастотную часть 1, квадратичный детектор 2, источник 3 тока, компаратор 4, генератор 5 опорного напр же- .ни , делитель 6 частоты, инверторы 7 и 12, элементы И 8-11, источник 13 опорного напр жени , интегратор

14,цифроаналоговый преобразователь

15,двоичный счетчик 16, двоично- дес тичный счетчик 17, переменный

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  средней мощности слабого радиоизлучени  шумового характера в радиоастрономии, народном хоз йстве и медицине.

Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса измерений путем исключени  операций настройки в процессе эксплуатации и переключени  антенного входа в процессе единичного измерени , повьшение точности путем осуществлени  термокомпенсации дрейфа эталонной нагрузки и по выше- ние чувствительности путем обеспечени  баланса мощностей эталонного сигнала и измер емого сигнала без задержки в цеп х интегратора.

На.фиг. 1 показана блок-схема нулевого радиометра; на фиг. 2 - диаграмма напр жений на элементах устройстваi

Устройство содержит последовательно соединенные- высокочастотную часть 1, квадратичный детектор 2, Источник 3 Тока, управл емый напр жением , компаратор 4, последовательно соедин гнные генератор 5 опорного напр же ни , делитель 6 частоты и первый инвертор 7, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 элементы И, второй инвертор 12, источник 13 опорного напр жени , интегратор

14,цифроаналоговый преобразователь

15,к входам управлени  которого подключены выходы двоичного счетчика 16, счетный вход которого соединен со счетным входом двоично-дес тичного счетчика 17 и подключен к выходу делител  6 частоты, переменаттенюатор 18, блок 19 вычитани , предварительный 20 и операционный 21 усилители, модул тор 22, датчик 23 температуры, коммутаторы 24-31, конденсаторы 32-35, резисторы 36-39, эталонную нагрузку 40 и антенный выход 41. Устройство обеспечивает выход в двоичном и двоично-дес тичном кодах и в виде аналогового нап-- р жени . 2 ил.

ный аттенюатор 18, к управл ющему входу которого подключен выход блока 19 вычитани , предварительный усилитель 20, операционньй усилитель 21, модул тор 22, датчик 23 температуры, первый 24, второй 25, третий 26, четвертый 27, п тый 28, шестой 29, седьмой 30 и-восьмой 31 коммутаторы,

первый 32, второй 33, третий 34 и четвертый 35 конденсаторы, первый 36, второй 37, третий 38 и четвертый 39 резисторы, эталонную нагрузку 40 и антенньй вход 41, при этом выход

первого инвертора 7 соединен с первыми входами второго 9 и четвертого 11 элементов И, выход делител  6 частоты соединен с входом первого инвертора 7 и первыми входами первого 8 и третьего 10 элементов И, а вход - с выходом генератора 5 опорной частоты , вторыми входами третьего 10 и четвертого 11 элементов И и взводом второго инвертора 12, выходкоторого соединен с вторыми входами первого 8 и второго 9 элементов И, первые обкладки кондесаторов 32-35 соединены с земл ной шиной, первый контакт первого коммутатора 24 соединен с второй обкладкой первого конденсатора 32, а вход управлени  - с выходом делител  6 частоты, первьй контакт второго .коммутатора 25 соединен с второй обкладкой второго конденсатора 33, а вход управлени  - с выходом первого инвертора 7, контакты третьего коммутатора 26 соединены с обкладками первого конденсатора 32, а вход управлени  - с выходом второго элемента И 9, контакты четвертого

коммутатора 27 соединены с обкладкаи второго конденсатора 33, а вход управлени  - с выходом первого элеента И 8, первьш контакт п того коммутатора 28 соединен с второй обкладкой третьего конденсатора 34, второй контакт - с второй обкладкой первого конденсатора 32, а вход управлени  - с выходом четвертого элеента И 11, первый контакт шестого коммутатора 29 соединен с второй обкладкой четвертого конденсатора 35, второй контакт - с второй обкладкой второго конденсатора 33, а вход управлени  - с выходом третьего элемена И 10, неинвертирующий вход компаратора 4 соединен с второй обкладкой третьего конденсатора 34, а инвертирующий вход - с второй обкладкой четвертого конденсатора 35, выход компаратора 4 подключен к входу управлени  модулем счета счетчиков 16 и 17.

Нулевой радиометр работает следущим образом.

На- выходе генератора 5 формируютс  пр моугольные импульсы (фиг. 2,а) , которые поступают на входы делител  6 частоты, второго инвертора 12, третьего 10 и четвертого 11 элементов И. На выходе делител  6 частоты формируютс  пр моугольные импульсы (фиг. 2,S ), период и длительность которых в два раза превышает период и длительность импульсов генератора 5. Импульсы на вьпсоде первого инвертора 7 наход тс , в противофазе с импульсами елител  частоты (фиг. 2,Ь ). Импульсы с выхода делител  6 частоты и первого инвертора 7 управл ют замыканием коммутаторов 24 и 25 соответственно и прохождением импульсов генератора 5 и второго инвертора 12 через элементы И 8, 10 и 9, 11 соответст- енно (фиг. 2, г ,9 , , ).

Модул тор 22 производит переключе- ие входа предварительного усилител  20 с входа антенны 41 на эталонную нагрузку 40. Предварительный усилитель 20 обеспечивает минимальное усиение , при котором возможно выравнивание уровней мощности эталона и антенны , с учетом того, что аттенюатор 18, производ щий выравнивание, нахоитс  при температуре эталонной нагрузки и исключена возможность сниже- ри  мощности ниже собственной температуры аттенюатора.

Сигнал с выхода аттенюатора 18 поступает в высокочастотную часть 1 и после нее на квадратичный детектор 2, на выходе которого формируетс , напр жение, модулированное по амплитуде , каждый полупериод которого пропорционален мощности антенного сигнала или эталонной нагрузки.

0 Источник 3 тока, управл емый напр жением , компаратор 4, конденсаторы 32-35 и коммутаторы 24-29 предназначены дл  сравнени  напр жений в полу- периодах выходного напр жени  квадра5 тичного детектора 2. При этом выходное напр жение квадратичного детектора 2 преобразуетс  в источнике 3 тока в ток, который, попеременно подключа сь через коммутаторы 24 и 25

Q к конденсат орам 3 и 33 соответственно , линейно зар жает их, вследствие чего каждый из конденсаторов к моменту размыкани  соответствующего ему Коммутатора зар жаетс  до значе5 ни , пропорционального среднему значению шумового сигнала на временном интервале зар да конденсатора. Таким образом, на конденсаторе 32 напр жение соответствует среднему значению

0 сигнала антенны, а на конденсаторе 33, зар д которого происходит в течение полупериода, когда в тракте .радиометра присутствует эталонна  мощнос/гь, напр жение соответствует среднему значению мощности эталонной нагрузки. После отключени  коммутатора 24 в течение полупериода модул ции , когда .замкнут коммутатор 25, сначала замыкаетс  коммутатор 28, и

Q напр жение конденсатора 32 запоминаетс  на конденсаторе 34, а после замыкаетс  коммутатор 36, разр жа  конденсатор 32 и подготавлива  его к следующему такту, накоплени  антенg ного сигнала. Аналогичный процесс происходит в канале вьзделени  среднего значени  эталонного сигнала посредством коммутаторов 29 и 27. Таким образом на входах компаратора 4 в течение каждого полупериода модули- ции формируютс  напр жени , соответствующие среднему значению мощностей антенны и эталона в данном периоде модул ции.

При антенном сигнале, большем эталонного, компаратор 4 находитс  в единичном состо нии и на входы М управлени  модулем счета счетчиков 16 и 17 задаетс  режим суммировани , в

5

0

5

обратном случае счетчики производ т вычитание. На счетные входы счетчиков поступают импульсы делител  6 частоты, период которых задает период модул ции, поэтому каждый резуль- тат сравнени  мощностей полупериодов на компараторе 4 определ ет суммирование или вычитание одного импульса в счетчиках 1.6 и 17.

Управление аттенюатором 18, вы- равнивающим мощности антенны и эталона , производитс  с выхода вычитающего блока 19, при этом величина аттенюации возрастает линейно с увеличением управл ющего напр жени . На неинвертирующий вход вычитающего блока 19 подаетс  напр жение со средней точки третьего резистора 38, на котором делитс  напр жений опорного источника 13. От этого напр жени  отсчитываютс  напр жени , поступающие на инвертирующий вход вычитающего блока 19 и задающие величину аттенюации, т.е. при повышении напр жени  инвертирующего входа вычи- тающего блока 19 до напр жени  средней точки резистора 38 его ВЕ гходное напр жение и, соответственно, ослабление аттенюатора 18 понижаетс  до нул . В периоды прохождени  по тракту радиометра сигнальной мощности синхронно с первым коммутаторбм 24 замыкаетс  седьмой коммутатор 30 и на инвертирующий вход вычитающего блока 19 подаетс  фиксированное напр жение со средней точки четвертого резистора 39, которое меньше напр жени  средней точки резистора 38. При этом на вькоде вычитающего блока 19 формируетс  положительное напр жение которое остаетс  неизменным в каждом полупериоде прохождени  сигнальной мощностей и задает ей фиксированную аттенюацию, что позвол ет измер ть мощность как меньшую, так и большую эталонное. В периоды прохождени  по тракту радиометра эталонной мощности синхронно с вторым коммутатором 25 замыкаетс  восьмой коммутатор 31 и величина аттенюации определ етс  выходным напр жением операционного усилител  21, который управл етс  с выхода цифроаналогового преобразовател  15, управл емого кодом двйично- го счетчика 16.

Если антённьй сигнал возрос, то .компаратор 4 переходит в единичное состо ние и код счетчиков 16 и 17 начинает нарастать. При этом соответственно нарастает выходное напр жени операционного усилител  21, вследствие чего напр жение на выходе вычитающего блока 19 начинает убывать, аттенюаци  уменьшаетс  и уровень мощности эталона возрастает до выравнивани  с антенной мощностью, что будет зафиксировано компаратором 4, и устройство перейдет в режим отслеживани  баланса с изменением кода счетчиков .16 и 17 от периода к периоду в пределах младшего разр да. Обратный процесс происходит при уменьшении сигнальной мощности, т.е. большему сигналу соответствует больший код счетчиков и меньша  аттенюаци  эталонной мощности и, наоборот, меньшему сигналу соответствует меньший код и больша  аттенюаци . Так как в начальньй момент при включении устройства счетчики 16 и 17 наход тс  в нулевом состо нии, а при работе они заполн ютс  и управл ютс  синхронно , то числа, записанные в них в каждый момент времени, равны, но представлены соответственно в двоичном и двоично-дес тичном коде.

При .введении аттенюации в мощ- . ность эталонной нагрузки уменьшаетс  не тод.ько ее общий уровень, но и ее температурный дрейф, который необходимо компенсировать, т.е. если при

нулевой аттенюации 1К дрейфа эталонной нагрузки приводит к изменению выкодного сигнала на 1К, то при ос-- лаблении мощности эталона, например, в два раза 1К дрейфа эталонной нагрузки будет измен ть выходной сигнал на 0,5К. Таким образом, дл  полной компенсации температ.урного дрейфа эталона сигнал термокомпенсации не только должен отслеживать его температуру , но и линейно мен ть свою крутизну в зависимости от уровн  ослаблени , заданного аттенюатору от цифроаналогового прео бразовател , поэтому напр жение с выхода датчика 23 температуры подаетс  на вход опорного напр жени  цифроаналогового преобразовател  15, который произвоит деление этого напр жени  согласно поступающему на его вход коду. При

этом делитс  не только общий уровень выходного напр жени  датчика 23 температуры , но и его крутизна отслеживани  температуры, что позвол ет св зать схемотехнически крутизну сиг

нала термокомпенсации с уровнем ослаблени , задаваемым аттенюатору в зависимости от величины сигнальной мощности. Напр жение на выходе датчика 23 температуры имеет отрицательную пол рность и убывает по абсолютной величине при возрастании температуры . При этом возрастание температуры эталонной нагрузки вызовет уменьшение напр жени  на выходе операционного усилител  21, что увели- личит напр жение на выходе вычитающего блока 19 и аттенюацию аттенюатора 18 в периодах прохождени  мощ- ности эталона и восстановит баланс, который был нарушен согреванием эталонной нагрузки и возрастанием ее шумовой мощности, без изменени  кода счетчиков. При большем антен- ном сигнале счетчики имеют больший код, т.е. напр жение датчика 23 температуры делитс  в цифроаналоговом преобразователе в меньшее число раз и, соответственно, в меньшее число раз делитс  его крутизна отслеживани  температуры, т.е. меньшим аттенюаци м соответствует больша  крутизна отслеживани  по температуре что  вл етс  необходимым условием того, чтобы условие баланса не зависело от температурного дрейфа эталонной нагрузки как при малых, так и при больших значени х аттеню- ации и достигалось только в зависимости от сигнальной мощности и кода

.счетчиков.

I

Выходное напр жение датчика 23 температуры подаетс  на вход опорного напр жени  цифроаналогового пре- о разовател  15 через расщепитель тока на резисторах 36 и 37, которые представл ют эквивалент посто нно замкнутого старшего разр да цифро- аналогового преобразовател , т.е. при нулевом коде на входе цифроаналогового преобразовател  его выход- ное напр жение не падает до нул , а определ етс  делением тока на резисторах 36 и 37. Таким образом, при нулевом сигнале на выходе операционного усилител  21 сохран етс  термозависимое напр жение датчика 23 температуры, позвол ющее компенсировать .температурный дрейф эталона, который сохран етс  независимо от величины антенного сигнала.

Дл  работы устройства в режиме соответстви  кода счетчиков значению

о 5 о

0 5 0 5

5

антенного сигнала и компенсации температурного дрейфа эталонной нагрузки требуетс  предварительна  настройка , котора  основана на линейности зависимости кода счетчиков от величины антенного сигнала, а также линейности зависимости сигнала термо- компенсации от величины аттенюации, и производитс  в следующем пор дке:

на вход устройства подаетс  максимальный сигнал из диапазона измерений устройства, регулировкой сдвига нул  выходного напр жени  датчика 23 температуры достигаетс  соответствие кода счетчиков значению максимального сигнала, после чего регулировкой усилени  датчика 23 температуры достигаетс  независимость кода счетчиков от изменений температуры эталона;

на вход устройства подаетс  сигнал известной величины, регулировкой резистора 38 код счетчиков приводитс  в соответствие значению входного сигнала, а резистором 37 достигаетс  независимость кода счетчиков от изменений температуры эталона;

при повторном подключении максимального сигнала провер етс  соответствие его значени  коду счетчиков и независимость этого кода от изменений температуры эталона. При необходимости первые две операции настройки повтор ютс .

Таким образом, линейные зависимости кода счетчиков от величины-антенного сигнала и сигнала термокомпенсации от величины аттенюации настроены согласно требовани м работы устройства в двух точках своего диапазона изменени . Это  вл етс  необходимым требованием того, чтобы код счетчиков соответствовал значению антенного сигнала и не зависел от температурного дрейфа эталона при произвольном значении антенного сигнала. После однократной настройки устройство не требует ее повторени  при дальнейшей эксплуатации, так как выполнение непрерывного баланса исключает вли ние нестабильности усилени , дрейфа нул  и нелинейности элементов устройства, а обратна  св зь по температуре исключает нестабильность эталонной нагрузки. ,

При этом устройство обеспечивает выход в двоичном коде, двоично-дес тичном коде и в виде аналогового напр жени , также пропорционального

антенному сигналу, которое снимаетс  с выхода операционного усилител  21 и подаетс  на выход через интегратор 14. Напр жение аналогового выхода может быть подано на самопищущий прибор, информаци  с цифровых выходов устройства подаетс  на цифровой индикатор или по накалу межприборной

св зи на ЭВМ дл  дальнейшей обработки IQ соединен с второй обкладкой третьего

или усреднени  на более длительном интервале,. чем период модул ции.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Нулевой радиометр, содержащий антенный вход, эталонную нагрузку, модул тор , у которого первьш вход соединен с антенным входом, а второй - с эталонной нагрузкой, высокочастотную часть, переменный аттенюатор, квадратичный детектор, интеграторр .генератор опорного напр жени , о т-, личающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса измерени  и увеличени  точности и чувствительности , в него введены предварительный усилитель, у которого вход соединен с выходом модул тора, а выход с входом переменного аттенюатора, выход которого соединен с входом высокочастотной части, выход которой соединен с входом квадратичного детектора , первый, второй, третий и четвертый элементы И, первый инвертор , выход которого соединен с первыми вх одами второго и четвертого элементов И, второй инвертор, делитель частоты, выход которого соедине с входом первого инвертора и первыми входами первого и третьего элементов Иу а вход - с выходом генератора опорной частоты, вторыми входами третьего и четвертого элементов И и

   входом второго инвертора, выход кото- 45 вход опорного напр жени  - с вторым роГо соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, первый, второй, третий и четвертый конденсаторы , первые обкладки которых соединены с земл ной шиной, первый коммутатор , У которого первый контакт соединен с второй обкладкой первого конденсатора, а вход управлени  - с. выходом делител  частоты, второй коммутатор, у которого первьй контакт соединен с второй обкладкой второго конденсатора, а вход управлени  - с выходом перового инвертора, третий коммутатор, у которого контаквыводом первого резистора, первый выход -с неинвертирующим входом операционного усилител .и с земл ной шиной, второй выход - с инвертирую- 50 щим входом операционного усилител  и вторым выводом второго переменного резистора, а вход обратной св зи - . с выходом операционного усилител  и входом интегратора, источник опорного напр жени , третий и четвертый переменные резисторы, у которых первые выводы соединены с выходом источ ника опорного напр жени , а вторые выводы -. с земл ной шиной, вычитаю55

   ты соединены с обкладками первого конденсатора, а вход управлени  - с выходом второго элемента И, четвертый коммутатор, у которого контакты соединены с обкладками второго конденсатора , а вход управлени  - с выходом первого элемента И, п тый коммутатор , у которого первый контакт

   конденсатора, второй контакт - с второй обкладкой первого конденсатора , а вход управлени  - с выходом четвертого элемента И, шестой коммутатор , у которого первьм контакт соединен с второй обкладкой четвертого конденсатора, второй контакт - с второй обкладкой второго конденсатора , а вход управлени  - с выходом

   третьего элемента И, источник тока, управл ющий напр жением, у которого вход соединен с выходом квадратичного детектора, а выход - с вторыми контактами первого и второго коммутаторов , компаратор, у которого неинвертирующий вход соединен с второй обкладкой третьего конденсатора, а .инвертирующий вход - с второй обкладкой четвертого конденсатора, двоичный и двоично-дес тичный реверсивные счетчики, у которых счетные входы соединены с выходом делител  частоты , а входы управлени  модулем счета - -с выходом компаратора, датчик температуры, конструктивно совмещенный с эталонной нагрузкой, первый

   резистор, второй переменный резистор, у которого средн   точка и первый вывод соединены с первьм выводом первого резистора и выходом датчика

   . температуры, операционный усилитель, цифро.аналоговый преобразователь, у которого входы разр дов соединены с выходами соответствующих разр дов двоичного реверсивного счетчика.

   вход опорного напр жени  - с вторым

   выводом первого резистора, первый выход -с неинвертирующим входом операционного усилител .и с земл ной шиной, второй выход - с инвертирую- щим входом операционного усилител  и вторым выводом второго переменного резистора, а вход обратной св зи - с выходом операционного усилител  и входом интегратора, источник опорного напр жени , третий и четвертый переменные резисторы, у которых первые выводы соединены с выходом источника опорного напр жени , а вторые выводы -. с земл ной шиной, вычитаю

   11

   щий блок, у которого выход соединен с управл ющим входом переменного аттенюатора, а неинвертирующий вход - со средней точкой третьего переменного резистора, седьмой коммутатор, у которого первый контакт соединен со средней точкой четвертого переменного резистора, а вход управлени  - с выходом делител  частоты, восьмой коммутатор, у которого первый контакт соединен с выходом операционного усилител , второй контакт - с инверти13

   а г д &

   П П П П П Г

   1 1-1 г

   Составитель Н. Михалев Редактор А. Лежнина Техред В.Кадар Корректор Л. Бескид

   3579/48

   Тираж 730Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

   12

   рующим входом вычитающего блока и вторым контактом седьмого коммутатора , а вход управлени  - с выходом первого инвертора и входом управлени  модул тора, выход интегратора  вл етс  аналоговым выходом устройства , выходы разр дов двоично-дес тичного реверсивного счетчика - выходом на цифровой индикатор, авькоды разр дов двоичного реверсивного счетчика - выходом в канал межприборкой св зи.

   ФШ.2