SU1437807A1 - Радиометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  мощности слабого радиоизлучени  шумового характера в радиоастрономии , народном хоз йстве и медицине. Цель изобретени  - расширение функциональных возможностей, что достигаетс  за счет введени  алгоритмов модул ции, балансировки и калибровки , и повышение точности измерени  путем компенсации температурного дрейфа коэффициента передачи и собст

Description

(Л

1 со

00

веикых шумов высокочастотной части радиометра. Генератор 10 опорного сигнала формирует на своем выходе синхронизирующие импульсы и управгг - ет блоком 17 обработки сигналов на низкой частоте и через блок 4 режимов - модул тором 11 и электронным переключателем. Датчик 8 температуры управл ет выходом генератора 7 шума, мощность которого, суммиру сь в сумматоре . 6 с мощность10 эталонной нагрузки 5, обеспечивает на втором сигнальном входе модул тора 11 посто нство шумовой мощности. С помощью сумматора 12 обеспечиваетс  компенсаци  температурной з висимостм шум  узлов 1 ысокочаатотпои части - предваритель- )1ого усштлтел  13, аттенюатора 14, О.чока 15 обработки сигнала на высокой частоте и ква;;ратичного детектора 16, Коэффициент передачи тракта стабилизируетс  подачей сигнала от датчика 8 температуры через сумматор 9. Зада- нне необходимых режимов работы устройства осуществл етс  блоком 4 режимов , напр жени  на входах которого формируютс  блоком 2 делителей из напр жени  источника 1 опорного напр жени . Результат из I;vpe: i; ;  отображаетс  блоком 18, 1 шт.

1

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

Цель изобретени  - расширение функциональных возмолсностей за счет введени  алгоритмов модул ции, бал- лансировки и калибровки и повышение точности измерени  путем компенсащги температурного дрейфа коэффициента передачи и еобственных шумов высоко- частотноГг части радиометра.

На чертеже представлена блок-схема радиометра.

Радиометр содержит последовательно соединенные источник 1 опорного напр жени , блок 2 делителей ка;. р же ни , электронный переключатель 3 и блок 4 режимов, последовательно соединенные эталонную нагрузку 5,, первый сумматор 6 мощности, управл емьш генератор 7 пгума, датчик S темпер; - туры и сумматор 9 напр жени , к вто- рому входу которого подключен выход электронного переключател   3, а также генератор 10 опорного напр жени  и последовательно соединенные модул тор 11, второй сумматор 12 MODJ,HOC-- ти, предварительный усшиггель 13, управл емый аттенюатор 14, блок 15 обработки сигнала на высокой ч зстоте квадратичный детектог 16, блок 17 обработки сигналов на низкой часто

те и блок 13 регистраи,ииJ при это1-; выход сумматора 6 подключ ; .н к второму входу модул тора , управл ющий г., которого подключен к выходу ojioKa 4 режимов, вход которого объединен с вторым входом блока 17 и подключен к выходу генератора lO

л емого генератора 7 пгума иодключ;;;: к второму входу второго сумматора 12 мо цности, зхол управлени  упразл е-- мого аттенюатора : : подк ночен к вь;- лоду сумматор;. У напр л:еи -;й а датчик Я а емпературы кс нструктивно совь е;цеп с высокочастотной частью рлдиометп 

Радиометр работает следуюци о ой- разом,

Ft iepaTop (О onoj iicirQ ;1; Г р жени  формирует на с;;-оем выходе сннхро Птзи- рую ще импульг ы и управл ет чми 6:to- }сом 17 с.чбработки сигнала ;а П1зкой частоте и через блок 4 режимов модул тором 1 1 и злсктро1П1ым иерсключате- jjfiM 3„ Ilpi этом режим нрохо.ждеии  сиг- ч .ча по тракту радгюметр  соогвстс ;- вует извес гггым прггнципам.

Сумматоры 6 и 12 монигостк могут быть выполнепь; на св занных ;икро чолосковьгх опши х, йспользуймых п направлеп Го1Х огветвител5;5с,. с учетом того, что oinij как и сумматоры,  вл - jOTCH пассивными ()братимыт-1И ycTpoiicTjia- M i. В этом случае процесс су ч -5игова-- ни  в сумматорах 6 и 12 заключаг-тс 

в возбу удеиии электромагнитной мощно тн с выходов управл емого генератора 7 шума в лини х, св зывающих соответственно блоки 5-11 и 11-13.

Управл емый генератор 7 шума может быть произвольной конструкции с управлением выходной мощности от входного напр жени , управл ющего током лавинно-пролетного или параметрического диода. Может использоватьс  два диода -по одному дл  каждого выхода с соответствующими преобразовател ми крутизны управл ющего напр жени , или один диод с двум  направленными ответвител ми, имеющими регулируемые коэффидиенты ответвлени  мощности ,

Датчик 8 температуры располагаетс  в высокочастотной части радиометра , изменение температуры которой вызывает изменение мощности эталонной нагрузкиJ изменение мощности собственных шь мов и коэффициента передачи радиометра. Вс  высокочастотна  часть выполн етс  напылением на диэлектрическом материале, помещенном в металлический экранируюищй корпус, на котором и закреплен датчик 8 температуры . При этом изменение напр жени  первого выхода датчика 8 температуры измен ет мощность первого выхода генератора 7 шума таким образом, что oHaj сумъдару сь с измен ющейс  от температуры шумовой мощности эталона и собственными шумами сумматора 6 мощности, обеспечивает на втором сигнальном входе модул тора 11 посто нство шумовой мощности, котора   вл етс  эталонной дл  радиометра . Величина необходимого температурного изменени  мощности первого выхода генератора 7 шума подбираетс  регулировкой крутизны напр жени  датчик 8 температуры и генератор 7 шума Б простейшем случае выполн ютс  на переменных сопротивлени , дел щих напр жение и его температурные изме- не.чи  или же регулировкой коэффициента ответвлени  мощности генератора 7 шума. Второй выход генератора 7 шума через второй сумматор 12 мощности добавл ет температурно зависимую шумовую мощность к собственным шумам остального тракта радиометра, также мен ющимс  от воздействи  температурь; . Таким образом, сумматор 12 мощности , как и все элементы вь;сокочас- части,, вносит добавочную шумовую мощность в тракт радиометра. Однако вносима  им мощность лмеет температурную зависимость, обратную суммарной температурной зависимости niy-l мовой мощности остальных узлов высо- кочастотной части, что достигаетс  регулировкой крутизны управлени  датчика 8 температуры мощность второго

выхода генератора 7 лгума, аналогичной регулировке его первого выхода. Така  св зь элементов радиометра позвол ет стабилизировать мощность собственных шумов высокочастотной

части радиометра, обеспечива  ее независимость от температуры.

Так как мощность эталонной нагрузки и мощность собственных шумов элементов высокочастотной части возрастает с повьш ением температуры, то напр жение первого выхода датчика 8 температуры должно при этом обеспечить понижение мощности выходов генератора 7 , поступающей в сумматоры 6 и 12 мощности.

Напр жение второго выхода датчика 8 температуры через первый вход сумматора 9 напр жени  регулирует

фициент затухани  управл емого аттенюатора 14, внос щего температурно зависимые изменени  в коэффициент передачи высокочастотного тракта радиометра. При крутизна выходного напр жени  датчика 8 температуг ры, коэффициент суммировани  суммато ра 9 или коэффициент преобразовани  управл ющего напр жени  в управл емом аттенюаторе 14 подбираютс  таким

образом, что при изменении температуры , фиксируемом датчиком 8 те терату- ры, управл емьй им.аттенюатор 14 измен ет свой коэффициент затухани  ровно на столько, сколько необходимо, что-

бы скомпенсировать температурные изменени  коэффициента передачи высокочастотной части.

Настройка радиометра на термоста } бильность производитс  однократно

изменением температуры высокочастот ной части с одновременной регулировкой крутизны температурных изменений мощности первого и второго выходов генератора 7 шума и аттенюации управл емого аттен юатора 14, чем достигаетс  независимость величины эталонной мощности, собственных шумов и коэффициента передачи высокочастотной части от температуры.

Стабильность параметров высокоастотной части повышапт точность изерений и, кроме того, позвол ет адавать внутренние калибровочные ровни мощности дл  калибровки шкалы задани  начала отсчета блоку 17 бработки сигнала на низкой частоте блоку 18 регистрации радиометра. Импульсы генератора 10 опорного апр жени 5 поступа  на вход блока режимов преобразуютс  посредством его внутреннего инвертора и последовательность противофазных импульсов, поступающих на средние точки (б) переключателей режимов модул ции, балннсировки и калибровки и управл ющих модул тором с выхода модул ции блока А режимов. При замыкании переключателей , вынесенных на лицевую панель радиометра, противофазные импульсы через их сигнальные контакты поступают на входы управлени  электронного переключател  3, обеспечивающего попеременное подключение выходных напр жений блока 2 делителей на- пр жени  к второму входу сумматора 9 напр жени , которьш, управл   аттенюатором J 4, обеспечивает соответствующий закон модул ции коэффициента передачи высокочастотной части радиометра . Выходные напр жени  блока 2 делителей напр жени  формирз ют делением на внутренних делител х напр жени  источника 1 опорного напр жени  с При этом каждый внутрентп й ключ злек- тронного переключател  3 замыкаетс  при наличии импульса на соответствующем выходе блока 4 режимов, а модул тор 11 при наличии импульса на своем yпpaвл ющe I .входе подключает к тракту радиометра свой первый сиг- нальный вход, а при отсутствии импульса - второй сигнальный вход, т,е, эталонную мощность.

В режиме балансировки замыканием переключател  блока 4 режимов противофазные импульсы замыкают поочередно ключи в электро}пшм переключателе 3, подключа  к второму входу сумматора напр жени  9 фиксированное напр жение аттенюации сигнала с соответствующего выхода блока 2 делителей напр жени  в периоды прохождени  по тракту радиометра мощности нзме-. р емого и регулируемое напр жение балансировки с соответств поще- го выхода блока 2 делителей напр жени  в периоды прохож/;ени  по гракту

0

радиометра эта.понно могдиости, 1 аким образом, вькодиое напр жение сумматора 9 напр жени  слагаетс  из посто нного напр жени  второго выход,а датчика 8 температуры, епрарывно производ щего термокомпенсацию коэффициента передачи, п ступенчато мен ющегос  напр жени  выхода электронного переключател  3, При этом регулировкой внутреннего делител  вынесена на лицевую панель радиометра) блок 2 делителей напр жени  достигаетсл: такой коэффициент передачи эталонной мощности , который обесг;ечкваст рлвепст- р.о ср ги;и1ьной и эталонной мощности в тракте радиометра, что обеспечивает нулевой сигнал на входе блокй 17 обработки сигнала на низкой частоте, т.е. задает прив зку нулевог о сигнала к началу шкалы блока U регистрации . Этот известный прием балансировки позвол ет повысить чувствительность измерений и отсчнтьщать с нул 

5 малые приращени  измер емой мощности на фоне скомпенсированной собственной шумовой мощности входного антенного устройства. При этом стабильность эталонной мощности, собственных гаумов

0 и козффицие гта передачи высокочастотной части позвол ют поддерживать баланс с большой точностью, повыша  точность измерений. Внесетп е фиксированного затухани  в мо цность ;змер еTg мого сигнала посредством по;дключени  к управл емому аттенюатору 14 фиксированного напр жени  аттенюаци-. сигнала позвол ет обеспечить бала.;с с измер емой мощностью, превышаюигей эталонную

40 мощность.

В режиме ;- одул ции замыканием переключател  блока 4 режимов радиометр npi-шодитс  в релс1-гм измерений входной мощности по принципу обычного модул 45 ц-юнного радиометра, когда блок 17 обработки сигнала на апзкой частоте производит выделение разности смгпаль- ной и эталонной мощности, прор С Вод т сдвиг нул  и регулировку шкалы вьг50 деленной разности. При этом поочередно зa Ш кaютc  ключи электроипог о переключател  3, подключа  к cyi-e-iaTo- ру 9 напр же1п  . управл ющет й тенюатором

напр жение аттен1оац1-гп сигг ,5 нала в периоды прох-ождени  по тракту радиометра сигнальной мощностей и напр жение аттенюадпп эталона в аерио- гды прохолсдени  по тракту рлдлиэм-этъа эталоп.пой мощности, ФикскрО)а11ное

на 1р же1;ие аттенюации эталона позвол ет выравнить коэффициенты передачи сш нальной и эталонной мощности, как это имеет место в обычном модул ционном радиометре. Таким образом, алго-- ритм управлени  электронным переключателем 3 позвол ет, чтобы в зависимости от условий измерений радиометр мог работать как в режиме обычного модул ционного радиометра при равенсве коэффициентов передачи сигнала и эталона, так и в режиме радиометра с модул цией коэффициента передачи.

Режим калибровки обеспечивает формирование в тракте радиометра эталонной разности мощностей, эквиваленной разности внутренней эталонной мощности и внешнего эталонного сигнала . Дл  этого замыканием переключател  блока 4 режимов обеспечиваетс  поочередное замыкание ключей электроного переключател  3, а на управл ющий вход модул тора 11 прекращаетс  поступление управл ющих импульсов, так как средн   точка переключател  блока 4 режи;.5ов отключаетс  от его выхода модул щш. При этом модул тор 11 устанавливаетс  в режим непрерывного пропускани  в тракт эталонной мощности. Таким образом, в периоды, когда блок 17 обработки сигнала на низкой частоте, управл  сь импульсами генератора 10 опорного напр жени , выдел ет мощность эталона, в , него поступает мощность эталона с с ксировапной аттенюацией, котора  формируетс  при замыкании в эти периоды одного из ключей электронного переключател  3 и имеет место и при обь чном измерении входной мощности в режиме модул ции, В периоды, когда блок обработки сигнала на низкой частоте в обычном режиме модул ции производит выделение сипгапьной мощности дл . формировани  ее разности с эталонной мощностью, в него поступает эталонна  мощность, но с 5П1ым рсоэффициентом аттенюации, заданным фиксированным напр жением калибровки с соответствующего выхода блока 2 делителей напр жени , что формирует в тракте радиометра эталонную разность мощностейJ котора  в извесТ- ньк устройствах формируетс  внутренней и внешней эталонными мощност ми. В данном устройстве нш:ичие стабильных параметров высокочасто1Ч ой части позвол ет формировать эта.1.понпую разность в самом радиометре без подключени  внешнех эталонных источников. Переключателем калибра блока 2 делителей напр жени  на его выход калибровочного напр жени  подаетс  р д фиксированных напр жений, каждое из которых, внос  соответствующую атте- нюацию эталонной мощности, формирует

Q в тракте определенную разность мощностей , соответствующую подключению к входу радиометра определенного эталонного сигнала, от которого производитс  отсчет значени  измер емого

5 сигнала. Дл  упрощени  процесса измерений необходимо иметь большое число фиксированных точек отсчета, равномерно заполн ющих область возможных значений измер емого сигнала. В дан0 ном радиометре это реализуетс  только увеличением числа делителей, определ ющих число фиксированных калибровочных напр жений и переключаемых от обычного переключател  на

5 лицевой панели радиометра.

Регулировка делителей на задание необходимых эталонных точек отсчета производитс  однократно дл  всего периода эксплуатации радиометра, так

0 как стабильность параметров высокочастотной части исключает необходимость повторных регулировок. Дл  этого на вход радиометра в режиме модул ции подаютс  два известных эталон„ ньк сигнала, на блоке-18 регистрации регистрируютс  выходные сигналы, им соответствующие, и по этим сигналам выполн ютс  выходные сигналы, ожидаемые при подключении к входу необходи0 мых дл  дальнейших измерений эталонных си1 налов. Затем радиометр переводитс  в режим калибровки, посредством переключател  калибровочного напр жешш блока 2 делителей напр жеg ПИЯ к его выходу калибровочного напр жени  поочередно подключаютс  де- лители и регулировкой каждого из них на блоке 18 регистрации достигаетс  одно из расчетных значений выходных

Q сигналов, ожидаемое при подключении к входу радиометра необходимого эталонного сигнала. В дальнейшем при измерени х включением каждого из де- лите-лей в режим калибровки в тракте

g радиометра формируетс  сигнал, соответствующий подключению к входу радиометра именно того эталонного сигнала, дл  расчетного значени  которого был подрегулирован данный

делитель. Таким образом, может быть сформ ровап произволы1ьи { этапонпый сигнал, от значени  которого с продельной простотой отсчитываетс  зна чение измер емого сигнала.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Радиометр, содержащий модул тор., первьш снгнальный вход которого  вл етс  входом радиометра, эталонную нагрузку, последователыю соединенные предварительный усилитель, управ- л емьш аттенюатор, блок обработки сигнала на высокой частоте, квадратичный детектор, блок обработки сиг нала ка низкой частоте и блок регистрации , генератор опорного напр жени , выход которого соединен с синхронизирующим входом блока обработки сигнала па низкой частоте, датчик температуры, источник опорного напр жени  и электронный переключатель, отличающийс  тем, что, с целью расширени  функциональных возможностей и повьшени  точности измерений путем компенсащш температурного дрейфа коэффициента передачи и собственных шумов высокочастотной части радиометра, в него введены первый и второй сумматоры мощности,

   упрашшемый генератор шума, блок делителей напр жени , блок режимов и сумматор напр жени , выход которого подключен к входу управлени  упрап-- л емого аттенюатора, первый вход подключен к выходу датчика температуры, а второй вход - к выходу электронного переключател , сигнальнь е входы

   которого подключены к соответствую- гдим выходам блока делителей напр жени , а управл ющие входы - к соответствующим выходами блока режимов , вход которого подключен к выхоДУ генератора опорного напр жени , а дополнительный выход - к управл ющему входу модул тора, к второму сиг- нальнот-гу входу которого через первый сумматор мощности подключена эталонна  нагрузка, а выход модул тора через второй Moii;t:ocTn подключен к входу предварителыгого усилител , к вторым входам первого и второго сумматоров мощности подключены соответствуюпще выходы управл емого генератора шума, управл ющий вход К(5торого подключен к второму выходу датчика температуры, при этом источника опорного напр жени 

   подключен к входу блока делителей напр жени ,