SU1525626A1 - Модул ционный радиометр дл измерений шумовых сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано дл  измерени  мощности слабого радиоизлучени  шумового характера в радиоастрономии, народном хоз йстве и медицине. Цель изобретени  - повышение точности и автоматизаци  процесса измерени  - достигаетс  за счет уменьшени  потерь во входном тракте и введени  программируемого блока 14 управлени  и блока 15 коммутации. В устройстве входной шумовой сигнал через последовательно соединенные первый управл емый аттенюатор 1, циркул тор 2, первый вентиль 5, смеситель 6, усилитель 9 промежуточной частоты, квадратичный детектор 10, усилитель 11 низкой частоты и синхронный детектор 12 поступает на регистрирующий блок 13. Калибровка осуществл етс  сигналом с генератора 4 шума, который через второй управл емый аттенюатор подключен к второму входу циркул тора 2. Синхронизаци  устройства обеспечиваетс  генератором 16 опорного напр жени , соответствующие выходы которого подключены к входам синхронного детектора 12 и блока 15 коммутации. При приеме приход щего из антенны сигнала первый управл емый аттенюатор 1 работает в режиме модул тора, а второй запрет. При калибровке радиометра в режиме модул тора работает второй управл емый аттенюатор 3, а первый заперт. 1 ил.

Description

Изо«5ретение относитс  к измеритель ной технике и предназначено дл  измерени  мощности слабого радиоизлучени  шумового характера в радиоас- трономии, народном хоз йстве, медицине и т.д.

Целью изобретени   вл етс  повы шение точности за счет уменьшени  потерь во входном тракте, а также автоматизаци  процесса измерени .

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Модул ционный радиометр дл  -измерений шумовых сигналов содержит первый управл емый аттенюатор 1, цир- кул тор , 2 (с направлением циркул ции I) второй управл емый ат- тенюатор 3, генератор 4 шума, выход которого соединен с входом второго управл емого аттенюатора 3, и первый вентипь 5, смеситель 6, второй вентиль 7, вход которого соединен с йыходом гетеродина 8, а-выход - с гетеродинным входом смесител  6, пос- ледовательно соединенные усилитель 9 промежуточной частоты, квадратичный детектор 10, усилитель 11 низкой час- пготы, синхронный детектор 12 и регистрирующий блок 13, причем вход усили- тел  9 промежуточной частоты соединен с выходом смесител  6, программируемый блок 14, блок 15 коммутации, генератор 16 опорного напр жени , третий выход которого соединен с опорным ; входом синхронного детектора 12, первый вход блока 15 соединен с первым выходом генератора 16 опорного напр жени , а второй вход - с вторым выходом генератора опорного напр - женил, причем первый выход генератора 16 опорного напр жени  засинхро низирован с. третьим выходом, а на втором выходе имеетс  посто нное напр жение, программируемый блок 14 управлени , первый выход которого соединен с генератором 4 шума, а второй выход,- с входом управлени  блока 15 коммутации,первый выход блока 15 коммутации соединение первым управл емым аттенюатором 1, а второй выход - с вторым управл емым аттенюатором 3, причем блок 15 коммутации осуществл ет, либо пр мую, либо пере- кресную передачу напр жений своих -первого и второго входов на свои первый и второй выходы, первое плечо циркул тора 2 соединено с выходом первого управл емого аттенюатора

1, второе плечо - с входом первого вентил  5, а третье плечо - с выходом второго управл емого аттенюатора 3, выход первого, вентил  5 соединен с сигнальным входом смесител  6.

Модул ционньй радиометр дл  измерений шумовых сигналов работает следующим образом. .

В режиме приема напр жение частот модул ции на первом выходе генератора 16 опорного напр жени , синхронное с напр жением на его третьем выходе, поступает на первый вход блока 15 коммутации (который в этом режиме осуществл ет пр мую передачу напр жений на входах к выходным зажимам) и с первого выхода блока 15 поступает на первьй управ- л емый аттенюатор 1, в то врем  как На второй управл емый аттенюатор 3 поступает посто нное запирающее напр жение с второго выхода блока коммутации.

В течение первого полупериода модулирующего напр жени , когда пер- вьш управл емый аттенюатор 1 открыт, на вход радиометра поступает сигнал из антенны, и в течение второго полупериода (когда первый управл емый аттенюатор 1 закрыт) - опорный сигнал , которым в данном случае  вл етс  шумова  температура запертого первого упра:вл емого аттенюатора 1 поглощающего типа, равна  температуре окружающей среды (она поддерживаетс  посто нной с помощью термостата ) .

Модул тор непрерывно с частотой модул ции сравнивает шумовую температуру приход щего из антенны сигнала с шумовой температурой опорного сигнала Па выходе модул тора в процессе измере ни  возникает модулированный шумовой сигнал, интенсивность которого мен етс  от значени , соответствующего температуре опорного сигнала,до значени , соответствующего антенной температуре, подлежащей измерению. Этот сигнал через плечо I-II циркул тора 2 и первый вентиль 5 поступае на вход смесител  6, на гетеродинный вход которого, поступает сигнал от гетеродина 8.

Циркул тор 2 в данной схеме выполн ет две функции, так как кроме осущесвлени  разв зки между входом смесител  6 и модул тором он выполн ет

также функцию направленного ответ- вител . Преобразованный в смесителе 6 сигнал поступает на вход усилител  9 промежуточной частоты, усиливаетс  и детектируетс  квадратичным детектором 10. Продетектированный сш-нап с частотой модул ции поступает на вход усилител  11 низкой частоты,

15256266

температуре калибровочного сигнала. Этот сигнал по плечу TII-II Ц1фку- л тора 2 поступает через первый вентиль 5 на вход смесител  6. Далее сигнал подвергают обработке в toM же пор дке, что и в режиме приема. Величина обработанных потерь в плече III-II циркул тора 2 учитываетс  при

усиливаетс  и поступает на сигнальный 10 определении значени  калибровочного

вход синхронного детектора 12, на опорный вход которого поступает сигнал от генератора 16. Выходной сигнал синхронного детектора 12, соответствующий мощности измер емого сигнала, фиксируетс  регистрирующим блоком 13.

Дл  осуществлени  режима калибровки по сигналам, 1 оступающим из программируемого блока 14 управлени , включаетс  генератор 4 шума и проис- ходит перекрестна  передача напр жени на входе блока 15 к его выходным зажимам (т.е. напр жение на втором выходе блока 15 становитс  засинхронизированн 1С третьим выходом генератора 16, а на первом выходе блока 15 имеетс  посто нное напр жение). Напр жение частоты модул ции, синхронное с Напр жением на третьем выходе генератора 16, поступает на второй управл емый аттенюатор 3, а на первый управл емый аттенюатор 1 поступает посто нное запирающее напр жение.

В течение первого полупериода модулирующего напр жени , когда второй управл емый .аттенюатор; 3 открыт, на вход радиометра поступает калибро-. вочный сигнал от генератора А шума, а в течение второго полупериода, когда второй управл емый аттенюатор 3 закрыт, на вход радиометра поступает опорный сигнал, которым в данном случае также, как и в режиме приема,  вл етс  шумова  температура запертого второго управл емого аттенюатора 3.

Модул тор (в данном случае второй управл емый аттенюатор 3) непрерывно с частотой модул ции сравнивает шумовую температуру калибровочнох о сш нала от генератора шума 4 с температурой опорного сигнала.

На выходе модул тора в процессе измерени  возникает модулированный шумовой сигнал, интенсивность которого мен етс  от значени , соответствующего температуре опорного сигнала , до значени , соответствующего

сигнала.

Флуктуационна  чувствительность модул ционного радиометра определ етс  следующим выражением:

в6

Tpg

(1)

Т„

Lf где oi 0,5-2 - коэффициет, завис щий от схемы радиометра и вида модул ции и демодул ции принимаемого сигнала; температура антенны, завис ща  от параметров антенны и ее ориентации в простанст- . ве, к;

эквивалентна  шумова  температура радиометра , К;

полоса принимаемых частот по шумовому сигналу, реально равна  полосе пропускани  усилител  промежуточной частоты, посто нна  времени интех р.ировани .

Из вьфажени  (1) видно, что дл  улучшени  флуктуационной чувствительности радиометра очень важно достижение минимально возможной эквивалентной шумовой температуры приемника (Т „) .Эквивалентна  шумова  ратура супергетеродинного приемника, приведенна  к его входу, может быть представлена в следующем виде:

Зг

ТПР

а.4 - ОТ,

ва

(2)

где Т

пр см

пч

- шумовые температуры всего приемника , смесител  И усилител  про .. межуточной частоты , соответственно;

Т - температура окружающей среды; Lgy потери во входном

6noKei

, - однополосные потери преобразовател  смесител .

Пр мые потери во входном блоке прототипа, представл ют собой аддитив- ную сумму всех потерь до смесител , т.е..

аа i- й + Аа + Чэ (3)

где lL.f , ,

Ьд, Lp3 пр мые потери в первом управл емом аттенюаторе направленном ответвителю , во. втором упt . .,

равл емом аттенюаторе и в разв зьшающих элементах (в первом вентиле и циркул торе) соответственно.

Одной из основных причин низкой фпуктуационной чувствительности этого блока  вл етс  наличие сравнительно большого количества пассивных элементов , которые внос т значительный вклад в общую температуру приемника и тем самым ухудшают его фпуктуаци- онную.чувствительность даже при условии минимизации LQ/, LCM,

Потери во входном устройстве предлагаемого радиометра представл ютс  следзпощим выражением:

цу Ьд,+ Lp. (4)

Циркул тор 2 в данной схеме выполн ет роль не только разв зьшающёго элемента, но и направленного отвер- дител , предназначенного дл  подачи калибровочного сигнала. Из сравнени  выражений (3) и (4) видно, что в выражении (4) отсутствуют состав- л ющие и Ьд2 .

, Паспортные значени  пр мых потерь L разв зывающих элементов и управл емых аттенюаторов в миллиметровом диапазоне длин волн составл ют 1 дБ (например паспортные данные аттенюаторов поглощающего типа, фёр- ритовых вентилей).

Если прин ть потери в первом и втором аттенюаторах, а также в каждом из разв зьшающих элементов, равг ньтми 1 дБ а потери в основном канале направленного ответвител  LHO

с

ю

5

0

5 0

Q 5

5

5

0,2 дБ, то согласно формулам (2) и (3) получаем дл  прототипа (при Те 300 К):

Lgy 1 + 0,2 + 1 + 2 4,2 дБ (2,63 раза)i

Тпр -3900 К при К: Ь,„ 6 дБ; К.

Дл  предлагаемого же радиометра получаем:

, 1 + 2 3 дБ (2 раза); Тпр - 2900 К при тех же значени х Т«м --см Тпм .

Из выражени  (t) видно, что при одинаковых значени х с. , Д и t флук- туационна  чувствительность Тд за- виеит только от значени  (Т + Трр ). Если прин ть 300 К, то получим, что отношение значений флуктуацион- ных чувстБИтельностей прототипа & апрог предлагаемого радиометра 5Тд равно:

Тс,,р,, ,.1,35,

т.е. флуктуационна  чувствительность предлагаемого устройства повысилась по сравнению с прототипом на 35%, что в результате привело к соответствующему повышению точности измерений.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Модул ционный радиометр дл  измерений шумовых сигналов, содержащий первый управл емый аттенюатор, второй управл емый аттенюатор, генератор шума, выход KOTopoi o соединен с входом второго управл емого аттенюатора , циркул тор и первый вентиль,. смеситель, гетеродин и второй вентиль , вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход - с гетеродинным входом смесител , последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, квадратньй детектор , усилитель низкой частоты, синхронный детектор и регистрирующий блок, причем вход усилител  промежуточной частоты соединен с выходом смесител , и генератор опорного напр жени , третий выход которого соединен с опорным входом синхронного детектора, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ение точности, введены программируемьй блок управлени  и блок коммутации, первьй вход которого соединен с первым выходом генератора опорного напр жени , а второй вход - с вторым вь1ходом гене9152562610

   ратора опорного напр жени , первый го управл емо о аттенюатора, при выход програмируемого блока упр ав- ,этом первое плечо циркул тора соеди- лени  подключен к управл ющему входу нено с выходом первого управл емого генератора шума, а второй выход - к , аттенюатора, второе плечо - с входом входу управлени  блока коммутации, первого вентил , а третье плечо - с первый выход блока коммутации подклю- выходом второго управл емого аттеню- чен к управл н цему входу первого уп- атора, причем вьпсод первого вентил  равл емого аттенюатора, d второй соединен с сигнальным входом смеси- выход - к управл ющему входу второ- 10 тел .