SU1617387A1 - Радиометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике СВЧ. Цель изобретени  - повышение точности измерени  радиационной температуры. Радиометр содержит антенну 1, модул тор 2, направленный ответвитель 3, у-ль 4 высокой частоты, квадратичный детектор 5, у-ль 6 низкой частоты, перемножители 7, 14 и 17, фильтры 8, 15 и 18 нижних частот, весовой сумматор (ВС) 9, делитель 10 напр жений, блок регистрации 11, г-р 12 шума, коммутатор 13, блок вычитани  (БВ) 16, задающий г-р 19 и делитель 20 частоты. Цель достигаетс  введением ВС 9, делителей 10 и 20, коммутатора 13, перемножителей 14 и 17, фильтров 15 и 18 и БВ 16, с помощью которых формируетс  посто нное напр жение, пропорциональное радиационной температуре объекта, которое не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффициента отражени  на границе раздела антенна-объект. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике СВЧ, а именно к модул ционным радиометрам СВЧ диапазона, примен емым дл  приема и измерени  электромагнитного излучени  объектов, расположенных в непосредственной близости к антенне, например, дл  исследовани  собственного электромагнитного излучени  биологических объектов, почвы, водных растворов и т.п.i

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  радиационной, температуры.

На чертеже приведена структурна  электрическа  схема радиометра. ,

Радиометр состоит из антенны 1, модул тора 2, направленного ответ- вител  3 -усилител  4 высокой частоты (УВЧ 4), квадратичного детектора 5, усилител  6 низкой частоты (УНЧ 6), первого перемножител  7, первого фильтра 8 нижних частот (ФНЧ 8), весового сумматора 9, делител  10 напр жений, блока 11 регистрации, генератора 12 шума, коммутатора 13,второго перемно- хмтел  14, второго фильтра 15 нижних

оь

оо

00

316

,частот (ФНЧ 15), блока вычитани  ley третьего перемножител  17, третьего фильтра 18 нижний частот (ФНЧ 18), задающего генератора 19, делител  20 частоты,

Радиометр работает следующим образом .

Мощность теплового СВЧ излучени  исследуемого объекта, пропорциональ- на  радиационной температуре Т объе- :кта, поступает на границу раздела ;антенна - объект. Часть мощности, пропорциональна  TR, отражаетс  от границы раздела и затухает в ере- де объекта ХК. -коэффициент отражени  на границе раздела антенна - объект), Оставша с  часть мощности, пропорциональна  .

4

шумовой сигнал полноот закрытого модул точерез направленный

и,

ш.

с.

(3)

где k С размерный коэффициент передачи радиометра от входа модул тора 2 до выхода усилител  б низкой частоты| посто нна  составл юща  напр жени , одинакова  дл  всех четырех.интервалов времени. 2. Вход направленного ответвител  3 отключен от выхода антенны 1 От генератора 12 шума поступает на выход модул тора 2 через HanpaBJienHoM от- ветвитель 3 мощность шума с темпера

Т(1 - R) Т,

(1)

принимаетс  антенной 1 и поступает

аа вход модул тора 2,

Задающий генератор 19 формирует управл ющее напр жение меандр частотой F, а дедит.ель 20 частоты формирует управл ющее напр жение меанд

Ь

F, 2nF.,(2)

частотой Frt, причем

И

где п - целое число 1,2,3,.,.,,

Управл ющее напр жение меандр с частотой F( поступает на управл ющий вход модул тора 2, который с частотой F, обеспечивает поочередное подключение и отключение выхода антенны 1 с входом направленного ответвител  3« Управл ющее напр жение меандр с частотой Fg осуществл ет модул цию мощности генератора 12 шума поочередно до шумовых температур

Тц| , Поскольку фазы колебаний управл ющих напр жений синхронизированы , а частоты св заны соотношением (2), имеют место четьгое повтор ющихс  интервала времени, обусловленные различными состо ни ми модул тора 2 и генератора 12 шума.

Покажем чем определ ютс  мгно венные значени  напр жени  U , Ugp и, 4. возникающие на выходе усилител  6 низкой частоты дл  каждого интервала времени, ,:

1. Вход направленного ответвител  3 отключен от выхода антенны 1. От генератора 12 шума поступает на выход

. модул тора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой

20 турой Ту,, далее аналогично первому интервалу времени имеем;

5

0

0

5

и kTy

С, (4)

3, Вход направленного ответвител  3 подключен к выходу антенны 1. Мощность теплового СВЧ излучени , прин та  антенной, согласно (1) поступает через модул тор 2, направленный ответвитель 3 на выход усилител  6 низкой частоты. От генератора 12 шума поступает на выход модул тора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Т.. , далее этот шумовой сигнал проходит через открытьй модул тор 2 в антенну 1, частично отражаетс  от границы раздела антенна - объект-- с коэффициентом отражени  R, проходит через открытый модул тор 2, направленный ответвитель 3, на выход усилител  6 низкой частоты. При этом мгнопенное - значение напр жени , возникающее на выходе усилител  6 дл  третьего интервала времени, пропорционально сумме мощностей следующих сигналов:

и kT(1 - R) +

,К

С. (5)

4. Вход направленного ответвител  3 подключен к выходу антенны 1, Мощность теплового СЗЧ излучени  исследуемого объекта проходит до выхода усилител  6 низкой частоты, как и в случае третьего интервала времанио От генератора 12 тума поступает на выход модул тора 2 через направленный ответвитель 3 мош,ность шума с температурой Т,, далее этот шумовой сигнал проходит на выход

16

усилител  6 низкой частоты аналогично третьему интервалу времени. При этом на его выходе возникает мгновенное значение нацр жени 

U4. kT(1 - R + + С, (6).

Выходное нагф жение УКЧ б поступает на входы первого перемножител  7 и коммутатора 13, На второй вход первого перемножител  7 подаетс  меандр с частотой У„. При этом на его выходе после фильтрации в первом ФНЧ 8 с заданной посто нной времени 1/У полу- чаем посто нное напр жение

Uj., и, + U4- и,- U,j 2kT(1 - R)

-kCTy,+ Tu4)(l-R).

(7)

напр жение УНЧ 6 через 13 поочередно подаетс  на го 14 и третьего 17 перес частотой управл ющего На вторые входы обоих лей подаетс  опорный меандр,, ,

и ли i сЛЬ

F,. При этом на выходах и третьего 17 перемножите- глаживани  во втором ФНЧ м ФНЧ 18 с заданной поемени получаем соответст-  нные напр жени 

20Фор

30

Рад тельно тор на

ный дет тоты, фильтр ратор, соедине го | отзе о тл с цель ни  рад ны посл тель ч ремнож частот матор довател множит частот входом выход входом которо гистра частоты входом ционны первьм л , вы с упра вторым выход с упра ма и с третье

СГ k(T,,,,- Т,.,,)

Ы2

(8)

и ,

(T.yj.TU ,,)R (9)

После прохождени  сигналов (8) и (9) через блок 16 вычитани  получаем напр жение

и,

и„- U,, k(Ty,Т ,.,)(1 - R)j(10)

которое поступает в качестве делител  в делитель 10 напр жений и на пер- вьй вход весового сумматора 9 д   компенсации посто нной составл ющей напр жени  чием в (7) Причем коэорфициенты передачи входов йесового сумматора 9 выбираютс  таким образом, чтобы выполн лось равенство

I d обусловленной нали- члена k(r,,+ Ty)(1-R),

а(Т,,„- T,,,J Ь(Тш,- Тш,),

Чи) где а

(11)

шг. Ш1

b - коэффициенты передачи соответственно второго и первого входов сумматора.

Таким oбpaзo ;, на второй вход делител  10 напр жений в качестве делимого поступает напр жение

U 2kaT(1-R),

(12)

a после проьЁдеки  i-nepairH делени  на вход блока i1 регистрации поступа

ет nocTOHiiaoe HanpKXvejiHe

г y.t ..--2kaTCj -R)2а

сг

,)0-)

ф ..Ф - iJr(13)

которое пропорщтокзльно радиационной температуре объекта, не зависит от коэффициента пе; едлчк радиометра и коэффициента отражени  на границе раздела антенна - объек, Посто нные коэффициенты а и Ъ определ ютс  в процессе калибровки прибора.

,, ,

Claims (1)

1. 20Формула изобре/тени 

   , ,

   и ли i сЛЬ

   0

   5

   О

   5

   0

   с

   Радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, модул тор направленный ответвитель, усивысокой частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты , первый перем-ножитель и первый фильтр нижних частот, зaдaюIIp й генератор , генератор , выход которого соединен с вторым входом направленного | отзетвители5 и блок регистрации, о тличающий с  тек, что, с цель:о поньгшенчп точности измерени  радиаг иокной TeMne JaTypM, введены последовательно соединенные делитель частоты, коммутатор), второй :« ремножитель, второй фильтр нижних частот., блок вычитание, весовой сумматор и делитель напр жений, последовательно соединенные третий перемножитель н третий fjjHjibTp нижних частот, выход которого соединен с входом вычитани  блока вычитани , выход которого соединен с вторым входом делител  напр жений, выход которого соеднпел с входом блока регистрации , выход усилител  низкой частоты соединен с икформа1,конньм входом коммутатора, второй информационный вьп- од которог о соединен с первьм входом третьего перемножител , выход делител  частоты соединен с управл ю11Ц м Ехо,цим модул тора и вторым входом первого ггеремножител , выход задающего генератора соедине. с управл  ошим пходсм генератора шу- , ма и с вторыми входами второго и третьего псремножителей.

   N NX ч N N N Ч