SU1626211A1 - Модул ционный радиометр - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике СВЧ. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Радиометр содержит антенну 1, модул тоо 2, направленный ответвитель 3, приемно-усилител ,ный блок 4, синхронные детекторы 5, 13 и 14, сумматоры 6 и 16, делители 7 и 17 напр жени , блоки 8 и 18 регистрации (БР), задающие г-ры 9 и 11. г-р 10 шума, фазовращатель 12 и блок 15 вычитани . В радиометре прием мощности теплового излучени  исследуемого объекта производитс  при двух различных заданных значени х мощности шумового сигнала, вырабатываемого г-ром 10. Цель достигаетс  путем формировани  на выходе БР 8 посто нного напр жени , которое пропорционально радиационной температуре объекта и не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффициента отражени  на границе раздела антенна - объект, а на выходе БР 18 - напр жени , которое пропорционально коэффициенту отражени  на границе раздела антенна - объект и не зависит от коэффициента передачи радиометра и точности поддержани  температур г-ра 10 2 ил. ё

Description

О

ю

Os

к

Изобретение относитс  к технике СВЧ, а именно к модул ционным радиометрическим приемникам СВЧ-диапазона, примен емым дл  приема и измерени  электромагнитного излучени  объектов, прилегающих непосредственно к антенне, например, дл  определени  глубинной радиационной температуры тканей биологических объектов, почвогрунтов, водных растворов и других полупровод щих сред, а также дл  измерени  излучательных характеристик этих сред на границе антенна - объект.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена структурна  электрическа  схема модул ционного радиометра; на фиг.2 - эпюры, по сн ющие его работу.

Радиометр содержит антенну 1, модул тор 2, направленный ответвитель 3. приемно-усилительный блок 4, первый синхронный детектор 5, первый сумматор 6, первый делитель 7 напр жений, первый блок 8 регистрации, первый задающий генератор 9, генератор 10 шума, второй задающий генератор 11, фазовращатель 12, второй 13 и третий 14 синхронные детекторы , блок 15 вычитани , второй сумматор 16, второй делитель 17 напр жений и второй блок 18 регистрации.

Приемно-усилительный блок в простейшем случае может состо ть из последовательно соединенных усилител  высокой частоты, квадратичного детектора и фильтра нижних частот.

В радиометре прием мощности теплового излучени  исследуемого объекта производитс  при двух различных заданных значени х мощности шумового сигнала, например ТШ2 ТШ1. вырабатываемого генератором 10 шума. Это необходимо дл  измерени  коэффициента отражени  на границе раздела антенна - объект и точного определени  радиационной температуры в услови х возможных флуктуации коэффициента передачи тракта радиометра.

Модул ционный радиометр работает следующим образом.

Мощность теплового СВЧ-излучени  исследуемого объекта поступает на границу раздела антенна - объект. Часть мощности , пропорциональна  TR, отражаетс  от границы раздела и затухает в среде объекта (R - коэффициент отражени  на границе раздела антенна - объект).

Оставша с  часть мощности, пропорциональна 

то -и)-т  ,(1)

принимаетс  антенной 1 и поступает на вход модул тора 2.

Первый 9 и второй 11 задающие генераторы формируют управл ющие напр жени 

UFI и Up2 формы меандра частотой FI и Fa соответственно, фазы которых синхронизированы , а частоты св заны соотношением

F2 2Fi .(2)

На фиг.2 показан пример диаграмм выходных напр жений первогоЭ и второго 11 задающих генераторов, выходного напр жени  приемно-усилительного блока 4 и изменени  мощности генератора 10 шума дл  соотношени  частот модул ции

F2 2Fi и Т ТШ1 ТШ2.

Управл ющее напр жение типа меандра с частотой FI поступает на управл ющий вход модул тора 2 и обеспечивает поочередное подключение и отключение выхода

антенны 1 к входу направленного ответ- вител  3. Управл ющее напр жение типа меандра с частотой F2 осуществл ет модул цию мощности генератора 10 шума поочередно до температур ТШ1 и ТШ2. Поскольку

фазы колебаний управл ющих напр жений синхронизированы, а частоты св заны соотношением (2), имеют место четыре повтор ющихс  интервала времени, обусловленных различными состо ни ми модул тора 2 и

генератора 10 шума (фиг.2).

Мгновенные значени  напр жени  Ui, U2, Уз, 1М, возникающие на выходе приемно-усилительного блока 4 дл  каждого интервала времени, определ ютс 

следующим образом.

Вход направленного ответвител  3 отключен ет выхода антенны 1. От генератора 10 шума поступает на выход модул тора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой ТШ1. Далее этот шумовой сигнал полностью отражаетс  от закрытого модул тора 2 и проходит через направленный ответвитель 3 на выход приемно-усилительного блока 4.

1)1 КТШ1 + С ,(3)

где К - размерный коэффициент передачи радиометра от входа модул тора 2 до выхода приемно-усилительного блока 4;

С- посто нна  составл юща  напр жени , одинакова  дл  всех четырех интервалов времени,

Вход направленного ответвител  3 отключен от выхода антенны 1. От генератора 10 шума поступает на вход модул тора 2

5 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой ТШ2, далее аналогично первому интервалу времени имеют

U2 КТШ2 + С.

(4)

Вход направленного ответвител  3 подключен к выходу антенны 1. Мощность теплового СВЧ-излучени , прин та  антенной, согласно (2) поступает через модул тор 2 и направленный ответвитель 3 на выход при- емно-усилительного блока 4.

От генератора 10 шума поступает на выход модул тора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Тш1, далее этот шумовой сигнал проходит через открытый модул тор 2 в антенну 1, частично отражаетс  от границы раздела антенна - обьект с коэффициентом отражени  R, проходит через открытый модул тор 2 и направленный ответвитель 3 на выход приемно-усилительного блока 4. При этом мгновенное значение напр жени , возникающее на выходе приемно-усилительного блока 4, дл  третьего интервала времени пропорционально сумме мощностей сигналов

U3 KT(1 -R)+KTuii R + C .(5)

Вход направленного ответвител  3 подключен к выходу антенны 1. Мощность теплового СВЧ-излучени  исследуемого объекта проходит до выхода приемно-усилительного блока 4, как и в случае третьего интервала времени.

От генератора 10 шума поступает на выход модул тора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Тш2 далее этот шумовой сигнал проходит на выход приемно-усилительного блока 4 аналогично третьему интервалу времени.

При этом на его выходе возникает мгновенное значение напр жени 

U4 КТ (1 - R) + КТШ2 R - С.(6)

Выходное напр жение приемно-усилительного блока 4, представл ющее собой периодически повтор ющуюс  последовательность напр жений Ui, U2, из. U4, поступает на входы первого, второго и третьего синхронных детекторов 5, 13 и 14. На опорный вход первого синхронного детектора 5 подаетс  напр жение типа меандра с частотой FI. При этом на его выходе после интегрировани  с заданной посто нной времени т 1/Р1получаетс  посто нное напр жение

Uci U3 + LU- Ui - U2

2KT(1 -R)- К(ТШ1 Тш2)(1 R). (7)

На опорный вход третьего синхронного детектора 14 поступает меандр частоты FI, сдвинутый во времени на четверть периода (сдвиг по фазе 90 град) фэзовращг.-телем 12. Посто нное напр жение Uc2 образуетс  на выходе третьего синхронного детектора 14 после интегрировани  (сглаживани ) с заданной посто нной времени

UC2 U2 -Ui + U4-U3

KfTu,2-Tuji)(1-R).(8)

которое поступает в качестве делител  в первый делитель 7 напр жений и в первый сумматор 6 дл  компенсации посто нной составл ющей напр жени  Uci, обусловленной наличием в (7) члена К(ТШ1 + ТШ2)х х (1 - R). Причем коэффициенты передачи входов первого сумматора 6 выбираютс 

0 так, чтобы выполн лось равенство

а(ТШ1 + Тш2)Ь(Тш2-ТШ1).(9)

где a, b - коэффициенты передачи соответственно второго и первого входов сумматора .

5Таким образом, на вход делимого первого делител  7 напр жений поступает напр жение

UT 2КаЛ1 -R).(Ю)

а после проведени  операции делени  в нем

0 на вход первого блока 8 регистрации поступает посто нное напр жение

ит

UT UC2 )

2КдТ (1 - R)

Т2э

Тш2 Тш1

(11)

которое пропорционально радиационной температуре объекта, не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффициента отражени  на границе раздела

антенна - объект. Посто нные коэффициенты а и b определ ютс  в процессе калибровки прибора

На опорный вход второго синхронного детектора 13 поступает управл ющее напр жение типа меандра частотой F2. При этом на его выходе после интегрировани  (сглаживани ) получаетс  посто нное напр жение Uc3 U2 - Ui + Ui - U3 - К(Тш2 - ТшОО + R). (12)

При прохождении сигналов (8) и (12) через блок 15 вычитани  и второй сумматор 16 получаютс  напр жени 

UC2 UC3 - UC2 2KR (Тш2 - ТШ1) (13)

и

UC3 UC3 + UC2 2К (Тш2 - ТшО. (14)

которые поступают на входы второго делител  17 напр жений. На его выходе после проведени  операции делени  по вл етс  напр жение

R

(15)

которое подаетс  на вход второго блока 18 регистрации. Это напр жение пропорционально коэффициенту отражени  на границе раздела антенна - объект и не зависит от коэффициента передачи радиометра и точности поддержани  температур генератора 10 шума.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Модул ционный радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну , модул тор, направленный ответвитель, приемно-усилительный блок и первый синхронный детектор, второй синхронный детектор , блок вычитани , первый и второй задающие генераторы, генератор шума, первый и второй блоки регистрации, выход первого задающего генератора соединен с управл ющим входом модул тора и с опорным входом первого синхронного детектора , выход второго задающего генератора соединен с опорным входом второго синхронного детектора и с управл ющим входом генератора шума, выход которого соединен с вторым входом направленного ответвите- л , выход второго синхронного детектора соединен с входом вычитаемого блока вычитани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, введены последовательно соединенные фазовращатель , третий синхронный детектор, первый

   сумматор и первый делитель напр жений, выход которого соединен с входом первого блока регистрации, последовательно соединенные второй сумматор и второй делитель

   напр жений, выход которого соединен с входом второго блока регистрации, выход второго задающего генератора соединен с входом синхронизации первого задающего генератора, выход которого соединен с входом фазовращател , выход приемно-уси.ж- тельного блока соединен с сигнальными входами второго и третьего синхронных детекторов , выход блока вычитани  соединен с входом делимого второго делител  напр жений , выход второго синхронного детектора соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего синхронного детектора, с входом уменьшаемого блока вычитани  и

   с входом делител  первого делител  напр жений , второй вход первого сумматора соединен с выходом первого синхронного детектора.

   ч с

   Г