UA68120A - Modulation heterodyne radiometer - Google Patents
Modulation heterodyne radiometer Download PDFInfo
- Publication number
- UA68120A UA68120A UA2003109235A UA2003109235A UA68120A UA 68120 A UA68120 A UA 68120A UA 2003109235 A UA2003109235 A UA 2003109235A UA 2003109235 A UA2003109235 A UA 2003109235A UA 68120 A UA68120 A UA 68120A
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- output
- uhf
- input
- low
- microwave
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Винахід відноситься до пасивної радіолокації а саме до техніки виміру потужності слабких шумових 2 сигналів у діапазоні надвисоких частот (НВЧ), і може бути використаний в радіоастрономії, радіометеорології, радіогеодезії і медицині.The invention relates to passive radar, namely to the technique of measuring the power of weak noise 2 signals in the ultra-high frequency (UHF) range, and can be used in radio astronomy, radio meteorology, radio geodesy and medicine.
Відомі радіометри модуляційного типу (див. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопь! и радиометрьі. М: Наука, 1979, С. 258) які містять, як правило, два вхідних канали - канал антени і канал опорного сигналу, які через два НВЧУ - ключі, що працюють у протифазі, підключені до одного приймача. 70 У приймачі радіометру сигнал антени і сигнал опорного каналу по черзі підсилюються одним НВЧ підсилювачем з великим коефіцієнтом підсилення, щоб забезпечити квадратичне детектування модульованого сигналу. Однак у діапазоні вкрай високих частот (30-300 Ггц) важко виконати приймач прямого підсилення з великим коефіцієнтом підсиленням, особливо на транзисторах. Тому використовують приймачі радіометрів з гетеродинним перетворенням частоти, у яких почергово посилення сигналів здійснюється на відносно низькій 12 проміжній частоті (див. Скрипник Ю.О., Манойлов В.П., Яненко О.П., Модуляційні радіометричні пристрої та системи НВЧ - діапазону - Житомир: ЖІТІ, 2001, С.173).Known radiometers of the modulation type (see Esepkina N.A., Korolkov D.V., Pariyskyi Y.N. Radioteleskop! and radiometers. M: Nauka, 1979, p. 258) which usually contain two input channels - a channel antennas and a reference signal channel, which are connected to one receiver through two microwave switches operating in antiphase. 70 In the radiometer receiver, the antenna signal and the reference channel signal are alternately amplified by a single high-gain microwave amplifier to provide quadrature detection of the modulated signal. However, in the range of extremely high frequencies (30-300 GHz) it is difficult to implement a direct gain receiver with a large gain, especially on transistors. Therefore, radiometer receivers with heterodyne frequency conversion are used, in which signal amplification is carried out alternately at a relatively low 12 intermediate frequency (see Yu.O. Skrypnyk, V.P. Manoilov, O.P. Yanenko, Modulating radiometric devices and microwave-range systems - Zhytomyr: ZHITI, 2001, p.173).
Для виключення впливу власних шумів вхідної антени в опорному каналі використовують еталонне навантаження, шумова характеристика якого еквівалентна аналогічній характеристиці антени. У цьому випадку сигнал від антени на виході квадратичного детектора приймача віднімається із сигналу від еталонного навантаження і підсилювач частоти модуляції підсилює тільки прийнятий антеною зовнішній шумовий сигнал.To exclude the influence of the inherent noise of the input antenna in the reference channel, a reference load is used, the noise characteristic of which is equivalent to the similar characteristic of the antenna. In this case, the signal from the antenna at the output of the quadratic detector of the receiver is subtracted from the signal from the reference load, and the modulation frequency amplifier amplifies only the external noise signal received by the antenna.
Однак на частотах понад 50-60Ггц через вплив розподілених ємностей і індуктивностей важко виконати еталонне резистивне навантаження, еквівалентне антені. Крім того, через неідентичність коефіцієнтів передачі і відбиття двох НВЧ - ключів і паразитного зв'язку між каналами виникає велика похибка виміру потужності прийнятого сигналу. 29 Відомий модуляційний гетеродинний радіометр (див. Авт. свид. СРСР Мо1553924, МПК 501кК29/08, 1984, « бюл. Мо12, 1990), що містить з'єднані послідовно антену, комутатор, змішувач, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти, синхронний детектор і інтегратор, при цьому до другого входу комутатора підключений генератор шуму через атенюатор, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом інтегратора, і гетеродин, вихід якого підключений до другого входу змішувача, а генератор низької частоти о 30 з'єднаний з керуючими входами комутатора і синхронного детектора. ГаHowever, at frequencies above 50-60 GHz, due to the influence of distributed capacitances and inductances, it is difficult to perform a reference resistive load equivalent to the antenna. In addition, due to the non-identity of the transmission and reflection coefficients of the two microwave keys and the parasitic connection between the channels, a large error in the measurement of the power of the received signal occurs. 29 The well-known modulation heterodyne radiometer (see Auth. svid. USSR Mo1553924, IPC 501kK29/08, 1984, " Bull. Mo12, 1990), which contains a serially connected antenna, commutator, mixer, intermediate frequency amplifier, quadratic detector, amplifier low-frequency, synchronous detector and integrator, while a noise generator is connected to the second input of the switch through an attenuator, the control input of which is connected to the output of the integrator, and a local oscillator, the output of which is connected to the second input of the mixer, and the low-frequency generator is connected to 30 with the control inputs of the switch and the synchronous detector. Ha
Роль еталонного навантаження виконує атенюатор, що живиться генератором шуму, рівень якого встановлюють відповідно рівню шумів приймальної антени. Однак необхідність у комутаторі, що складається з -- двох НВЧ - ключів, не дозволяє виключити похибку від паразитного міжканального зв'язку і неідентичності с параметрів двох ключів. 325 Відомий також модуляційний гетеродинний радіометр (див. Патент України Мо26122, МПК 501кК29/08,1998, оThe role of the reference load is performed by an attenuator powered by a noise generator, the level of which is set according to the noise level of the receiving antenna. However, the need for a switch consisting of two microwave keys does not allow to exclude the error from parasitic inter-channel communication and the non-identity of the parameters of the two keys. 325 The modulation heterodyne radiometer is also known (see Patent of Ukraine Mo26122, IPC 501кК29/08,1998, о
Бюл. Мо5, 2000), що містить НВЧ - антену, НВЧ - ключ, підключений до виходу антени, послідовно з'єднані НВЧ - змішувач, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, перший фільтр нижніх частот, вибірковий підсилювач низької частоти, синхронний детектор, другий фільтр нижніх частот і реєстратор, генератор низької « частоти, з'єднаний виходом з керуючими входами НВЧ - ключа і синхронного детектора, НВЧ - гетеродин, З 40 дільник НВЧ - потужності, спрямований відгалужувач і атенюатор. с Крім того, він містить другі комутатор, синхронний детектор, підсилювач низької частоти, два інтегратори, з» два генератори НВЧ - шуму, електричне керовані атенюатори, двоканальний аналого-дифровий перетворювач, мікро-ЕОМ із дисплеєм і цифро-аналоговий перетворювач. При цьому входи двоканального аналого-дифрового перетворювача підключені до виходів першого і другого інтеграторів, а виходи підключені до входу мікро-ЕОМ, 45 перший вихід якої через цифро-аналоговий перетворювач з'єднаний з керуючим входом атенюатора, другий б підключений до дисплея.Bul. Mo5, 2000), containing a microwave antenna, microwave key connected to the antenna output, series-connected microwave mixer, intermediate frequency amplifier, quadratic detector, first low-pass filter, low-pass selective amplifier, synchronous detector, second filter of low frequencies and a recorder, a low-frequency generator, the output of which is connected to the control inputs of the microwave key and the synchronous detector, the microwave heterodyne, the 40 microwave power divider, the directional splitter and the attenuator. c In addition, it contains a second switch, a synchronous detector, a low-frequency amplifier, two integrators, c» two microwave noise generators, electrically controlled attenuators, a two-channel analog-to-digital converter, a micro-computer with a display and a digital-to-analog converter. At the same time, the inputs of the two-channel analog-to-digital converter are connected to the outputs of the first and second integrators, and the outputs are connected to the input of the micro-computer, the first output of which is connected through the digital-to-analog converter to the control input of the attenuator, the second is connected to the display.
Ге | Наявність у схемі модуляційного радіометру генератора НВЧ - шуму, сигнал від якого періодично надходить на вхід приймача, дозволяє компенсувати власні шуми НВЧ - антени і вхідного хвилеводу, однак неминуча - нерівномірність спектральної потужності шумового сигналу генератора НВЧ - шуму викликає похибку виміру ка 20 потужності прийнятого НВЧ - сигналу при перебудові частоти НВЧ - гетеродина. Це зв'язано з тим, що в смугу пропущення підсилювача проміжної частоти при зміні частоти НВЧ - гетеродина попадає вже інший с компенсуючий сигнал від сусідньої ділянки спектральної характеристики генератора НВЧ - шуму, не еквівалентний потужності власного шуму антени. Крім того, у відомому радіометрі використаний комутатор із двох НВЧ - ключів, що викликає неминучі похибки від неідентичності параметрів ключів і паразитних зв'язків між ними. в. В основу винаходу покладена задача створення такого модуляційного гетеродинного радіометру, в якому введенням нових елементів і зв'язків забезпечувалось би підвищення точності і чутливості вимірів слабких шумових сигналів у широкому діапазоні частот.Ge | The presence in the circuit of the modulation radiometer of the microwave noise generator, the signal from which periodically enters the input of the receiver, allows you to compensate for the own microwave noise of the antenna and the input waveguide, but the inevitable unevenness of the spectral power of the noise signal of the microwave noise generator causes a measurement error of about 20 times the power of the received microwave - of the signal when adjusting the microwave frequency - local oscillator. This is due to the fact that when the frequency of the UHF local oscillator changes, a compensating signal from the neighboring area of the spectral characteristic of the UHF generator, which is not equivalent to the power of the antenna's own noise, enters the passband of the intermediate frequency amplifier. In addition, in the known radiometer, a commutator of two microwave keys is used, which causes inevitable errors due to non-identity of key parameters and parasitic connections between them. in. The invention is based on the task of creating such a modulating heterodyne radiometer, in which the introduction of new elements and connections would ensure an increase in the accuracy and sensitivity of measurements of weak noise signals in a wide frequency range.
Поставлена задача вирішується тим, що в модуляційний гетеродинний радіометр, що містить НВЧ - антену, 60 нвчЧ- ключ, підключений до виходу антени, послідовно з'єднані НВЧ - змішувач, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, перший фільтр нижніх частот, вибірковий підсилювач низької частоти, синхронний детектор, другий фільтр нижніх частот і реєстратор, генератор низької частоти, з'єднаний виходом з керуючими входами НВЧ - ключа і синхронного детектора, НВЧ - гетеродин, дільник НВЧ - потужності, спрямований відгалужувач і атенюатор, згідно з винаходом, в нього введені керований підсилювач проміжної частоти, бо диференціальний підсилювач, джерело стабілізованої постійної напруги, НВЧ - балансовий модулятор і вентиль,The problem is solved by the fact that in a modulation heterodyne radiometer containing a microwave antenna, a 60 nm key connected to the output of the antenna, microwave mixers, an intermediate frequency amplifier, a quadratic detector, a first low-pass filter, a selective low-pass amplifier are connected in series frequencies, a synchronous detector, a second low-pass filter and a recorder, a low-frequency generator, the output of which is connected to the control inputs of the UHF key and the synchronous detector, the UHF local oscillator, the UHF power divider, a directional splitter and an attenuator, according to the invention, in it a controlled intermediate frequency amplifier, because a differential amplifier, a source of stabilized constant voltage, a microwave - a balance modulator and a gate are introduced,
який виходом підключений до входу НВЧ -змішувача, другий вхід якого підключений до виходу НВЧ - гетеродина через одне плече дільника НВЧ - потужності, друге плече якого з'єднано із сигнальним входом НВЧ - балансового модулятора, модулюючий вхід якого підключений до виходу підсилювача проміжної частоти через атенюатор і керований підсилювач проміжної частоти, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом диференціального підсилювача, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела стабілізованої постійної напруги, другий вхід підключений до виходу першого фільтра нижніх частот, а вихід НВЧ - балансового модулятора з'єднаний із відсалужуючим плечем спрямованого відгалужувача, включеного між НВЧ - ключем і входом вентиля. 70 Введення в схему модуляційного гетеродинного радіометру керованого підсилювача проміжної частоти, диференціального підсилювача, джерела стабілізованої постійної напруги, НВЧ - балансового модулятора і вентиля, включених зазначеним образом, забезпечує формування компенсуючого шумового сигналу безпосередньо з НВЧУ - сигналу і гетеродина, що перебудовується по частоті, шляхом балансової модуляції його шумовим сигналом проміжної частоти і подачі модульованого сигналу на вихід НВЧ - ключа антени через /5 спрямований відгалужувач. Введений у приймач додатковий модульований сигнал змішується з НВЧ - сигналом гетеродину й в результаті утворюється компенсуючий сигнал проміжної частоти, діючий у моменти відключення антени від входу приймача. У результаті вплив власних шумів антени на приймач врівноважується дією додаткового модульованого сигналу, який формується на виході НВЧ - балансового модулятора і вводиться в тракт приймача спрямованим відгалужувачем коли НВЧ - ключ закритий. Це забезпечує підвищення точності і чутливості вимірів вхідних сигналів за рахунок виключення впливу власних шумів антени і вхідних елементів прийомного тракту на значення прийнятого сигналу незалежно від частоти гетеродина.the output of which is connected to the microwave input of the mixer, the second input of which is connected to the microwave output of the local oscillator through one arm of the microwave power divider, the other arm of which is connected to the signal input of the microwave balance modulator, the modulating input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier through attenuator and controlled intermediate frequency amplifier, the control input of which is connected to the output of the differential amplifier, one input of which is connected to the output of the stabilized constant voltage source, the second input is connected to the output of the first low-pass filter, and the output of the microwave - the balance modulator is connected with the desalination arm of the directional splitter included between the microwave key and the valve inlet. 70 The introduction of a controllable intermediate frequency amplifier, a differential amplifier, a source of stabilized constant voltage, a UHF balance modulator and a valve, included in the specified manner, into the scheme of the modulation local oscillator radiometer ensures the formation of a compensating noise signal directly from the UHF signal and the local oscillator, which is tuned by frequency, by balance modulation by its noise signal of intermediate frequency and supply of the modulated signal to the output of the microwave key antenna through the /5 directional splitter. The additional modulated signal introduced into the receiver is mixed with the microwave signal of the local oscillator and, as a result, a compensating intermediate frequency signal is formed, which is active at the moment of disconnection of the antenna from the receiver input. As a result, the influence of the antenna's own noise on the receiver is balanced by the effect of an additional modulated signal, which is formed at the output of the UHF - balance modulator and is introduced into the receiver path by a directional splitter when the UHF - key is closed. This provides an increase in the accuracy and sensitivity of measurements of input signals due to the exclusion of the effect of the inherent noise of the antenna and the input elements of the receiving path on the value of the received signal, regardless of the frequency of the local oscillator.
На кресленні представлена функціональна схема модуляційного гетеродинного радіометру.The drawing shows the functional scheme of the modulation heterodyne radiometer.
Радіометр містить НВЧ - антену 1 до якої підключені послідовно з'єднані НВЧ - ключ 2, спрямований відгалужувач 3, вентиль 4, НВЧ змішувач 5, підсилювач 6 проміжної частоти, квадратичний детектор 7, перший ов фільтр 8 нижніх частот, вибірковий підсилювач 9 низької частоти, синхронний детектор 10, другий фільтр 11 нижніх частот і реєстратор 12. Генератор 13 низької частоти з'єднаний з керуючими входами НВЧУ - ключа 2 і « синхронного детектору 10, НВЧ - гетеродин 14 через дільник НВЧ - потужності 15 з'єднаний із другим входомThe radiometer contains a microwave - antenna 1 to which are connected serially connected microwave - key 2, directional splitter 3, gate 4, microwave mixer 5, intermediate frequency amplifier 6, quadratic detector 7, first low-pass filter 8, low-frequency selective amplifier 9 , a synchronous detector 10, a second low-pass filter 11 and a recorder 12. A low-frequency generator 13 is connected to the control inputs of the UHF key 2 and the synchronous detector 10, the UHF local oscillator 14 through the UHF power divider 15 is connected to the second input
НВЧ - змішувача 5 і сигнальним входом НВЧ - балансового модулятора 16, модулюючий вхід якого через атенюатор 17 і регульований підсилювач 18 проміжної частоти з'єднаний з виходом підсилювача 6 проміжної о зо частоти. До керуючого входу регульованого підсилювача 18 проміжної частоти підключений вихід диференціального підсилювача 19, один вхід якого з'єднаний з виходом джерела 20 стабілізованої постійної с напруги, а інший вхід з'єднаний з виходом першого фільтра 8 нижніх частот. «-UHF - mixer 5 and the signal input of the UHF - balance modulator 16, the modulating input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier 6 through the attenuator 17 and adjustable intermediate frequency amplifier 18. The output of the differential amplifier 19 is connected to the control input of the adjustable intermediate frequency amplifier 18, one input of which is connected to the output of the source 20 of the stabilized constant voltage, and the other input is connected to the output of the first low-pass filter 8. "-
Модуляційний гетеродинний радіометр працює таким чином.A modulating heterodyne radiometer works as follows.
Шумовий сигнал, прийнятий НВЧ - антеною 1, через відкритий НВЧ - ключ 2, спрямований відгалужувач З і со зв Вентиль 4 надходить на НВЧ - змішувач 5, на другий вхід якого безупинно надходить монохроматичний «о (гармонійний) сигнал гетеродина 14 через дільник потужності 15. У результаті змішування гармонійного сигналу частоти фр і шумового сигналу із суцільним спектром «єї утворяться сигнали різницевої (проміжної) частоти шроту о У смугу пропущення юр підсилювача б проміжної (різницевої) частоти попадають перетворені по « дю частоті складові прийнятого шумового сигналу, що зміщені щодо частоти гетеродина др на значення проміжної з с частоти шр нагору і вниз по осі частот; 2» бар от ар ор Ж Ар, 0)The noise signal received by the UHF - antenna 1, through the open UHF - key 2, the directional coupler Z and so zv Gate 4 enters the UHF - mixer 5, the second input of which continuously receives the monochromatic "o (harmonic) signal of the local oscillator 14 through the power divider 15 As a result of the mixing of the harmonic signal of frequency fr and the noise signal with its continuous spectrum, signals of the difference (intermediate) frequency of the grain o are formed. the frequency of the local oscillator dr on the value of the intermediate frequency of shr up and down along the frequency axis; 2" bar ot ar or Z Ar, 0)
А р-р ЖАвр. (22)And Mr. Zhavr. (22)
У результаті змішування складових спектра (1) із сигналом гетеродина утворяться низькочастотні сигналиAs a result of mixing the components of the spectrum (1) with the local oscillator signal, low-frequency signals will be formed
Ме різницевої частоти, що підсилювачем б проміжної частоти виділяються у вигляді вузькосмугового шумового - сигналу. Дисперсія шумового сигналу буде визначатись подвоєним значенням квадратів складових спектра смуг юю 50 А і Ат: (42) Мор (2) о - Кк, В, Її" (ері ссMe of the difference frequency that the amplifier of the intermediate frequency is allocated in the form of a narrow-band noise signal. The dispersion of the noise signal will be determined by the doubled value of the squares of the components of the spectrum of the 50 A and At bands: (42) Mor (2) o - Kk, B, Yy" (eri ss
Р» де К.у - коефіцієнт підсилення підсилювача проміжної частоти по потужності;P" where K.u is the amplification factor of the intermediate frequency amplifier in terms of power;
З. - крутість перетворення НВЧ - змішувача; 2 - потужність спектральних складових прийнятого антеною сигналу; бо тя - потужність сигналу гетеродина.Z. - steepness of transformation of microwave - mixer; 2 - the power of the spectral components of the signal received by the antenna; because tya is the power of the local oscillator signal.
Крім корисного сигналу (2) на виході підсилювача 6 проміжної частоти буде присутній вузькосмуговий шум, як результат частотного перетворення власного НВЧ - шуму змішувача із сигналом гетеродина плюс власні шуми підсилювача. Буде також присутній паразитний сигнал від шумів антени і вхідних елементів прийомного 65 тракту. Додатково на вхід прийомного тракту надходить модульований НВЧ - сигнал через спрямований відгалужувач 3. Останній формується з гармонійного сигналу гетеродину 14, що через дільник НВЧ - потужностіIn addition to the useful signal (2), narrowband noise will be present at the output of the intermediate frequency amplifier 6, as a result of the frequency conversion of the own microwave - the noise of the mixer with the local oscillator signal plus the amplifier's own noises. There will also be a parasitic signal from the noise of the antenna and the input elements of the receiving 65 path. In addition, a modulated microwave signal is received at the input of the receiving path through the directional splitter 3. The latter is formed from the harmonic signal of the local oscillator 14, which through the microwave power divider
15 надходить на НВЧ - балансовий модулятор 16, де модулюється вузькосмуговим шумовим сигналом проміжної частоти шр Зі смугою йшов. Для цього використовується шумовий сигнал підсилювача б проміжної частоти, стабілізований регульованим підсилювачем 16 проміжної частоти й ослаблений до необхідного рівня атенюатором 17. У результаті балансової модуляції утвориться двосмуговий НВУ - сигнал з частотним спектром, аналогічним (1). Однак при зазначеній спрямованості відгалужувача З і відкритому НВЧ - ключі 2 додатковий сигнал у радіометр не попадає, а надходить в антену і розсіюється в навколишнім просторі. Тому в радіометр надходить корисний прийнятий сигнал, шумовий сигнал антени і сигнал, обумовлений власними шумами приймача радіометра. Зазначені складові результуючого шумового сигналу між собою не корельовані, тому його 70 дисперсія буде дорівнювати сумі дисперсій зазначених складових.15 is sent to the microwave - the balance modulator 16, where it is modulated by a narrow-band noise signal of intermediate frequency shr with the band. For this purpose, the noise signal of the intermediate frequency amplifier b is used, stabilized by the adjustable intermediate frequency amplifier 16 and attenuated to the required level by the attenuator 17. As a result of the balance modulation, a two-band NVU will be formed - a signal with a frequency spectrum similar to (1). However, with the indicated directionality of splitter C and open microwave - key 2, the additional signal does not enter the radiometer, but enters the antenna and is scattered in the surrounding space. Therefore, the radiometer receives a useful received signal, a noise signal from the antenna and a signal due to the radiometer receiver's own noise. The specified components of the resulting noise signal are not correlated with each other, so its 70 variance will be equal to the sum of the variances of the specified components.
З урахуванням цих складових вузькосмуговий шумовий сигнал, що надходить на вхід квадратичного детектора 7, буде мати вид: йо (3) п: 2 2 2 2 02-28, 82 Де (р) (в) Ша (рн? Чез де 5» - чутливість квадратичного детектора; це (во; 37 потужність спектральних складових власних шумів радіометра; , , и, ,Taking into account these components, the narrow-band noise signal entering the input of the quadratic detector 7 will have the form: y (3) p: 2 2 2 2 02-28, 82 Where (r) (c) Sha (rn? Chez de 5" - the sensitivity of the quadratic detector; it is (in; 37 the power of the spectral components of the inherent noise of the radiometer; , , и, ,
Ше (су )7 потужність спектральних складових шумів антени і вхідних елементів НВУ - тракту.Ше (су )7 power of the spectral component noises of the antenna and the input elements of the NVU - tract.
У результаті квадратичного детектування на виході фільтру 8 нижніх частот формується відеоїмпульс з амплітудою тріпгате ) 4As a result of quadratic detection, a video pulse with an amplitude of tripgate is formed at the output of the 8 low-pass filter) 4
Ше - за Ві 802 -Ої Ов) Я « де К» - коефіцієнт передачі фільтра нижніх частот 8; їй ; ш ; Ге - потужності корисного сигналу, шумів радіометра і шумів антени в смузі прийому гетеродинного о радіометра. счShe - for Vi 802 -Oi Ov) I "where K" - the transmission coefficient of the low-pass filter is 8; her ; w ; He is the power of the useful signal, radiometer noise and antenna noise in the reception band of the heterodyne o radiometer. high school
У модуляційному радіометрі НВЧУ - ключ 2 керується напругою генератора 13 низької частоти, що обумовлює періодичне відкривання і закривання ключа. У напівперіод комутації ключа, коли ключ З закритий, сигнал антени - 1 відбивається від закритого ключа і на приймач радіометра не надходить. У той же час модульований сигнал, о що вводиться в прийомний тракт спрямованим відгалужувачем 3, відбивається від закритого ключа і надходить на НВЧ - змішувач 5. Після гетеродинного перетворення підсилювачем б проміжної частоти виділяється ікс, додатковий вузькосмуговий шумовий сигнал, аналогічний (2). На вхід квадратичного детектора 7 тепер буде впливати сигнал із сумарною дисперсією; йо (5)In the microwave modulation radiometer, the key 2 is controlled by the voltage of the low-frequency generator 13, which causes the periodic opening and closing of the key. In the half-cycle of the key switching, when the key C is closed, the antenna signal - 1 is reflected from the closed key and does not reach the radiometer receiver. At the same time, the modulated signal o, which is introduced into the receiving path by the directional splitter 3, is reflected from the closed key and enters the microwave - mixer 5. After heterodyne conversion by the intermediate frequency amplifier b, an additional narrowband noise signal similar to (2) is released. The input of the quadratic detector 7 will now be affected by a signal with a total variance; yo (5)
ЦЕ - Кк. 8585 І (сор ян ее (ех зе Чез в) . "» ! де 5 - ослаблення, внесене атенюатором 17 по потужності; ше (вх) потужність спектральних складових додаткового сигналу, що попадає в приймач радіометра.THIS is Kk. 8585 I (sor yan ee (ex ze Chez v) . "» ! where 5 is the attenuation introduced by the attenuator 17 in terms of power; she (in) the power of the spectral components of the additional signal entering the radiometer receiver.
Ге»! Відповідно до цього напівперіоду комутації амплітуда відеоїмпульсу на виході фільтра 8 нижніх частот (ее) 2 п цк - ак; 818502 зе 02) -Gee! According to this half-period of switching, the amplitude of the video pulse at the output of the filter is 8 low frequencies (ee) 2 p tsk - ak; 818502 ze 02) -
ГІ 20 При періодичній роботі НВЧ - ключа 2 вибірковим підсилювачем 9 низької частоти буде виділятися і підсилюватися напруга огинаючої відеоімпульсів (4) і (6). Якщо низька частота переключень НВЧ - ключа 2, то ме, низькочастотну напругу, посилену вибірковим підсилювачем 9, можна представити якGI 20 During the periodic operation of the microwave key 2, the low-frequency selective amplifier 9 will isolate and amplify the voltage of the envelope of video pulses (4) and (6). If the low switching frequency of the microwave is key 2, then me, the low-frequency voltage amplified by the selective amplifier 9 can be represented as
Це - Ов (7This is Ov (7
Ов - Ка - - - - со5|с314- В) А ЩІ зв вкла В сов(іпінв)нАЦі) де - Кз - коефіцієнт підсилення вибіркового підсилювача;Ов - Ка - - - - со5|с314- В) A ШХІ zv kla В sov(ipinv)nАЦi) where - Кз - gain coefficient of the selective amplifier;
Ф - фаза огинаючої відеоімпульсів; ли К)- напруга низькочастотних шумів, що попадають у смугу пропущення вибіркового підсилювача. 6о Підсилена напруга (7) випрямляється синхронним детектором 10, що керується безпосередньо напругою генератора 13 низької частоти, і згладжується фільтром 11 нижніх частот. При досить великий постійний часі фільтра нижніх частот шуми лий) шляхом усереднення придушуються, а постійна напруга що реєструється з урахуванням виразів (4) і (6)F - phase of the envelope of video pulses; li K) is the voltage of low-frequency noises entering the bandwidth of the selective amplifier. 6o The amplified voltage (7) is rectified by the synchronous detector 10, which is controlled directly by the voltage of the low-frequency generator 13, and is smoothed by the low-pass filter 11. If the time constant of the low-pass filter is sufficiently large, noises are suppressed by averaging, and the constant voltage recorded taking into account expressions (4) and (6)
Шу - Ко Как. 88502 0 опа А т 2КК: Ка Ка 8 53 У вах г де К. - коефіцієнт передачі фільтра 11 нижніх частот.Shu - Ko Kak. 88502 0 opa A t 2KK: Ka Ka 8 53 U vakh g de K. - transmission coefficient of the filter 11 lower frequencies.
Для повного виключення впливу шумів антени і фону радіовипромінювання на покази радіометру проводять операцію калібрування. НВЧ антену 1 направляють не на досліджуваний об'єкт, а на нейтральне фон, на якому можна вважати, що корисний сигнал відсутній (У, - 0), тоді зміною послаблення ж атенюатора 17 домагаються нульового показання реєстратора 12. Дорівнюючи вираз (8) нулю, одержуємо умову компенсації 2 (5) по 8ВЗ- - 0;In order to completely exclude the influence of antenna noise and the background of radio radiation on the readings of the radiometer, a calibration operation is carried out. The microwave antenna 1 is directed not at the object under investigation, but at a neutral background, on which it can be assumed that there is no useful signal (U, - 0), then by changing the attenuation of the attenuator 17, a zero reading of the recorder 12 is achieved. Equating the expression (8) to zero , we obtain the compensation condition 2 (5) by 8ВЗ- - 0;
При перебудові частоти гетеродина 14 умова (9) не порушується, тому що компенсуючий сигнал ;, формується безпосередньо із сигналу того ж гетеродина і шумів проміжної частоти (в - сопзі | - Для 75 стабілізації рівня шумів у смузі йшрвр напруга з виходу підсилювача б проміжної частоти стабілізуються підсилювачем 18 з автоматичним регулюванням підсилення. Для цього постійна складова напруги з виходу фільтра 8 нижніх частот порівнюється з опорною стабілізованою постійною напругою джерела 20. Різницева напруга, формована диференціальним підсилювачем 19, змінює коефіцієнт підсилення додаткового підсилювача 18 проміжної частоти. У результаті автоматичного регулювання коефіцієнта підсилення сигнал проміжної частоти на вході атенюатора 17 залишається практично постійним при змінах рівня потужності вихідного сигналу основного підсилювача 6 проміжної частоти.When adjusting the frequency of the local oscillator 14, condition (9) is not violated, because the compensating signal ; is formed directly from the signal of the same local oscillator and intermediate frequency noise (v - sopzi | - To stabilize the noise level in the yshrvr band, the voltage from the output of the intermediate frequency amplifier b are stabilized by the amplifier 18 with automatic gain control. For this purpose, the constant component of the voltage from the output of the low-pass filter 8 is compared with the reference stabilized constant voltage of the source 20. The differential voltage formed by the differential amplifier 19 changes the gain of the additional intermediate frequency amplifier 18. As a result of the automatic adjustment of the coefficient amplification of the intermediate frequency signal at the input of the attenuator 17 remains practically constant with changes in the power level of the output signal of the main intermediate frequency amplifier 6.
Після проведення калібрування радіометра антену 1 направляють на досліджуваний об'єкт і реєструють прийняте випромінювання незалежно від рівня власних шумів антени і самого радіометру. У результаті цього підвищується точність і чутливість вимірів слабких шумових сигналів у широкому частотному діапазоні, 29 включаючи вкрай високі частоти. «After the calibration of the radiometer, antenna 1 is directed to the object under study and the received radiation is recorded regardless of the level of inherent noise of the antenna and the radiometer itself. As a result, the accuracy and sensitivity of measurements of weak noise signals in a wide frequency range, 29 including extremely high frequencies, increases. "
Приклад.Example.
Розроблено модуляційний гетеродинний радіометр за запропонованою схемою для медико-біологічних досліджень. Радіометр включає рупорну антену і вхідний хвилеводний тракт на діапазон частот 53-78ГГцЦ (перетин хвилеводу 3,6бх1,8мм). НВЧ - змішувач і балансовий модулятор, виконаний за балансовою схемою на о двох діодах з бар'єром Шотткі, яка забезпечує глибоку розв'язку сигнального і модулюючих входів (не менш Ге 25ДБ) і придушення шумів гетеродина. Потужність гетеродина обрана в межах 12-25мВт.A modulation heterodyne radiometer was developed according to the proposed scheme for medical and biological research. The radiometer includes a horn antenna and an input waveguide path for the frequency range of 53-78GHz (waveguide section 3.6x1.8mm). UHF is a mixer and balance modulator, made according to a balance scheme on two diodes with a Schottky barrier, which provides deep decoupling of signal and modulating inputs (not less than 25 dB) and local oscillator noise suppression. The local oscillator power is selected within 12-25 mW.
Підсилювач проміжної частоти виконаний на частоту 200МГц зі смугою пропущення 5ОМГЦц і коефіцієнтом -- підсилення «80дБ. Квадратичний детектор зроблений на тунельному діоді типу ГИ4ОТА с використанням с зворотної ділянки вольтамперної характеристики і має чутливість по входу 5-1ОмкВт. У якості НВЧ-ключаThe intermediate frequency amplifier is designed for a frequency of 200MHz with a bandwidth of 5ΩMHz and a gain factor of 80dB. The quadratic detector is made on a tunnel diode of the HY4OTA type using the reverse section of the current-voltage characteristic and has an input sensitivity of 5-1ΩmW. As a microwave key
Зо використаний стандартний хвилеводний модулятор типу НЗ47, виконаний на варакторних діодах (р-і-п - діодах). оA standard NZ47 type waveguide modulator made of varactor diodes (p-i-p diodes) was used. at
Завдяки компенсації впливу власних шумів антени і вхідних хвилеводних елементів сигналом НВЧ - гетеродина, промодульованим шумовою напругою проміжної частоти, зареєстровано власне електромагнітне випромінювання людини. Інтенсивність електромагнітного випромінювання в діапазоні міліметрових хвиль з « біологічно активних зон (БАЗ) виявилася в межах 10 720-102 1Вт/(Гц'см?), а її конкретні значення З с то використовувалися для діагностики стану здоров'я.Thanks to the compensation of the effect of the inherent noise of the antenna and input waveguide elements with the microwave signal - local oscillator, modulated by the noise voltage of the intermediate frequency, the own electromagnetic radiation of a person is registered. The intensity of electromagnetic radiation in the range of millimeter waves from "biologically active zones (BAZ) was found to be within 10 720-102 1W/(Hz'cm?), and its specific values \u200b\u200bof C were used to diagnose the state of health.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2003109235A UA68120A (en) | 2003-10-13 | 2003-10-13 | Modulation heterodyne radiometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA2003109235A UA68120A (en) | 2003-10-13 | 2003-10-13 | Modulation heterodyne radiometer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA68120A true UA68120A (en) | 2004-07-15 |
Family
ID=34519025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA2003109235A UA68120A (en) | 2003-10-13 | 2003-10-13 | Modulation heterodyne radiometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA68120A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116318205A (en) * | 2023-05-22 | 2023-06-23 | 英诺微(成都)电子有限公司 | System for improving frequency spectrum width of pulse transmitter |
-
2003
- 2003-10-13 UA UA2003109235A patent/UA68120A/en unknown
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116318205A (en) * | 2023-05-22 | 2023-06-23 | 英诺微(成都)电子有限公司 | System for improving frequency spectrum width of pulse transmitter |
| CN116318205B (en) * | 2023-05-22 | 2023-07-28 | 英诺微(成都)电子有限公司 | System for improving frequency spectrum width of pulse transmitter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160245913A1 (en) | Apparatus and method for measuring precipitation in the atmosphere using k-band frequency-modulated continuous wave (fmcw) weather radar system | |
| RU2412450C2 (en) | Method of reducing lower boundary of low altitude measurement to zero and design of coherent impulse doppler radioaltimetre to this end | |
| Lin et al. | A digital leakage cancellation scheme for monostatic FMCW radar | |
| US3875399A (en) | Multi-frequency optimum heterodyne system | |
| UA68120A (en) | Modulation heterodyne radiometer | |
| RU2623718C1 (en) | Time transmission signals modem through the satellite communication duplex channel | |
| US20130106398A1 (en) | Gain measurement circuit, gain measurement method, and communication apparatus | |
| RU2687286C1 (en) | Continuous-wave radar transmitter with extended dynamic range | |
| Dengler et al. | A compact 600 GHz electronically tunable vector measurement system for submillimeter wave imaging | |
| Dausien et al. | Ultra Wide Band FMCW Transceiver Modules for Milimeter Wave Spectrum Analysis | |
| Kikkert | The design of a Ka band satellite beacon receiver | |
| RU2700654C1 (en) | Homodyne radar with multichannel transceiving path | |
| US20230024839A1 (en) | Transceiver droop calibration | |
| RU48132U1 (en) | TWO-POLARIZATION MODULATION RADIOMETER | |
| Dmitriev et al. | The unit cell of radiolight receiver | |
| UA14887U (en) | Method for measuring power of microwave electromagnetic radiation | |
| Rahman | Tunable Gaussian Pulse Generator for Ultra-WideBand RADAR Applications in 65nm CMOS | |
| Yanenko et al. | Perspectives of the Using mm-Range Radiometry in Telecommunication Systems of Information Transmission | |
| SU1763996A1 (en) | Phase noise meter | |
| Pearce | The application of digital receiver technology to HF radar | |
| Mytsenko et al. | Construction of microwave radiometers based on satellite low noise converters | |
| RU2513712C2 (en) | Detector for detecting objects with nonlinear elements | |
| Hughes et al. | A 5 Gc/s parametric reciever for radio astronomy | |
| Findlay et al. | An instrument for measuring deformations in large structures | |
| UA140585U (en) | RADIOMETER WITH NOISE HETERODINE |