SU1626210A1

SU1626210A1 - Модул ционный радиометр

Info

Publication number: SU1626210A1
Application number: SU864008123A
Authority: SU
Inventors: Владимир Степанович Гаевский; Светослав Владивоевич Маречек; Юрий Васильевич Мешков; Юрий Николаевич Муськин; Виталий Михайлович Поляков
Original assignee: Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср; Предприятие П/Я Р-6028
Priority date: 1986-07-03
Filing date: 1986-07-03
Publication date: 1991-02-07

Description

1

(21)4008123/09 (22)03.07.86 (46)07.02 91. Бюл. (72) В С.Гэевский, С.В Маречек Ю В Мешков . Ю.Н Муськин и В.М Пол ков (53)621.317(0888)

(56)Есепкина Н.А и др. Радиотелескопы и радиометры М.: Наука, 1973

Авторское свидетельство СССР № 1105832, кл G 01 R 29/08,1984

(54) МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР

(57)Изобретение относитс к технике СВЧ. Цель изобретени - повышение точности измерений. Модул ционный радиометр содержит антенну 1, модул тор 2, направленный ответвитель 3, приемно-усилительный блок 4, синхронные детекторы 5, 13 и 14, сумматор 6, делители 7 и 16 напр жений,

блоки 8 и 17 регистрации (БР), задающие г-ры 9 и 11, г-р 10 шума, коммутатор 12 и блок 15 вычитани . В радиометре прием мощности теплового излучени исследуемого обьекта 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 17-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.

(Л

С

о

Ю

о

Ю

о

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

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

Приемно-усилительный блок в простейшем случае содержит последовательно сое- диненные усилитель высокой частоты, квадратичный детектор и фильтр 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 флуктуации коэффициента отражени , а также дл учета 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

Т(1-Р)-ТЯ.(1)

принимаетс антенной 1 и поступает на вход модул тора 2.

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

Dpi и UF2 формы меандра частотой FI и F2 соответственно, фазы которых синхронизированы , а частоты св заны соотношением

F2 -2nFi.(2)

где п - целое число 1, 2, 3

0На фиг.2 показан пример диаграмм выходных напр жений первого 9 и второго 11 задающих генераторов, выходного напр жени приемно-усилительного блока 4 и изменени мощности генератора

5 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 пооче0 редные подключение и отключение выхода антенны 1 к входу направленного ответви- тел 3. Управл ющее напр жение типа меандра с частотой F2 осуществл ет модул цию мощности генератора 10 шума

5 поочередно до температуры ТШ1 и ТШ2. Поскольку фазы колебаний управл ющих напр жений синхронизированы, а частоты св заны соотношением (2), имеют место четыре повтор ющихс интервала времени,

0 обусловленные различными состо ни ми модул тора 2 и генератора 10 шума (фиг.2). Мгновенные значени напр жени Ui, Ua, Уз, 1М, возникающие на выходе приемно-усилительного блока 4 дл каждого

5 интервала времени, определ ютс следующим образом.

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

0 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 при5 емно-усилительного блока 4

и1 КТШ1 + С, (3)

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

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

Вход направленного ответвител 3 отключен от выхода антенны 1.

5От генератора 10 шума поступает на

выход модул тора 2 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 1, согласно (1) поступает через модул тор 2 и направленный ответвитель 3 на выход приемно-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 - объект с коэффициентом отражени R, проходит через открытый модул тор 2, 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

Кз КТ(1 -R)+ KTuii R С. (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

U КТ (1 - R) + КТш2 R + С.(6)

Выходное напр жение приемно-усилительного блока 4, представл ющее собой периодически повтор ющуюс последовательность напр жений lh, U2, Ua. CM, поступает на входы первого синхронного детектора 5 и коммутатора 12. На о юрный вход первого синхронного детектора 5 подаетс напр жение типа меандра с частотой FI, При этом на его выходе после интегрировани (сглаживани ) с заданной посто нной времени т 1/Fi получают посто нное напр жение

Uci Кз + lU- Ui - U2

-2кто - )-к(Гш1 + тШ2Х1 -R). (7)

Коммутатор 12, на управл ющий вход которого поступает напр жение типа меандра с частотой FI, поочередно подключает входы второго 13 и третьего 14 синхронных детекторов соответственно к выходу приемно-усилительного блока 4. При этом на

выходах этих детекторов после интегрировани (сглаживание) с заданной посто нной времени соответственно получают посто нные напр жени 5Uc2 U4 - U3 К (Тш2 - Tu,i)R(8)

и /

UC3 U2 - Ui К - ТШ1).(9)

которые подаютс в блок 15 вычитани .

Выходное напр жение блока 15 вычита- 10 ни ,

UC2 UC3 - Uc2 К (Tu,2 - ТыХ1 - R) (Ю) поступает на вход первого делител 7 напр жений и сумматор 6 дл компенсации посто нной составл ющей напр жени 5 UCL обусловленной наличием в (7) члена Кч (ТШ1 + ТШ2Х1 R)- Причем коэффициенты передачи входов сумматора 6 выбираютс так, чтобы выполн лось равенство

а() о (ТШ2-ТшО,(11)

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

Таким образом, на вход делимого первого делител напр жений 7 в качестве де- 5 лимого поступает напр жение

UT 2KaT(1 - R),(12)

а после проведени операции делени в нем на вход первого блока 8 регистрации поступает посто нное напр жение 0 ут2 КаТ(1 -R), .

Т Кс2 гЦТшУ-ТиГМТ ТГ) ( которое пропорционально радиационной температуре объекта, не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффици- 5 ента отражени на границе раздела антенна - объект.

Посто нные коэффициенты а и b определ ютс в процессе калибровки прибора. Дл измерени коэффициента отрэже- 0 ни на границе раздела антенна - объект на выходе второго делител 16 по вл етс напр жение

Uc2 К(Тц,г -ТщрР. .

LJ К - i| - 7f-rт - v

исз К (ТШ2 - ТШ1)v

5 которое подаетс на вход второго блока 17 регистрации. Это напр жение пропорционально коэффициенту отражени на границе раздела антенна - объект и не зависит от коэффициента передачи радиометра и точ0

ности поддержани температур генератора

10 шума.

Claims

Формула изобретени Модул ционный радиометр, содержащий последовательно соединенные антен- ну, 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 ответвител , выход второго синхронного детектора соединен с входом вычитаемого блока вычитани , отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений , введены коммутатор, сумматор, третий синхронный детектор и первый и второй делители напр жений, выход второго задающего генератора соединен с входом синхронизации первого задающего генератора и с опорным входом третьего синхронного детектора, выход которого соединен с вхои „

Ufi Тьл

и

к.

и,

U:

дом уменьшаемого блока вычитани и с входом делител второго делител напр жений , сигнальный вход коммутатора соединен с выходом приемно-усилительного блока, вход управлени - с выходом первого задающего генератора, первый и второй выходы - с сигнальными входами второго и третьего синхронных детекторов соответственно, выход второго синхронного детектора соединен с входом делител второго делител напр жений, выход которого соединен с входом второго блока регистрации, первый вход сумматора соединен с выходом первого синхронного детектора , второй вход - с выходом блока вычитани , а выход - с входом делимого первого делител напр жени , вход делител которого соединен с выходом блока вычитани , а выход - с входом первого

блока регистрации.

Г

/л

а,