Модуляційний радіометр

Модуляційний радіометр, який містить антену та послідовно з'єднані комутатор, підсилювач високої частоти, змішувач з гетеродином, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот та індикатор, комутаційний генератор низької частоти, з'єднаний з керуючим входом комутатора та синхронного детектора, а також генератор еталонного шуму, який відрізняється тим, що в нього введені подільник напруги, керований атенюатор, еквівалентне навантаження та суматор, перший вхід якого з'єднаний з виходом антени, другий - з виходом керованого атенюатора, вихід з'єднаний з першим входом комутатора, до другого входу якого приєднане еквівалентне навантаження, вихід фільтра нижніх частот через подільник напруги з'єднано з керуючим входом атенюатора, до входу якого приєднано генератор еталонного шуму. Винахід належить до радіовимірювань, а саме до модуляційних радіометрів, які використовують для виявлення та вимірювання малих рівнів немодульованих електромагнітних випромінювань, переважно біологічних об'єктів у діапазоні надвисоких та надзвичайновисоких частот (10... 100 ГТц). • Відомий модуляційний радіометр для вимірювання малих рівнів немодульованопо електромагнітного випромінювання (див. Есепкина Н А и др. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973, с. 365367), який має в своєму складі послідовно з'єднані антену, комутатор, комутаційний генератор низької частоти, підсилювач високої частоти, перетворювач з* гетеродином, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот та індикатор. Показання вихідного індикатора пропорційні потужності немодульованого електромагнітною випромінювання, яке приймається антеною від досліджуваного об'єкта. Для приймання слабкого інтенсивного електромагнітного випромінювання для біологічних об'єктів чутливість і точність схем прямого перетворення недостатня, і обмежується реальною смугою пропускання та коефіцієнтом шуму підсилювача високої' частоти. Для підвищення точності вихідний шумовий сигнал антени компенсують відомим за потужністю широкосмуговим сигналом від генератора еталонного шуму (див. "Измерения в злектронике".:Справочник (В А Кузнецов, В А Долгов, В.М. Коневских й др.: Под ред. ВАКузнецова.- М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 402-403). Однак введення компенсуючого шумового сигналу, при якому реалізується нульовий модуляційний метод, знижує чутливість радіометра, оскільки глибина модуляції власних шумів підсилювача зменшується за рахунок дії еталонних шумів у ті проміжки часу, коли комутатор відмикає антену від підсилювально-перетворювального тракту. Відомий також модуляційний радіометр за А.С. 1233060, СРСР МПК G 01 R 29/26,1984 (опубл. в Б.И., 1986, №19), який має у своєму складі антену та послідовно з'єднані комутатор, підсилювач високої частоти, перетворювач з гетеродином, підсилювач проміжної частоти, квадратичний детектор, підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот та індикатор, комутаційний генератор модулюючої частоти, з'єднаний з керуючими входами комутатора та синхронного детектора, а також генератор еталонного шуму. Крім того, він включає гьвхідний суматор, п-синхронних фільтрів, п-синхронних детекторів, п-подільниюв частоти, гьвхідний елемент АБО. У відомому модуляційному радіометрі рівень шумів теоретично знижується в п разів, оскільки використовується всьс.о один підсилювач високої частоти, що підвищує чутливість радіометра. Однак, значно підвищити чутливість не вдається, оскільки наявність паралельних перетворювала сч О ю CM CD N. CM = 0,5 Kg x (Us - U"8) sign sinQ t , e (7) де Kg - коефіцієнт підсилення ПНЧ; Q - колова частота модуляції. Змінна напруга U 9 випрямляється синхронним детектором 10, який керується тією ж напругою, що й комутатор 3. Вихідна напруга ФНЧ 11: Un = 0,5 K9K,0Kii(U'e - U"8) = ct(U2, + Ki 4 U 2 15 ), (8) де a = 0,5 (K4S5K7)2 SeKgKioKn - коефіцієнт прямого перетворення радіометра. Коефіцієнт передачі керуючого атенюатора 14 пропорційний вихідній напрузі ФНЧ 11. Якщо позначи 27625 ти через р коефіцієнт передачі подільника напруги 13 у колі зворотного перетворення, то: Кц»[Ші1 (9) Підставивши значення К14 із (9) у вираз (8), отримаємо: 2 иц^аОЛ+риии *) (10) Розв'язавши рівняння (10) відносно вихідно? напруж Un, остаточно отримаємо: 2 Uii-aUVO-apU *) (11) З урахуванням виразу (1) напруга, яка вимірюється індикатором 12, має вигляд: 2 Ui^aSTO-apU *) (12) Таким чином напруга, що вимірюється, пропорційна потужності прийнятого опромінювання або температурі сканованої дільниці біологічного об'єкта. За відсутності додаткового шумового сигналу від генератора 15 (Р=0) вихідна напруга радіометра: U*i2 = a S T (13) При підведенні додаткового шумового сигналу (Р>0) чутливість радіометра зростає в число раз: Ui?/ir,2= 1 / ( 1 - a p U 2 * ) (14) Якщо виконати знаменник виразу (14) рівним,' наприклад. 1 - apU2is = 0,1, то чутливість радіометра зросте в 10 разів в порівнянні з розімкненою схемою. Практично виграш в чутливості обмежується можливістю виникнення автоколивань у замкнутому колі вимірювального перетворення. Оскільки автоколивання виникають за виконання умови: i-apU^O, (15) то коефіцієнт передачі подільника напруга, який складається із резисторів R2 та Яз, повинен бути: 2 р « R3/(R2+R3) < 1/ a U « (16) Таким чином, шляхом додання до вимірюваного шумового сигналу пропорційної частини широкосмугового сигналу від еталонного генератора шуму поглиблюється амплітудна модуляція власного шуму перетворюваного сигналу на вході квадратичного детектора, що і обумовлює підвищення чутливості модуляційного радіометра. Теоретично чутливість радіометра у замкнутій структурі з позитивним зворотним зв'язком можна підвищити в десятки та сотні разів відносно розімкнутої системи, наближаючи ліву частину рівняння (15) до нуля. Практично чутливість модуляційного радіометра можна підвищити на два десятичних порядки та досягнути чутливості за потужністю 10"23...10~24 Вт/Гц, що відповідає флуктуаційному порогові чутливості за температурою біологічного об'єкта 10*5К. Подальше підвищення чутливості можливе за рахунок введення до схеми радіометра спеціальних коригуючих ланок та гнучких зворотних зв'язків, які забезпечують стійкість замкнутої структури. 27625 iS с/В кшнR2 и?. X Z 6 V л. 8 Тираж 50екэ. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3