Спосіб вимірювання слабких радіовипромінювань

Спосіб вимірювання слабких радіовипромінювань, який полягає в тому, що досліджуване радіовипромінювання приймають антеною, вихідний сигнал антени перетворюють радіометричним приймачем у постійну напругу, вимірюють її значення U-i, послабляють досліджуване радіовипромінювання пропусканням його через екран, вимірюють зменшену напругу ІІ2 на виході радіометричного приймача, додають до прийнятого антеною радіовипромінювання еталонний шум, вимірюють збільшену напругу ІІз на виході радіометричного приймача та визначають прийняте радіовипромінювання, який відрізняється тим, що використовують напівпрозорий екран з коефіцієнтом пропускання радіовипромінювання 0,60,4, додатково пропускають через антену на напівпрозорий екран еталонний шум, а прийняте радіовипромінювання и£ визначають за формулою: де: п | - дисперсія еталонного шуму, що вводиться в антену. со Корисна модель відноситься до радіовимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання інтенсивності радіовипромінювання об'єктів різної фізичної природи. Всі об'єкти живої і неживої природи випромінюють радіохвилі в широкому частотному діапазоні. Однак рівень радіовипромінювання дуже малий у порівнянні з оптичним випромінюванням. Навіть у діапазоні надвисоких частот (НВЧ) інтенсивність радіовипромінювання (10"14...10"15Вт/см2) часто менше інтенсивності власних шумів прийомної апаратури, що обумовлює великі похибки в оцінці інтенсивності прийнятого радіовипромінювання. Відомий спосіб вимірювання слабких радіовипромінювань [див. Скрипник Ю.О., Манойлов В.П., Яненко О.П. Модуляційні радіометричні пристрої та системи НВЧ діапазону. - Житомир: ЖІТІ, 2001, -С.194-198], що полягає в тому, що досліджуване радіовипромінювання приймають антеною, вихідний сигнал антени перетворюють радіометричним приймачем у постійну напругу, порівнюють вхідний сигнал приймача з еталонним шумом, встановлюють рівність порівнюваних сигналів за нульовим значенням постійної напруги на виході радіометричного приймача, вимірюють інтенсивність еталонного шуму, по якій і визначають інтенсивність прийнятого радіовипромінювання. Однак, при виконанні операції порівняння не вдається виключити з результату шуми антени і комутаційні завади комутатора антени і еквівалентного навантаження, що знижує точність вимірювання інтенсивності прийнятого радіовипромінювання. Значну похибку вносить операція встановлення рівності порівнюваних сигналів, яка потребує забезпечення дискретності відліку у ланцюзі еталонного шуму на рівні флюктуаційного порога чутливості радіометричного приймача. Відомий також спосіб вимірювання слабких радіовипромінювань [див. патент України №70229А, МПК G01S13/00, Бюл. №9, 2004р.], який полягає в тому, що досліджуване радіови LO СО CM 5Г ^ 9235 промінювання приймають антеною, вихідний сигнал антени перетворюють радіометричним приймачем у постійну напругу, вимірюють її значення Ui, послабляють досліджуване радіовипромінювання пропусканням його через екран, вимірюють зменшену напругу І)г на виході радіометричного приймача, додають до прийнятого антеною радіовипромінювання еталонний шум, вимірюють збільшену напругу ІІз на виході радіометричного приймача та визначають прийняте радіовипромінювання. Крім того відомий спосіб включає операцію усунення ослаблення прийнятого радіовипромінювання після другого виміру і додавання до прийнятого антеною радіовипромінювання еталонного шуму, що визначає результат третього виміру, а дисперсію прийнятого радіовипромінювання и | визначають по формулі: r jх2 _ U i - U 2 п і из-и^-р1 де Ui, II2 і ІІз - напруги на виході радіометричного приймача; Ц? - дисперсія еталонного шуму; р - калібрований коефіцієнт пропущення радіопрозорої пластини. Однак, результат операції послаблення досліджуваного радіовипромінювання пропусканням його через екран залежить від багатьох факторів (температура, вологість, чистота поверхні, ступінь забруднення й ін.). Внаслідок цього точність відомого способу вимірювання слабких радіовипромінювань невисока. В основу корисної моделі покладена задача створити такий спосіб вимірювання слабких радіовипромінювань, в якому шляхом введення нових операцій забезпечується виключення впливу мінливості коефіцієнта пропущення радіопрозорої пластини на результат виміру, що забезпечить високу точність вимірювання слабких радіовипромінювань. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання слабких радіовипромінювань, який полягає в тому, що досліджуване радіовипромінюванняприймають антеною, вихідний сигнал антени перетворюють радіометричним приймачем у постійну напругу, вимірюють її значення Ui, послабляють досліджуване радіовипромінювання пропусканням його через екран, вимірюють зменшену напругу ІІ2 на виході радіометричного приймача, додають до прийнятого антеною радіовипромінювання еталонний шум, вимірюють збільшену напругу І)з на виході радіометричного приймача, та визначають прийняте радіовипромінювання, згідно з корисною моделлю, екран використовують напівпрозорим з коефіцієнтом пропущення радіовипромінювання рівним 0,6...0,4 та додатково пропускають через антену на напівпрозорий екран еталонний шум, а прийняте радіовипромінювання Ux визначають за формулою: де и | - дисперсія еталонного шуму, що вводиться в антену. Введення операцій по ослабленню прийнятого випромінювання напівпрозорим екраном з коефіцієнтом пропущення 0,6...0,4 (коефіцієнт відбиття екрану при цьому складає 0,4...0,6), спрямування еталонного шуму безпосередньо в антену і випромінювання його через напівпрозорий екран, прийому антеною разом з ослабленим досліджуваним радіовипромінюванням відбитого від напівпрозорого екрана еталонного шуму дозволяє по трьох значеннях вихідної напруги радіометричного приймача, що відповідають зазначеним операціям, обчислити дисперсію досліджуваного радіовипромінювання з урахуванням дисперсії еталонного шуму. При цьому мінливість коефіцієнта пропущення і коефіцієнта відбиття напівпрозорого екрана не впливають на результат виміру, що забезпечує високу точність вимірювання слабких радіовипромінювань. Сутність корисної моделі пояснює рисунок, на якому зображена функціональна схема пристрою для реалізації запропонованого способу вимірювання слабких радіовипромінювань. Пристрій містить антену 1, до виходу якої через триплечий циркулятор 2 підключений радіометричний приймач 3, вихід якого через аналогоцифровий перетворювач (АЦП) 4 з'єднаний із входом мікроЕОМ 5. До першого виходу мікроЕОМ 5 підключений цифровий індикатор 6, до другого виходу підключений цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) 7, виходом підключений до виконавчого механізму 8, зв'язаного з переміщуваним напівпрозорим екраном 9. Генератор 10 еталонного шуму з'єднаний із входом змінного атенюатора 11, керуючий вхід якого з'єднаний з виходом ЦАП 12, вхід якого підключений до третього виходу мікроЕОМ 5. Вихід змінного атенюатора 11 з'єднаний із другим входом циркулятора 2. Пристрій працює по програмі, записаної в пам'яті мікроЕОМ 5. Програма забезпечує виконання основного і двох додаткових вимірів відповідно до запропонованого способу й обчислювальну обробку результатів усіх вимірів. Спосіб виміру слабких радіовипромінювань здійснюється в такий послідовності. Радіовипромінювання від досліджуваного об'єкта приймається антеною 1. У більшості випадків прийнятий сигнал має шумоподібний характер, малу потужність і нерозрізнений на фоні власних шумів антени. З огляду на те, що прийнятий сигнал і власні шуми антени між собою некорельовані, дисперсію вихідного сумарного сигналу можна представити у вигляді суми дисперсій: 112 _772 , 112 ДЄ 772 (1) - дисперсія вихідного сигналу антени; - дисперсія прийнятого радіовипромінювання; Цд, - дисперсія власних шумів антени. Сигнал від антени 1 проходить через плечі АВ циркулятора 2 і надходить на вхід радіометри 9235 чного приймача 3, що має лінійну функцію перетворення щодо потужності (дисперсії) вхідного сигналу. У процесі експлуатації радіометричного приймача через нестабільність його параметрів і мінливість рівня власних шумів перетворювальних ланок функція перетворення (статична характеристика) змінює свій нахил і зміщується щодо нульового значення. Так, наприклад, зменшення коефіцієнта підсилення приймача приводить до зменшення крутості статичної характеристики, тобто зниженню його чутливості, а зростання власних шумів викликає зсув нуля. Тому вихідну напругу приймача Ui з урахуванням його погрішностей можна ТЕЛЯДІГ2 \ , AM (2) де S - номінальна крутість характеристики радіометричного приймача; y = AS/S - відносна похибка чутливості (мультиплікативна похибка); Ц^2 - дисперсія власних шумів радіометричного приймача; ди - абсолютна похибка радіометричного приймача від зсуву нуля (адитивна похибка). Вихідна напруга радіометричного приймача З перетворюється в код за допомогою аналогоцифрового перетворювача 4 і вводиться в пам'ять мікроЕОМ 5. На цьому перший цикл вимірювання закінчується. В другому циклі вхід антени 1 закривається напівпрозорим екраном 9, що переміщується з положення І у положення II виконавчим механізмом 8. Команда на переміщення екрана 9 видається мікроЕОМ 5 за допомогою цифроаналогового перетворювача 7. Напівпрозорий екран 9 має коефіцієнт пропущення, приблизно рівний його коефіцієнту відбиття. У результаті введеного екраном ослаблення прийнятого радіовипромінювання вихідна напруга радіометричного приймача зменшується до значення де р - коефіцієнт пропущення екрана по потужності. Зменшене значення напруги ІІ2 перетворюється в код аналого-цифровим перетворювачем 4 і вводиться в пам'ять мікрОДЕфкйгбому циклі по команді мікроЕОМ 5 на змінний атенюатор 11 через ЦАП 12 надходить сигнал, що відкриває змінний атенюатор 11. У результаті цього на вхід С циркулятора 2 надходить шумовий сигнал від генератора 10 еталонного шуму, що через плече С-А надходить на вхід антени 1. Сигнал еталонного шуму випромінюється антеною 1 через напівпрозорий екран 9. Частково відбитий від екрана сигнал знову при ймається антеною 1 і через плече А-В циркулятора надходить на вхід радіометричного приймача 3. У результаті підсумовування відбитого шумового сигналу з ослабленим прийнятим радіовипромінюванням на виході радіометричного приймача 3 одержуємо зрослу напругу ! 2 ІІз =S(1 + y)(pU x +rUj + l| j1 + Ц ^ + ДІІ (4) де г - коефіцієнт відбиття по потужності (по 2 термінології, прийнятій в техніці НВЧ г = |г| , Г - коефіцієнт відбиття). Напруга Ыз перетворюється аналогоцифровим перетворювачем у код, що вводиться в пам'ять мікроЕОМ 5. За результатами вимірів у першому і другому циклах у мікроЕОМ 5 обчислюється перша різниця U 1 -U 2 =S(1 + y)(1-p)U2 (5) За результатами третього і другого циклів виміру обчислюється друга різниця: З огляду на те, що для напівпрозорого екрана 9 справедливе співвідношення р+г =1 (7) Одержимо г = 1-р (8) Далі обчислюється відношення першої (5) і другої (6) різниць з урахуванням спів відношення (8) м и -і ТІ 2 її2 Ui-U 2 1-р и х _ и Х /ач II І І L>3 — U 2 ~ г Г 772 |Jg ~ 77? Ug \ І З виразу (9) одержують остаточний результат виміру: "х=ї^пІ (Ю) З формули (10) видно, що результат обчислень не залежні не тільки від мультиплікативної й адитивної складових похибки (у і ди) радіометричного приймача, але і від мінливості радіофізичних параметрів напівпрозорого екрана (коефіцієнта пропущення р і коефіцієнта відбиття г). Це дозволяє забезпечити високу точність виміру слабких радіовипромінювань при знижених вимогах до стабільності геометричних розмірів і електрофізичних властивостей матеріалу екрана. Дослідження показали, що відносна похибка визначення дисперсії досліджуваного радіовипромінювання не перевищує 0,5% при зміні на 10... 15% і коефіцієнта пропущення екрана з радіокераміки під впливом температури й інших факторів. 9235 3 ILL 4 РПР CPU 000, 12 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601