Модуляційний радіометр

Реферат: Модуляційний радіометр, що містить приймальну антену, до якої через Т-подібне розгалуження підключений ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом гетеродинного приймача, синхронний детектор, вихід якого з'єднаний з фільтром нижніх частот, реєстратор, генератор низької частоти, з'єднаний з керуючими входами ключа-модулятора і синхронного детектора. Містить генератор опорного сигналу, вихід якого підключений до ключа-модулятора, вихід гетеродинного приймача з'єднаний з декорелюючим фільтром, вихід якого послідовно з'єднаний з синхронним детектором, також вихід декорелюючого фільтра послідовно підключений до другого синхронного детектора та другого фільтра нижніх частот, вихід фільтра нижніх частот та вихід другого фільтра нижніх частот під'єднані відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача, вихід помножувача послідовно з'єднаний з підсилювачем та реєстратором, один з виходів генератора низької частоти з'єднаний з керуючим входом другого синхронного детектора. UA 79542 U (54) МОДУЛЯЦІЙНИЙ РАДІОМЕТР UA 79542 U UA 79542 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і призначена для вимірювання власного радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної природи в системах пасивної радіолокації, дистанційного зондування Землі, радіоастрономії, радіофізиці та медицині. Відома схема модуляційного радіометра (Есепкина, Н.А. Радиотелескопы и радиометры [Текст] / Н.А. Есепкина, Д.В. Корольков, Ю.Н. Парийский. - М.: Наука, 1973. - С. 365-367), що містить еквівалент антени, генератор опорної напруги, послідовно з'єднані антену, комутатор, лінійний тракт, який може бути виконаний по будь-якій із класичних схем приймальних пристроїв прямого підсилення чи супергетеродинного типу, вибірковий підсилювач низької частоти, синхронний детектор, фільтр нижніх частот та індикатор. Недоліком відомого пристрою є чутливість до флуктуацій частотної характеристики вхідного тракту, низька точність та флуктуаційна чутливість. Найбільш близька по технічній суті і результату, що досягається, є схема модуляційного радіометра (Патент України № 43418, МПК G 01 R 29/08/№ 200903989; Заявл. 22.04.2009; Опубл. 10.08.2009, Бюл. № 15), що містить приймальну антену, до якої через Т-подібне розгалуження підключений ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом гетеродинного приймача, до виходу гетеродинного приймача підключені послідовно з'єднані вибірковий підсилювач частоти модуляції, синхронний детектор, фільтр нижніх частот і реєстратор, генератор низької частоти з'єднаний з керуючими входами ключа-модулятора і синхронного детектора. Недоліком відомої системи є чутливість до флуктуацій частотної характеристики вхідного тракту, низька точність та флуктуаційна чутливість. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення модуляційного радіометра шляхом введення нового складу елементів та нової організації взаємозв'язків між ними, забезпечити підвищення точності, флуктуаційної чутливості та зменшення чутливості до нестабільності частотної характеристики вхідного тракту. Поставлена задача вирішується тим, що в модуляційний радіометр, що містить приймальну антену, до якої через Т-подібне розгалуження підключений ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом гетеродинного приймача, синхронний детектор, вихід якого з'єднаний з фільтром нижніх частот, реєстратор, генератор низької частоти, з'єднаний з керуючими входами ключамодулятора і синхронного детектора, згідно з корисною моделлю, введено генератор опорного сигналу, вихід якого підключений до ключа-модулятора, вихід гетеродинного приймача з'єднаний з декорелюючим фільтром, вихід якого послідовно з'єднаний з синхронним детектором, також вихід декорелюючого фільтра послідовно підключений до другого синхронного детектора та другого фільтра нижніх частот, вихід фільтра нижніх частот та вихід другого фільтра нижніх частот під'єднані відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача, вихід помножувача послідовно з'єднаний з підсилювачем та реєстратором, один з виходів генератора низької частоти з'єднаний з керуючим входом другого синхронного детектора. Заявлена система має новий склад елементів та нову організацію взаємозв'язків між ними, тобто містить нову сукупність ознак, які забезпечують нові технічні властивості системи. Технічний результат, як наслідок цих властивостей, - зменшена чутливості до флуктуацій частотної характеристики вхідного тракту, підвищена точність та флуктуаційна чутливість, за рахунок використання нового складу елементів та нової організації взаємозв'язків між ними, які отримані при вирішення оптимізаційної задачі синтезу модуляційного радіометра. На кресленні представлена функціональна схема модуляційного радіометра. Модуляційний радіометр містить приймальну антену 1, до якої через Т-подібне розгалуження 2 підключений ключ-модулятор 3 і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження 4, вихід ключа-модулятора 3 через Т-подібне розгалуження 5 з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням 6 і входом гетеродинного приймача 7. До виходу гетеродинного приймача 7 послідовно підключені декорелюючий фільтр 8, синхронний детектор 9, фільтр нижніх частот 10. Також до виходу декорелюючого фільтра 8 послідовно підключені другий синхронний детектор 11 та другий фільтр нижніх частот 12. Виходи фільтра нижніх частот 10 та другого фільтра нижніх частот 12 під'єднанні відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача 13, вихід помножувача послідовно з'єднаний з підсилювачем 14 та реєстратором 15, генератор низької частоти 16 з'єднаний з керуючими входами ключа-модулятора 3, синхронного детектора 9 та другого синхронного детектора 11, генератор опорного сигналу 17 підключений до ключа-модулятора 3. 1 UA 79542 U 5 10 Працює система у такий спосіб. Модуляційний радіометр призначений для вимірювання власного радіотеплового випромінювання об'єктів різної фізичної природи. Спочатку на вхід приймальної антени 1 потрапляє власне радіотеплове випромінювання об'єкта дослідження, на виході приймальної антени 1 реєструємо корисний високочастотний сигнал st,  з параметром  , який необхідно оцінити. Сигнал з виходу приймальної антени 1 через Т-подібне розгалуження 2 надходить на вхід ключа-модулятора 3. Ключ-модулятор 3 під дією напруги генератора низької частоти 16 періодично через Т-подібне розгалуження 5 підключає до входу гетеродинного приймача 7 високочастотний сигнал st,  з приймальної антени 1 та високочастотний сигнал sопорн. t  з виходу генератора опорного сигналу 17. Генератора низької частоти 16 періодично генерує коливання mt  у вигляді меандру. Гетеродинний приймач 7 має частотну характеристику  K j2f, t  , яка флуктуює у часі. В гетеродинному приймачі 7 високочастотні сигнали st,  та sопорн. t  перетворюються на сигнали проміжної частоти, змішуються з власними шумами 15 20  приймача та обмежуються по частоті частотною характеристикою K j2f, t  . Низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження 4 і високоомне регульоване крайове поглинаюче навантаження 6 включені паралельно, і їх еквівалентний опір визначається низькоомним узгодженим крайовим поглинаючим навантаженням 4. Ці навантаження частково поглинають шуми вхідного тракту радіометра. Сигнали з виходу гетеродинного приймача 7 декорелюються у декорелюючому фільтрі 8. Декорелюючий фільтр 8 має квадрат частотної характеристики 2  K j2f  ,   Ns   2 N  Nопорн 2  1  mt 2  N0  Kj2f  1  t 2  0 p  m t     2 2  2   4    де Kj2f  - частотна характеристика гетеродинного приймача 7 без флуктуацій; 2 25 30 35 40 t  - функція, яка характеризує флуктуації частотної характеристики гетеродинного приймача 7 у часі; Ns  - спектральна щільність потужності корисного сигналу st,  ; N0 - спектральна щільність потужності власних шумів гетеродинного приймача 7; Nопорн - спектральна щільність потужності опорного сигналу sопорн. t  ; mt  - модулююча функція у вигляді меандру; N0 p - спектральна щільність потужності регуляризуючої добавки. Ступінь декореляції залежить від вибору спектральної щільності потужності регуляризуючої добавки N0 p . На один вхід синхронного детектора 9 подається сигнал з декорелюючого фільтра 8, а на інший вхід сигнал від генератора низької частоти 16. Вихід синхронного детектора 9 усереднюється у фільтрі нижніх частот 10. На виході фільтра нижніх частот 10 маємо інтенсивність на періоді, коли ключ-модулятор 3 підключає до входу корисний сигнал st,  . На один вхід другого синхронного детектора 11 подається сигнал з декорелюючого фільтра 8, а на інший вхід сигнал від генератора низької частоти 16. Вихід другого синхронного детектора 11 усереднюється у другому фільтрі нижніх частот 12. На виході другого фільтра нижніх частот 12 маємо інтенсивність на періоді, коли ключ-модулятор 3 підключає до входу опорний сигнал sопорн. t  . Інтенсивність з виходу фільтра нижніх частот 10 та інвертована інтенсивність з другого фільтра нижніх частот 12 помножуються у помножувачі 13. Результат множення підсилюється у підсилювачі 14, що характеризується коефіцієнтом підсилення Nопорн  N0 , значення якого залежить від потужності опорного сигналу Nопорн та потужності власних шумів гетеродинного 45 приймача 7 N0 . Значення Nопорн та N0 визначаються на етапі калібрування апаратури. На виході модуляційного радіометра у реєстраторі 15 реєструється приріст потужності корисного сигналу st,  . 2 UA 79542 U Таким чином, заявлена система має зменшену чутливості до флуктуацій частотної характеристики вхідного тракту, підвищену точність та флуктуаційну чутливість, за рахунок використання нового складу елементів та нової організації взаємозв'язків між ними, які отримані при вирішення оптимізаційної задачі синтезу модуляційного радіометра. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 Модуляційний радіометр, що містить приймальну антену, до якої через Т-подібне розгалуження підключений ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом гетеродинного приймача, синхронний детектор, вихід якого з'єднаний з фільтром нижніх частот, реєстратор, генератор низької частоти, з'єднаний з керуючими входами ключа-модулятора і синхронного детектора, який відрізняється тим, що містить генератор опорного сигналу, вихід якого підключений до ключамодулятора, вихід гетеродинного приймача з'єднаний з декорелюючим фільтром, вихід якого послідовно з'єднаний з синхронним детектором, також вихід декорелюючого фільтра послідовно підключений до другого синхронного детектора та другого фільтра нижніх частот, вихід фільтра нижніх частот та вихід другого фільтра нижніх частот під'єднані відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача, вихід помножувача послідовно з'єднаний з підсилювачем та реєстратором, один з виходів генератора низької частоти з'єднаний з керуючим входом другого синхронного детектора. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3