Кореляційний вимірювач інтенсивності електромагнітного випромінювання

УКРАЇНА (19) UA (11) 39444 (51) МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ Д ЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛ ЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (13) A 7 G01R29/08 видається під відповідальність власника патенту (13) 39444 антеною, на фоні більш інтенсивних власних шумів, являє собою складну технічн у задачу. Одним із рішень цієї задачі є використання кореляційного прийому (див. Харкевич А.А. Борьба с помехами. - М.: Наука, 1965, с. 86-88), при якому вхідний сигнал перемножується з опорним сигналом, що має аналогічний спектр, а результат перетворення інтегрується. Проте, для кількісної оцінки інтенсивності прийнятого сигналу використовуються спеціальні вимірювальні схеми. Відомий кореляційний вимірювач інтенсивності електромагнітного випромінювання (див. Batchelor R.A., Brooks I.W., Cooper B.F., IEEE Trans, AP-16, №2, March 1968, p. 73-75), що складається з приймальної антени, еквівалента антени, двох гібридних з'єднань, двох підсилювачів високої частоти, двох квадратичних детекторів, двох фільтрів нижніх частот і навантаження, що включене між виходами фільтрів. При цьому підсилювачі й інші елементи кореляційного вимірювача (11) Винахід відноситься до області радіотехніки і може бути використаний для виміру інтенсивності електромагнітного випромінювання від фізичних і біологічних об'єктів у діапазоні високих і надвисоких частот (НВЧ). Від будь-якого фізичного або біологічного об'єкта, нагрітого або охолодженого до деякої температури щодо навколишнього середовища, випромінюється широкий спектр електромагнітного випромінювання (ЕМВ). За своїм характером НВЧ випромінювання є шумовим, що має суцільний спектр, і принципово не відрізняється від власних шумів НВЧ підсилювачів та інших елементів хвилеводного тракту. За інтенсивністю прийняті від об'єктів НВЧ сигнали малі (10-16 ...10-18 Вт/Гц*см) і значно менше рівня власних шумів, тобто відношення сигнал/шум на вході вимірювача інтенсивності значно менше одиниці. Тому виділення корисного шумового сигналу, прийнятого UA з'єднаний із виходом перемножувача сигналів, входи хвилеводного комутатора сполучені з парафазними виходами другого підсилювача високої частоти, ви хід хвилеводного комутатора з'єднаний із другим входом перемножувача сигналів, а керуючі входи хвилеводного комутатора і синхронного детектора під'єднані до виходу генератора низької частоти. 2. Кореляційний вимірювач за п. 1, який відрізняється тим, що в нього додатково введений генератор шуму, атенюатор, хвилеводний трійник, хвилеводний перемикач і три спрямованих відгалужувача, перший із яких включений між виходом першого підсилювача високої частоти і першим входом перемножувача сигналів, другий і третій включені між парафазними виходами другого підсилювача високої частоти і входами хвилеводного комутатора, при цьому вхід першого спрямованого відгалужувача з'єднаний з одним виходом хвилеводного трійника, другий вихід якого з'єднаний із входом хвилеводного перемикача, виходи якого з'єднані з входами другого і третього спрямованих відгалужувачів, а вхід хвилеводного трійника через атенюатор під'єднаний до виходу генератора шуму. (19) (21) 2000084740 (22) 08.08.2000 (24) 15.06.2001 (33) UA (46) 15.06.2001, Бюл. № 5, 2001 р. (72) Скрипник Юрій Олексійович, Шевченко Константин Леонідович, Санніков Володимир Юрійович, Лісовський Олександр Анатолійович (73) Київський державний університет технологій та дизайну (57) 1. Кореляційний вимірювач інтенсивності електромагнітного випромінювання, що містить антену, еквівалент антени і подвійний хвилеводний трійник, входи якого сполучені з виходом антени й еквівалентом антени, два підсилювачі високої частоти, що підключені до виходів подвійного хвилеводного трійника, перемножувач сигналів, один із входів якого з'єднаний із виходом першого підсилювача високої частоти, фільтр нижніх частот і реєстратор, вхід якого з'єднаний із виходом фільтра нижніх частот, який відрізняється тим, що в нього введені генератор низької частоти, хвилеводний комутатор, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач низької частоти і синхронний детектор, вихід якого з'єднаний із входом фільтра нижніх частот, вхід вибіркового підсилювача низьких частот A (54) КОРЕЛЯЦ ІЙНИЙ ВИМІРЮВАЧ ІНТЕНСИВНОСТІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ 39444 включені так. що постійні складові струмів, обумовлених власними шумами, на вихідному навантаженні віднімаються, а корисних сигналів від антени - складаються. Для розподілу постійних складових шумів і сигналу використовується та обставина, що власні шуми підсилювачів і детекторів некогерентні, а сигнал від антени, що подається на обидва канали, цілком когерентний. Проте, подавлення шумів можливо тільки при повній ідентичності характеристик двох каналів, кожний із яких складається з високочастотного підсилювача, квадратичного детектора і фільтра. На практиці через невідомі різниці в параметрах перетворювальних ланок має місце перешкода, яка не подавлена, що викликає велику похибку виміру інтенсивності прийнятого сигналу. Відомий також кореляційний вимірювач інтенсивності електромагнітного випромінювання (див. Есепкин Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. - М.: Наука, 1973, с. 259-260), що містить антену, еквівалент антени і подвійний хвилеводний трійник, входи якого з'єднані з виходом антени й еквівалентом антени, два підсилювачі високої частоти, що підключені до виходів подвійного хвилеводного трійника, перемножувач сигналів, один із входів якого з'єднаний із виходом першого підсилювача високої частоти, фільтр нижніх частот і реєстратор, вхід якого з'єднаний із виходом фільтра нижніх частот. У відомому кореляційному вимірювачі виходи підсилювачів високої частоти під'єднані безпосередньо до входів перемножувача сигналів, а його вихід з'єднаний із фільтром нижніх частот. Перемножувач сигналів (корелятор) вимірює, по суті, ступінь когерентності сигналів на виходах підсилювальних каналів. У якості перемножувача сигналів високих і надвисоких частот використовують балансний змішувач. У реальному балансному змішувачі присутня у вихідному сигналі незбалансована постійна складова. Тому виділення постійної складової фільтром нижніх частот від корельованої частини шумових сигналів, що також дають постійну складову, ускладнено і потребує ретельного балансування перемножувача. Практичний поріг чутливості кореляційного вимірювача обмежений саме мінливістю (дрейфом нуля) ви хідного сигналу перемножувача. Крім того, наявність дрейфу нуля в перемножувачі обумовлює і велику адитивну складової похибки виміру інтенсивності прийнятого сигналу. Крім того, спектральна щільність низькочастотного шуму на виході перемножувача максимальна поблизу нульової частоти, і це утворює додаткові труднощі для виділення корисної постійної складової. Зокрема, потрібна велика постійна часу фільтра нижніх частот, що збільшує час виміру і знижує швидкодію. Задачею винаходу є створення такого кореляційного вимірювача інтенсивності електромагнітного випромінювання, у якому введення нових елементів і зв'язків дозволило б забезпечити підвищення точності і швидкодії вимірів інтенсивності електромагнітних випромінювань. Поставлена задача вирішується тим, що в кореляційний вимірювач інтенсивності електромагнітного випромінювання, що містить антену, еквівалент антени і подвійний хвилеводний трійник, входи якого з'єднані з виходом антени й еквівалентом антени, два підсилювачі високої частоти, що підключені до виходів подвійного хвилеводного трійника, перемножувач сигналів, один із входів якого з'єднаний із виходом першого підсилювача високої частоти, фільтр нижніх частот і реєстратор, вхід якого з'єднаний із виходом фільтра нижніх частот, відповідно до винаходу уведено генератор низької частоти, хвилеводний комутатор, послідовно з'єднані вибірковий підсилювач низької частоти і синхронний детектор, вихід якого з'єднаний із входом фільтра нижніх частот, вхід вибіркового підсилювача низьких частот з'єднаний із виходом перемножувача сигналів, входи хвилеводного комутатора підключені до парафазних виходів другого підсилювача високої частоти, ви хід хвилеводного комутатора з'єднаний із другим входом перемножувача сигналу, а керуючі входи хвилеводного комутатора і синхронного детектора підключені до виходу генератора низької частоти. Крім того, доцільно додатково введений генератор шуму, атенюатор, хвилеводний трійник, хвилеводний перемикач і три спрямованих відгалужувача, перший із яких включений між виходом першого підсилювача і першим входом перемножувача сигналів, другий і третій включені між парафазними виходами другого підсилювача високої частоти і входами хвилеводного комутатора, при цьому вхід першого спрямованого відгалужувача з'єднаний з одним виходом хвилеводного трійника, другий ви хід якого з'єднаний із входом хвилеводного перемикача, виходи якого сполучені з входами другого і третього спрямованих відгалужувачів, а вхід хвилеводного трійника через атенюатор сполучений з виходом генератора шуму. Саме введення в схему кореляційного вимірювача інтенсивності електромагнітного випромінювання генератора низької частоти, комутатора, послідовно з'єднаних вибіркового підсилювача частоти комутації і синхронного детектора, які включені зазначеним чином, забезпечує підвищення точності та швидкодії вимірів інтенсивності електромагнітних випромінювань, що зумовлюється формуванням корисного сигналу на виході перемножувача у вигляді низькочастотної напруги, яка змінюється з частотою комутації, що легко відокремити від дрейфу перемножувача, який змінюється повільно, і низькочастотних шумів із високою спектральною щільністю. А введення в схему генератора шуму, атенюатора, хвилеводного трійника, хвилеводного перемикача і трьох спрямованих відгалужувачів, що включені зазначеним чином дає можливість компенсувати вплив корельованої частини шумів схеми на результат виміру, що додатково, крім підвищення точності і швидкодії вимірювача інтенсивності електромагнітного випромінювання, підвищує його чутливість. На кресленні подана двоканальна схема кореляційного вимірювача інтенсивності електромагнітного випромінювання. Вимірювач включає антену 1, що під'єднана до одного з входів подвійного хвилеводного трійника 2, до другого входу якого підключений еквівалент антени З, підсилювачі високої частоти 4 і 5, входами з'єднані з виходами подвійного хвилеводного трійника, хвилеводний комутатор 6, з'єднаний вхо 2 39444 ( v 2 U1 = S1 K1Tи Df , & U2 = 1 (5) де К4 - коефіцієнт підсилення однотипних ПВЧ 4 і 5 (К4»К5). Підсилювач 5 має два парафазних виходи. Тому на його виході формуються посилені сигнали: &¢ & & U5 = K 5 U5 BX + 0 ,5U1 , 2 & & U1 , U3 = & U1 . ( ) )p 2p , (9) W W Пакети сигналів (8) і (9) надходять на другий вхід перемножувача 7, на перший вхід якого безу& пинно надходить сигнал U із виходу ПВЧ 5. У ре