Нульовий модуляційний радіометр

Реферат: Нульовий модуляційний радіометр містить антену, перше та друге Т-подібне розгалуження, ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, високоомне регульоване крайове поглинаюче навантаження, змішувач з перестроюваним за частотою гетеродином, підсилювач проміжної частоти, декорелюючий фільтр, синхронний детектор, фільтр нижніх частот, другий синхронний детектор та другий фільтр нижніх частот, помножувач, індикатор, генератор низької частоти еталонний генератор та регульований атенюатор. UA 79551 U (54) НУЛЬОВИЙ МОДУЛЯЦІЙНИЙ РАДІОМЕТР UA 79551 U UA 79551 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 нульового модуляційного радіометра (Николаев А.Г., Радиотеплолокация [Текст] / А.Г. Николаев, С.В. Перцов. - М.: Советское радио, 1964. - С. 113-116), що містить антену, еквівалент антени (генератор еквівалентного шуму антени), комутатор, приймач, який має в своєму складі підсилювач надвисоких частот, змішувач надвисоких частот, підсилювач низької частоти, синхронний детектор, генератор опорної частоти, вихід якого сполучений з керуючим входом синхронного детектора і комутатора, а інший вхід синхронного детектора сполучений з генератором еталонного шуму. 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 нульового модуляційного радіометра (Патент України № 86461, МПК G01R29/08 / № 200705713; Заявл. 23.05.2007; Опубл. 27.04.2009, Бюл. № 8), що містить антену, до виходу якої підключені послідовно з'єднані через спрямований відгалужувач перший та другий постійні атенюатори, причому паралельно другому атенюатору включений перший ключ-модулятор, блок перетворення частоти, який містить з'єднані послідовно змішувач з перестроюваним за частотою гетеродином, підсилювач проміжної частоти і квадратичний детектор, до виходу якого підключений блок низької частоти, що містить послідовно з'єднані підсилювач низької частоти, синхронний детектор і фільтр нижніх частот. До виходу блока низької частоти підключений індикатор. Виходи генератора низької частоти з'єднані з керуючими входами синхронного детектора, першого та другого ключа модулятора. Еталонний генератор шуму послідовно з'єднаний з другим ключем модулятора, регульованим атенюатором, третім постійним атенюатором та спрямованим відгалужувачем. Недоліком відомої системи є чутливість до флуктуацій частотної характеристики вхідного тракту, низька точність та флуктуаційна чутливість. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення нульового модуляційного радіометру 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 нульовий модуляційний радіометр, що містить антену, ключ-модулятор, послідовно з'єднані змішувач з перестроюваним за частотою гетеродином та підсилювач проміжної частоти, синхронний детектор, послідовно з'єднаний з фільтром нижніх частот, індикатор, генератор низької частоти, виходи якого з'єднані з керуючим входом синхронного детектора та ключа модулятора, еталонний генератор, послідовно з'єднаний з регульованим атенюатором, згідно з корисною моделлю, введено перше Т-подібне розгалуження, до входу якого підключена антена, а до виходів - ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через друге Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом змішувача, вихід підсилювача проміжної частоти 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 регульованим підсилювачем та індикатором, також вихід підсилювача з'єднаний з регульованим атенюатором, вихід регульованого атенюатора підключений до ключа-модулятора та регульованого підсилювача, 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 чутливість 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 нульового модуляційного радіометра. На кресл. представлена функціональна схема нульового модуляційного радіометра. Нульовий модуляційний радіометр містить приймальну антену 1, до якої через перше Тподібне розгалуження 2 підключений ключ-модулятор 3 і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження 4, вихід ключа-модулятора 3 через друге Т-подібне розгалуження 5 з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням 6 і послідовно 1 UA 79551 U 5 10 15 20 підключений до входу змішувача 7 з перестроюваним за частотою гетеродином 8, підсилювачем проміжної частоти 9, декорелюючим фільтром 10, синхронним детектором 11, фільтром нижніх частот 12. Також до виходу декорелюючого фільтра 10 послідовно підключені другий синхронний детектор 13 та другий фільтр нижніх частот 14. Виходи фільтра нижніх частот 12 та другого фільтра нижніх частот 14 під'єднанні відповідно до прямого та інвертованого входів помножувача 15. Вихід помножувача 15 послідовно з'єднаний з регульованим підсилювачем 16 та індикатором 17. Генератор низької частоти 18 з'єднаний з керуючими входами ключа-модулятора 3, синхронного детектора 11 та другого синхронного детектора 13. Еталонний генератор 19 послідовно з'єднаний з регульованим атенюатором 20 та ключем модулятором 3. Вихід регульованого атенюатора 20 також з'єднаний з регульованим підсилювачем 16. Вихід підсилювача 16 підключений до регульованого атенюатора 20. Працює система у такий спосіб. Нульовий 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 18 періодично через Т-подібне розгалуження 5 підключає до входу змішувача 7 з перестроюваним за частотою гетеродином 8 високочастотний сигнал s(t,) з приймальної антени 1 та послаблений у атенюаторі 20 високочастотний сигнал sеталон (t) виходу еталонного генератора 19. Генератора низької частоти 18 періодично генерує коливання m(t) у вигляді меандру. . 25 Підсилювач проміжної частоти 9 має частотну характеристику K( j2f, t) , яка флуктуює у часі. Після проходження змішувача 7 з перестроюваним за частотою гетеродином 8 та підсилювача проміжної частоти 9 високочастотні сигнали s(t,) та sопорн(t) перетворюються на сигнали проміжної частоти, змішуються з власними шумами змішувача 7 та обмежуються по частоті . 30 частотною характеристикою підсилювача проміжної частоти 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 підсилювача проміжної частоти 9 декорелюється у декорелюючому фільтрі 10. Декорелюючий фільтр 10 має квадрат частотної характеристики . 2 K( j2f ) 2  . N    Ns () m2 (t)  Nеталон 1  m(t)2  N0  K( j2f ) 1  (t)2  0p   4 2 2  2      2 , . 35 40 45 де K ( j2f ) - частотна характеристика підсилювача проміжної частоти 9 без флуктуацій; (t) - функція, яка характеризує флуктуації частотної характеристики підсилювача проміжної частоти 9 у часі; Ns () - спектральна щільність потужності корисного сигналу s(t,) ; N0 - спектральна щільність потужності власних шумів вхідного тракту радіометра; Nеталон - спектральна щільність потужності сигналу еталонного генератора sеталон (t) ; m(t) - модулююча функція у вигляді меандру; N0p - спектральна щільність потужності регуляризуючої добавки. Ступінь декореляції залежить від вибору спектральної щільності потужності регуляризуючої добавки N0p . На один вхід синхронного детектора 11 подається сигнал з декорелюючого фільтра 10, а на інший вхід сигнал від генератора низької частоти 18. Вихід синхронного детектора 11 2 UA 79551 U 5 10 усереднюється у фільтрі нижніх частот 12. На виході фільтра нижніх частот 12 маємо інтенсивність на періоді, коли ключ-модулятор 3 підключає до входу корисний сигнал s(t,) . На один вхід другого синхронного детектора 13 подається сигнал з декорелюючого фільтра 10, а на інший вхід сигнал від генератора низької частоти 18. Вихід другого синхронного детектора 13 усереднюється у другому фільтрі нижніх частот 14. На виході другого фільтра нижніх частот 14 маємо інтенсивність на періоді, коли ключ-модулятор 3 підключає до входу сигнал еталонного генератора sеталон (t) . Інтенсивність з виходу фільтра нижніх частот 12 та інвертована інтенсивність з другого фільтра нижніх частот 14 помножуються у помножувачі 15. Результат множення підсилюється у регульованому підсилювачі 16, що характеризується коефіцієнтом підсилення Nопорн  N0 . Значення коефіцієнта підсилення адаптується до спектральної щільність потужності сигналу еталонного генератора Nеталон послабленого у атенюаторі 20. Значення спектральної 15 20 щільності потужності власних шумів вхідного тракту радіометра N0 визначається на етапі калібрування апаратури. На виході модуляційного радіометра на індикаторі 17 реєструється приріст потужності корисного сигналу s(t,) . Приріст потужності корисного сигналу подається на регульований атенюатор 20 для досягнення балансу інтенсивності корисного та еталонного сигналів. 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 нульового модуляційного радіометра. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Нульовий модуляційний радіометр, що містить антену, ключ-модулятор, послідовно з'єднані змішувач з перестроюваним за частотою гетеродином та підсилювач проміжної частоти, синхронний детектор, послідовно з'єднаний з фільтром нижніх частот, індикатор, генератор низької частоти, виходи якого з'єднані з керуючим входом синхронного детектора та ключа модулятора, еталонний генератор, послідовно з'єднаний з регульованим атенюатором, який відрізняється тим, що містить перше Т-подібне розгалуження, до входу якого підключена антена, а до виходів ключ-модулятор і низькоомне узгоджене крайове поглинаюче навантаження, вихід ключа-модулятора через друге Т-подібне розгалуження з'єднаний з високоомним регульованим крайовим поглинаючим навантаженням і входом змішувача, вихід підсилювача проміжної частоти 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 регульованим підсилювачем та індикатором, також вихід підсилювача з'єднаний з регульованим атенюатором, вихід регульованого атенюатора підключений до ключа-модулятора та регульованого підсилювача, один з виходів генератора низької частоти з'єднаний з керуючим входом другого синхронного детектора. 3 UA 79551 U 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 4