Модуляционный радиометр Советский патент 1983 года по МПК G01R29/26 

4

оо

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в радиоастрономии для измерения спектра мощности космического радиоизлучения и метеорологии для определения влагосодержания атмосферы путем исследования ее собственного радиоизлучения. Известен модуляционный радиометр, основанный на спектральном анализе шумовых составляющих радиоизлучения, он содержит последовательно соединенные модулятор, смеситель с двумя гетеродинами и усилитель промежуточной частоты, генератор опорного напряжения и гибридные размножители мощности, к выходам которых подключены базовые четырехканальные блоки анализатора, подключенные через коммутатор к блоку регистрации. На входе каждого блока анализатора включены фильтры сосредоточенной селекции. Каждый канал содержит усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты и синхронный детектор. Устройство позволяет одновременно наблюдать несколько составляющих спектра мощности радиоизлучения Солнца 1. Недостатком известного устройства является недостаточная точность измерения спектральных компонент сигнала, обусловленная неидентичностью измерительных каналов и невозможность прецизионного измерения разности уровней мощности этих компонент. Целью изобретения является повыщение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в модуляционный радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, модулятор и смеситель, опорный вход которого подключен к выходу гетеродина, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и блок регистрации, генератор опорного напряжения, первым выходом подключенный к управляющим входам модулятора и синхронного детектора, введен второй синхронный детектор, вход которого соединен с входом первого синхронного детектора, а выход - подключен к второму входу блока регистрации, при этом управляющий вход второго синхронного детектора подключен к второму выходу генератора опорного напряжения и к второму управляющему входу модулятора, выход смесителя подключен к входу усилителя промежуточной частоты. Модулятор выполнен в виде частотного модулятора, содержащего два диплексера и два амплитудных модулятора, при этом вход первого диплексера является сигнальным входом частотного модулятора, а его выходы через первый и второй амплитудные модуляторы соответственно подключены к первому и второму входу второго диплексера, выход которого является выходом частотного модулятора, управляющие входы первого и второго амплитудных модуляторов являются соответственно первым и вторым управляющими входами частотного модулятора. На чертеже приведена структурная схема модуляционного радиометра. Модуляционный радиометр содержит антенну 1, частотный модулятор 2, смеситель 3, гетеродин 4, усилитель 5 промежуточной частоты, квадратичный детектор б, усилитель 7 низкой частоты, синхронные детекторы 8 и 9, блок 10 регистрации, генератор 11 опорного напряжения. Частотный модулятор 2 выполнен в виде первого диплексера 12, первого амплитудного модулятора 13 и второго модулятора 15 и второго диплексера 14. Радиометр работает следующим образом. Шумовой сигнал в щирокой полосе час- . тот принимается антенной 1. Принятый сигнал в частотном модуляторе 2 разделяется на прямой и зеркальный спектральные интервалы с помощью диплексера 12. Сигналы прямого и зеркального спектральных интервалов модулируют напряжениями разных частот с произвольной фазой (коэффициент модуляции ) с помощью амплитудных модуляторов 13 и 15 и генератора 11 модулирующего напряжения. Модулированные сигналы прямого и зеркального спектральных интервалов преобразуют с помощью диплексера 14. Суммарный сигнал с выхода диплексера 14 с помощью балансного смесителя 3 и гетеродина 4 преобразуют . на промежуточную частоту. Сигнал промежуточной частоты усиливается усилителем 5, детектируется квадратичным детектором 6 и усиливается усилителем 7 низкой частоты. Затем вновь разделяют сигналы прямого и зеркального спектральных интервалов с помощью синхронных детекторов 9 и 8 и генератора 11 и их раздельно индицируют в блоке 10 регистрации. Для определения разности уровней мощности спектральных компонент сигнала их одновременно модулируют противофазными напряжениями одной частоты с помощью амплитудных модуляторов 13 и 15 и генератора 11. В этом случае в течение одной половины периода,на диплексер 14 подают сигнал в полосе прямого спектрального интервала, а в течении другой - в полосе зеркального спектрального интервала. Сигнал после диплексера 14 преобразуется в сигналы промежуточной частоты с помощью балансного смесителя 3 и гетеродина 4, которые усиливаются, детектируются, вновь усиливаются с помощью усилителя 7 низкой частоты. Синхронный детектор 9 (детектор 8 отключен) формирует напряжение, пропорциональное разности уровней мощности сигналов в прямом и зеркальном спектральных интервалах. Это напряжение индицируется в блоке индикации.

Мощность, измеряемая модуляционным радиометром, определяется соотношением.

W К(ТА-Тэ)ЛГвч,

гдеК-коэффициент Больцмана;

полоса пропускания фильтров диллексеров 12 и 14;

Тд - эффективная температура шумового сигнала, поступающего от антенны;

Тэ -эффективная температура шумового сигнала, поступающего от эталонной нагрузки.

Напряжение на выходе каждого синхронного детектора 9 пропорционально величине

ОвчК(Тд-Тэ)4Гвч,

где - коэффициент усиления сигнала в приемном тракте.

При изменении коэффициента усиления тракта выходной сигнал изменяется на величину эквивалентной Шумовой температуры вида

AG

ДТку СТд-Тз)

ьч

- абсолютное изменение коэффициента усиления.

При осуществлении двухканального приема по схеме известного радиометра при равенстве мощностей сигналов в обоих каналах выходные напряжения каждого канала могут отличаться друг of друга на величину

{Тл-Тэ)(&0,-Ш2),

где&О,,&С2-относительные изменения коэффициента усиления каждого ка- нала.

В предлагаемом устройстве эта ошибка отсутствует ввИду того, что усиление сиг0нала в каждом спектральном интервале осуществляется одним - трактом усиления, что повышает точность измерений.

В каждом канале известного радиометра осуществляется измерение разности мощностей сигнала и эталонной нагрузки. При этом в выходном напряжении появляется ложный сигнал, пропорциональный ДТвОвц. где ЛТэ - флуктуации эффективной температуры нагрузки. В предлагаемом устройстве при непосредственном измерении разности мощностей сигнала в двух спектральных интервалах эталонная нагрузка отсутствует, что также обеспечивает повышение точности измерений за счет исключения флуктуации мощности нагрузки.

МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР, содержащий последовательно соединенные антенну, модулятор и смеситель, опорный вход которого подключен к выходу гетеродина, последовательно соединенные усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты, синхронный детектор и блок регистрации, генератор опорного напряжения, первым выходом подключенный к управляющим входам модулятора и синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен второй синхронный детектор, вход которого соединен с входом первого синхронного детектора, а выход - подключен к второму входу блока регистрации, при этом управляющий вход второго синхронного детектора подключен к второму выходу генератора опорного напряжения и к второму управляющему входу модулятора, вы.ход смесителя подключен к входу усилителя промежуточной частоты, а модулятор выполнен в виде частотного модулятора, содержащего два диплексера и два амплитудных модул 1тора, при этом вход первого диплексера является сигнальным входом частотного модулятора, а его выходы через первый и второй амплитудные модуляторы соответственно подключены к первому и рому входу второго диплексера, выход ко(Л торого является выходом частотного .модулятора, при этом управляющие входы первого и второго амплитудных модуляторов являются соответственно первым и вторым управляющими входами частотного модулятора.