Модуляционный радиометр Советский патент 1984 года по МПК G01R29/08 

vj

05 1 Изобретение относится к радиотех нике, предназначено для измерения сла(5ых шумовых сигналов на фоне больших внутренних шумов приемника и может быть использовано в радиоас рономических измерениях, в иагностике и в радиоизмерении. Известен модуляционный радиометр содержащий на входе электронный ком мутатор, на выходе (11-1) линию задержки, отвод с нулевым временем задержки и ключ между выходом усилителя высокой частоты и входом детектора l. Реакция линий задержки и электро ного коммутатора в диапазоне СВУ задача весьма сложная, а собственные шумы коммутатора и линий задерж ки, а потери в них не позволя ют обеспечить максимальную чувствительность. Наиболее близким техническим решением к изобретению является модуляционный радиометр, содержащий пос ледовательно включенные модулятор, сигнальный вход которого является входом радиометра, блок высокой частоты, последовательно Ьоединенные синхронный детектор, интегратор и регистратор, а также генератор управляющего напряжения, выход кото рого соединён с управляющими входами модулятора и синхронного детекто ра 2. Недостатком известного радиометр является низкая чувствительность. Цель изобретения - повьшение чувствительности. Для достижения цели модуляционный радиометр, содержащий последо.вательно включенные модулятор, сигнальный вход которого является входом радиометра, блок высокой частоты, последовательно соединенные син хронный детектор, интегратор и реги стратор, а также генератор управляю щего напряжения, выход которого соединен с управляющими входами модулятора и синхронного детектора, дополнительно дредены первый, второ и третий усилители, фазоинвертор, выпрямитель и переключатель, причем выход блока высокой частоты соединен с входом синхронного детектора через последовательно соединенные первый усилитель и вьтрямитель, а выход первого усилителя подключен к входу переключателя, выходы которого, один через второй усилитель 76 а другой - через последовательно соединенные третий усилитель и фазо-; инвертор, соединены с входом первого усилителя, а управляющий вход переключателя соединен с выходом генератора управляющего напряжения черезвведенный формирователь импульсов. На чертеже изображена структурная электрическая схема предложенного модуляционного радиометра. . Модуляционный радиометр содержит модулятор 1, блок 2 высокой частоты, первый усилитель 3, выпрямитель 4, переключатель 5, второй усилитель 6, синхронный детектор 7, формирователь 8 импульсов, третий усилитель 9, фазоинвертор 10, генератор 11 управляющего напряжения, интегратор 12 и регистратор 13. , Модуляционный радиометр работает следующим образом. На сигнальный вход модулятора 1 поступает полезньй шумовой сигнал. В первую половину периода Т модуляции модулятор 1 не пропускает полезный шумовой сигнал, и на входе блока 2 высокой частоты присутствуют только собственные шумы модуляционного радиометра. Блок 2 высокой частоты представляет собой усилитель высокой частоты с преобразователем частоты. После усиления и преобразования в блоке 2 высокой частоты шу« мы модуляционного радиометра усиливаются первым усилителем 3 и поступают на вход выпрямителя 4, а через переключатель 5 и второй усилитель 6 - на вход первого усилителя 3. В течение времени О --1, когда напряжение на входе первого усилителя 3 не превьшает порога самовозбуждения контура, состоящего из первого 3 и второго 6 усилителей, сигнал на выходе выпрямителя 4 пропорционален мощности собственных шумов модуляционного радиометра. При превышении напряжения порога самовозбуждения контура, состоящего из первого 3 и второго 6 усилителей, на выходе первого усилителя 3 возникают периодические колебания. Момент времени возникновения периодических колебаний определяется мощностью собственных шумов модуляционного радиометра. Амплитуда периодических колеба- , НИИ постоянна и определяется параметрами контура. С момента времени -tj напряжение на выходе выпрямителя 4, пропорциональное мощности этих колебаний, возрастает ка несколько порядков. Это напряжение поступает на синхронный детектор 7. В момент времеииI-j -1 I по сигналу формирователя 8 импульсов переключатель 5 переключает выход первого усилителя 3 с входа второго усилителя 6 на вход третьего усилителя 9. Теперь напряжение с выхода первого усилителя 3 поступает на его вход через третий усилитель 9 и фазоинвертор 10. При этом контур, состоящий из первого 3 и второго 6 усилителей, разрьшается и замыкаетс другая цепь, состоящая из первого 3 и третьего 9 усилителей и фазойнвёртора 10. Последний обеспечивает глубокзпо отрицательную обратную свя в этой цепи. Условия самовозбуждени колебаний перестают вьтолняться,Л поэтому на выходе первого усилителя 3 остаются только свободные зату хающие колебания. Скорость затухания определяется добротностью цепи и величиной отрицательной обратной связи в ней. В результате на выходе выпрямителя 4 формируется импульс напряжения, длительность которого определяется мощностью собственных шумов модуляционного радиометра. На пряжение на выходе синхронного дете тора 7 пропорционально напряжению на выходе вьтрямителя 4, а по знаку совпадает с управляющим напряжением с генератора 11 управляннцего напряж ния. С момента времени управлякнций сигнал, поступающий с генератора 11 через формирователь 8 импульсов на переключатель 5, имеет нулевое значение и переключатель 5 переключает выход первого усилителя 3 с входа третьего усилителя 9 на вход второг усилителя 6. Контур, состоящий из первого 3 и второго 6 усилителей, замыкается. С этого же момента времени в соответствии с управляющим напряжением с генератора 11 модулятор 1 пропускает полезный шумовой сигнал, который на фоне собственных щумов модуляционного радиометра пос тупает на вход блока 2 высокой час тоты. Аналогично тому, как это происходит в первом полупериоде,о при превьшении порога самовозбуждения напряжением на входе первого усилителя 3 контур, состоящий из первого 3 и второго 6 усилителей, обеспечивает возбуждение периодических колебаний постоянной амплитуды. Момент времени 4г возникновения периодических колебаний определяется суммой мощностей шумового сигнала и собственных шумов модуляционного радиометра. Поскольку суммарная мощность шумового сигнала и собственных шумов модуляционного радиометра больше мощности собственных шумоЕ, то среднестатистическое время генерации колебаний на выходе первого уси- , лителя 3 во втором полупериоде превышает среднестатистическое время генерации колебаний в первом полупериоде. По сигналу с генератора 11 происходит демпфирование колебаний и на выходе выпрямителя 4 формируется импульс напряжения, длительность которого определяется суммарной мощностью шумового сигнала и собственных шумов модуляционного радиометра. Напряжение на выходе синхронного детектора 7 пропорционально напряжению на выходе выпрямителя 4, а по знаку совпадает с управляющим напряжением с генератора 11. Поскольку интегратор 12 представляет собой линейный четырехполюсник, то отклик его на напряжение с выхода синхронного детектора 7 можно представить как сумму откликов на последовательность импульсов в четные и нечетные полупериоды. Отклик на последовательность импульсов в четные полупериоды модуляции представляет собой напряжение, пропор- итюнальное средней длительности пульсов в этой последовательности за время интегрирования. Отклик на последовательность импульсов в нечетные полупериоды модуляции представляет собой напряжение, пр порциональное средней длительности импульсов в этой последовательности за время интегрирования. Суммарньй отклик на выходе интегратора 12 определяется разностью этих напряжений, т.е. разностью средних значений длительности импульсов в каждой последевательности за время интегрирования. Это напряжение, которое регистрируется регистратором 13, пропорционально мощности полезного шумового сигнала. Таким образом, в npeja iaraeMOM модуляционном радиометре реализовано формирование двух последовательностей импульсов, длительности которьсх определяются мощностью полезного шумового сигнала на фоне собственных шумов радиометра и мощностью собственньпс шумов, с последукмцим измерением разности средних значений длительности импульсов в каждой последовательности за время интегрирования.

Введение в схему модуляционного радиометра первого, второго и третьего усилителей, фазоинвертора, вьтрямителя, переключателя и формирователя импульсов позволяет повысить чувствительность предлагаемого модуляционного радиометра по сравнению с известными.

МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР, содержащий последовательно включенные модулятор, сигнальный вход которого является входом радиометра, блок высокой частоты, последовательно соединенные синхронный детектор, интегратор и регистратор, а также генератор управляющего напряжения. выход которого соединен с управляю- . щими входами модулятора и синхронного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, .в него дополнительно введены первый, второй и третий усилители, фазоинвентор, выпрямитель и переключатель, причем выход блока высокой частоты соединен с входом синхронного детектора через последовательно соединенные первый усилитель и выпрямитель, а выход первого усилителя подключен к входу переключателя, выходы которого, один - через второй усилитель, а g другой - через последовательно соединенные третий усилитель и фазо(Л инвертор) соединены с входом пер вого усилителя, а управляющий вход переключателя соединен с выходом генератора управляющего напряжения через введенный формирователь импульсов.

t

13