Интегратор для модуляционного радиометра Советский патент 1988 года по МПК G01S13/95 

4

to

4u

I-Offflj

jg -I I

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для выделения среднего значения напряжени пропорционального разности шумовых мощностей измеряемого сигнала и эталонной нагрузки в модуляционном радиометре ,

Цель изобретения - повьппение то ности при одновременном упрощении,

На фиго1 представлена структурна электрическая схема интегратора, на фиг о 2 - временные диаграммы, поясняющие работу интегратора,

Интегратор для модуляционного ра диометра содержит генератор 1 прямоугольных импульсов, счетный триггер 2, счетчик-делитель 3, элемент И-НЕ 4, RS-триггер 5, элементы ИЛИ 6 и НЕ 7, коммутаторы 8-12, опе рационны усилитель 13, коммутатор 14, источник 15 опорного напряжения, запоминющий блок 16, токозадающий резистор 17, первый 18 и второй 19 резисторы и конденсатор 20,

Интегратор для модуляционного радиометра работает следующим образом

Генератор 1 прямоугольных импульсов выдает импульсы, каждый из которых производит переключение счетного триггера 2, на выходах которого фор-. мируется противофазный меандр (фиг,2а - в), период которого задает период модуляции t. Выходной сигнал триггера 2 передается в высокочастотную (ВЧ) часть радиометра для управления модулятором (М), производящим в каждом из полупериодов подключение к входу радиометра измеряемого сигнала или эталонной нагрузки. Передний фронт каждого импульса на прямом выходе счетного триггера 2 (фиг,26) в

моменты времени с,, t, t

5

15

С выхода предварительного усилителя низкой частоты (ПУНЧ) из ВЧ час ти через первый вход модулированное по амплитуде напряжение, каждьй пол период которого реально представляе собой не постоянное, а шумное напря жение (фиг,2и), поступает на вход идеального интегратора, образованно го токозадающим резистором 17, операционным усилителем 13 и конденсат ром -20, Ток заряда конденсатора 20 в идеальном интеграторе обеспечивае ся источником тока, вьшолненном на операционном усилителе 13, и поэтом не зависит от напряжения на конденс торе 20, как это имеет место для RC интеграторов, поэтому выходное напр жение идеального интегратора может превышать значение входного напряже ния, что эквивалентно его усилению.

дает один счетный импульс, заполняю- . т,е, ток заряда определяется только

щий счетчик-делитель 3, которьй практически считает число периодов модуляции.

При достижении счетчиком-делителем 3 некоторого числа п, определяемого . его коэффициентом деления, в момент времени t. на его выходе появляется импульс, которьй поступает на S-вxo RS-триггера 5, переводя его в единич ное состояние (фиг,2г),, RS-триггер 5 находится в единичном состоянии в интервале времени tg-t, до поступления его на R-вход переднего фронта

50

55

входньм напряжением устройства и в каждом полупериоде напряжение конден сатора 20 линейно изменяется, накапливая среднее значение шумового напряжения, В каждьй момент времени напряжение на конденсаторе 20 пропор ционально математическому интегралу или среднему значению шумового напря жения на временном интервале заряда конденсатора 20. Значение токозадаюп1его резистора 17 создает ток заряда конденсатора 20 и определяет коэффициент усиления среднего значения шумового напряжед

5 0 5

0

5

0

импульса с прямого выхода счетного триггера 2

Через элемент ИЛИ 6 проходят импульсы с прямого выхода счетного триггера 2 и с выхода RS-триггера 5 (фиг,26,г), поэтому на его выходе напряжение имеет вид, показанный на фиг,2д, Едийичные состояния RS-триггера 5 и прямого выхода счетного , триггера 2 переводят элемент И-НЕ 4 в нулевое состояние в интервале времени t(j-t,jj (фиг,2е), которое инвертируется на элементе НЕ 7 (фиг,2ж). Коэффициент деления счетчика-делителя 3 определяет число периодов моду- ля1|ии, образующих интервал с, по истечении которого устройство каждый раз переходит в режим переключений, описанных для интервала t -t . Таким образом, формируются напряжения (фиг,2в,д - ж), управляющие режимами переключения коммутаторов 8-12 и 14,

С выхода предварительного усилителя низкой частоты (ПУНЧ) из ВЧ части через первый вход модулированное по амплитуде напряжение, каждьй полупериод которого реально представляет собой не постоянное, а шумное напряжение (фиг,2и), поступает на вход идеального интегратора, образованного токозадающим резистором 17, операционным усилителем 13 и конденсатором -20, Ток заряда конденсатора 20 в идеальном интеграторе обеспечивается источником тока, вьшолненном на операционном усилителе 13, и поэтому не зависит от напряжения на конденсаторе 20, как это имеет место для RC- интеграторов, поэтому выходное напряжение идеального интегратора может превышать значение входного напряжения, что эквивалентно его усилению.

0

5

входньм напряжением устройства и в каждом полупериоде напряжение конденсатора 20 линейно изменяется, накапливая среднее значение шумового напряжения, В каждьй момент времени напряжение на конденсаторе 20 пропорционально математическому интегралу или среднему значению шумового напряжения на временном интервале заряда конденсатора 20. Значение токозадаюп1его резистора 17 создает ток заряда конденсатора 20 и определяет коэффициент усиления среднего значения шумового напряжения в идеальном интеграторе. На опорный вход идеального интегратора через первый резистор 18 подается напряжение с второго входа устройства, которое в частном случае может не содержать сигнальной информации и нести только информацию о наведенных помехах в линии соединения ВЧ и НЧ трактов.

ставляет собой усиленное значение разностного сигнала Uj-U, на интервале времени ut, представляющем собой время усреднения выходного сигнала и определяемым коэффициентом деления (числом п) счетчшса-делителя 3. При этом напряжение Up может иметь и отрицательное значение при эталонном

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для вьщеления среднего значения напряжения, пропори юнального разности шумовых мощностей измеряемого сигнала и эталонной нагрузки в модуляционном радиометре. Цель изобретения - повышение точности при одновременном упрощении. Для достижения цели в устр- во введены счетчик-делитель 3, RS- триггер 5, элемент ИЛИ 6, запоминающий блок 16. В устр-ве операции усиления с подавлением синфазной помехи, интегрирования и детектирования разностного сигнала реализованы всего на одном операционном у-ле. Все типы коммутационных помех, возникающих в одном полупериоде модуляции и дакщих добавку напряжения на конд-ре компенсируются такими же помехами в другом полупериоде, напряжение которых вычитается из напряжения конд-ра протеканием через него обратного тока. Предлагаемое устр-во вьщеляет разно- стньй сигнал независимо от наличия или отсутствия постоянной составляющей входного сигнала, что расширяет область его применения при различных режимах обработки радиометрических сигналов. 2 ил. с б (/)

Такая же помеха будет наведена в сиг- ю напряжении выше сигнального или при

напьном проводе первого входа, поэтому она будет скомпенсирована на дифференциальных (вычитающих) входах операционного усилителя 13 и не ска- эьгоается на процессе заряда конденсатора 20.

Коммутатор 12 замкнут на все интервале 6,t и интегратор работает в режиме заряда входным током. Ток заряда задается в каждом периоде модуляции попеременно по полпериода напряжением измеряемого сигнала или эталонной нагрузки. Считаем, что полупериодами напряжения измеряемого сигнала являются интервалы t,-tj, , и т.д., а эталонной нагрузки ц-t,, t; и т.До (фиг.2и). Работа коммутатора 10,9 и 8,11 обеспечивает переключение обкладок конденсатора 20 таким образом, что в полупериодах , , ..., когда замкнуты коммутаторы 10 и 9, конденсатор 20 заряжается напряжением измеряемого сигнала, а в полупериоды , ..., когда замкнуты коммутато ры 8 и 11, ток протекает через конденсатор 20 в обратном направлении и он заряжается напряжением эталонно нагрузки.

Так как напряжение сигнала вьше напряжения эталона, то крутизна заряда больше, чем крутизна разряда, и в конце интервала напряжение конденсатора 20 достигает значения U| (фиг.2з), которое пропорционально разности средних значений сигнальной и эталонной мощности на интервале

В следукяцем периоде модуляции к напряжению U прибавляется среднее значение разностного сигнала в этом периоде, т.е. напряжение U пропорционально разности средних значений сигнальной и эталонной мощности на интервале t,-t5.

Таким образом, разностный сигнал накапливается в течение времени fit, которое на практике содержит десятки и сотни периодов модуляции, и сформированное напряжение Up (фиг.2з) пред

t.-tj.

иной последовательности заряда и разряда.

В интервале tq-t,(, при замкнутых коммутаторах 10 и 9 и разомкнутом коммутаторе 12 (фиго2е) операционный усилитель 13 представляет собой повторитель выходного напряжения источника 15 опорного напряжения, которое суммируется на выходе операционного усилителя 13 с напряжением конденсатора 20. Таким образом, выходное напряжение операционного усилителя 13, несзгщее информацию о разностном сиг

нале, может быть сдвинуто на произ- вольный отрицательный или положитель- ньй уровень выбором выходного напряжения источника 15 опорного напряжения. Через замкнутьй коммутатор 14 в интервале tg-t;,o выходное напряжение операционного усилителя 13 вьщается на запоминающий блок 14, с выхода которого вьщается на выход интегратора,

В интервале , при замкнутых коммутаторах 8-12 конденсатор 20 разряжается до нуля, после чего с момента t,j режим, описанный для интерва- , повторяется. Новое значела t,-t,.

ние Up сформированное в последукицем интервале t также вьщается на выход через запоминающий блок 14, т.е. раз- ностньй сигнал на выходе интегратора представляется в виде дискретной последовательности результатов интегри- рования на интервалх , причем, так как операция интегрирования, необходимая для вьщеления среднего значения, производится идеальным интегратором, выполняклцим чисто математическую операцию интегрирования, то разброс результатов интегрирования от интервала t к интервалу, т.е. размах вьЬсодных флуктуации среднего значения разностного сигнала, лежит в пределах чувствительности радиометра, определяясь как ошибка среднего арифметического при усреднении.

Таким образом, на выходе тракта формируется именно среднее значение

разностного сигнала, которое может быть непосредственно использовано в дальнейшей обработке. При этом в известном устройстве, использующем в качестве интегратора фильтр нижних частот на основе RC-цепочки, амплитуда шумовых флуктуации уменьшается в соответствии с частотной характеристикой фильтра, йо сохраняется и пре- вьшает значение чувствительности, что требует дополнительных работ по вьзделению среднего значения разностного сигнала.

Кроме того, в предлагаемом устрой- 15 ления шестого коммутатора, второй

стае операции усиления с подавлением синфазной помехи, интегрирования и детектирования разностного сигнала реализованы всего на одном операционном усилителе, в то время как в известном устройстве для вьшолнения этих функций используется восемь операционных усилителей, восемь коммутаторов, двенадцать конденсаторов и т.д.

Все типы коммутационных помех, возникающих у предлагаемого устройства в одном полупериоде модуляции и добавку напряжения на конденсаторе, компенсируются таким же помехами в другом полупериоде, напряжение которых вычитается из напряжения конденсатора протеканием через него обратного тока, а в известном устройстве подавление коммутационной и синфазной помех достигается тщательным симметрированием обоих каналов.

В отличие от известного устройства, имеющего возможность работать только с переменной составляющей напряжения ПУНЧ, предлагаемое устройство вьщеляет разностный сигнал не- .зависимо от наличия или Отсутствия, постоянной доставляющей входного сиг нала, что расширяет область его применения при различных режимах обработки радиометрических сигналов.

Формула изобретения

Интегратор для модуляционного радиометра, содержащий генератор прямоугольных импульсов, выход которого соединен с входом счетного триггера, прямой и инвертируклций выходы которого являются входами подключения модулятора высокочастотной части модуля

014246

циснного радиометра, токозадающин резистор и первый резистор, первые выводы . которых являются входами сигналов предварительного усилителя низкой частоты высокочастотной части модуляционного радиометра, второй вывод первого резис тора соединен с неинверткрующим входом. операционного усилителя, прямой выход счетного триггера соединен с первым входом элемента И-НЕ, выход которого соединен с входом управления первого коммутатора и входом элемента НЕ, выход которого.соединен с входом управ10

0

5

0

5

0

5

0

резистор, первьй вывод которого соединен с выходом источника опорного напряжения, второй, третий, четвертьй и пятьй коммутаторы, при этом инвертирующий выход счетного триггера соединен с входами управления второго и пятого коммутаторов, выход второго коммутатора соединен с первым выводом конденсатора, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности при одновременном упрощении, введены.RS-триггер, счетчик-делитель, элемент ИЛИ и запоминающий блок, при этом прямой выход счетного триггера соединен с R- входом RS-триггера и входом счетчика-делителя, выход которого соединен с S-входом RS-триггера, выход которого соединен с вторыми входами элемента И-НЕ и элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с прямым выходом счетного триггера, выход элемента ИЛИ соединен с входами управления четвертого и третьего коммутаторов, второй вывод токозадающего резистора соединен с входом первого коммутатора, выход которого соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и входами второго и третьего коммутаторов, второй вывод первого резистора соединен с вторым выводом второго резистора, выход операционного усилителя соединен с входами четвертого и пятого коммутаторов и входом шестого коммутатора, выход которого соединен с входом запоминающего блока, выход которого является выходом интегратора для модуляционного радиометра, выход четвертого коммутатора соединен с первым выводом конденсатора, второй вывод которого соединен с выходами третьего и пятого коммутаторов.

а

1401424 ii ti tb ty is tff t t8 is tti tt2 tiz

n n n 11 fi n n n n Tl n n H . i

tM

1-I I-I I-II-I

fiHZ.5 I i II II II II i

ui

Hi

K.6

C

a.

.|и,м11

At

-HH

tttift

Фиг.г