Радиометр Советский патент 1988 года по МПК G01R29/26 

(Л

1 со

00

веикых шумов высокочастотной части радиометра. Генератор 10 опорного сигнала формирует на своем выходе синхронизирующие импульсы и управггя- ет блоком 17 обработки сигналов на низкой частоте и через блок 4 режимов - модулятором 11 и электронным переключателем. Датчик 8 температуры управляет выходом генератора 7 шума, мощность которого, суммируясь в сумматоре. 6 с мощность10 эталонной нагрузки 5, обеспечивает на втором сигнальном входе модулятора 11 постоянство шумовой мощности. С помощью сумматора 12 обеспечивается компенсация температурной зявисимостм шумя узлов 1 ысокочаатотпои части - предваритель- )1ого усштлтеля 13, аттенюатора 14, О.чока 15 обработки сигнала на высокой частоте и ква;;ратичного детектора 16, Коэффициент передачи тракта стабилизируется подачей сигнала от датчика 8 температуры через сумматор 9. Зада- нне необходимых режимов работы устройства осуществляется блоком 4 режимов, напряжения на входах которого формируются блоком 2 делителей из напряжения источника 1 опорного напряжения. Результат из I;vpe: i; ;я отображается блоком 18, 1 шт.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности слабого радиоизлучения шумового характера в радиоастрономии, народном хозяйстве и медицине. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, что достигается за счет введения алгоритмов модуляции, балансировки и калибровки, и повышение точности измерения путем компенсации температурного дрейфа коэффициента передачи и собст

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения мощности слабого радиоизлучв кия шумового характера в радиоастрономии, народном хозяйстве и медицине,

Цель изобретения - расширение функциональных возмолсностей за счет введения алгоритмов модуляции, бал- лансировки и калибровки и повышение точности измерения путем компенсащги температурного дрейфа коэффициента передачи и еобственных шумов высоко- частотноГг части радиометра.

На чертеже представлена блок-схема радиометра.

Радиометр содержит последовательно соединенные источник 1 опорного напряжения, блок 2 делителей ка;. ряже ния, электронный переключатель 3 и блок 4 режимов, последовательно соединенные эталонную нагрузку 5,, первый сумматор 6 мощности, управляемьш генератор 7 пгума, датчик S темпер; - туры и сумматор 9 напряжения, к вто- рому входу которого подключен выход электронного переключател я 3, а также генератор 10 опорного напряжения и последовательно соединенные модулятор 11, второй сумматор 12 MODJ,HOC-- ти, предварительный усшиггель 13, управляемый аттенюатор 14, блок 15 обработки сигнала на высокой ч зстоте квадратичный детектог 16, блок 17 обработки сигналов на низкой часто

те и блок 13 регистраи,ииJ при это1-; выход сумматора 6 подключ ; .н к второму входу модулятора , управляющий г., которого подключен к выходу ojioKa 4 режимов, вход которого объединен с вторым входом блока 17 и подключен к выходу генератора lO

ляемого генератора 7 пгума иодключ;;;: к второму входу второго сумматора 12 мо цности, зхол управления упразляе-- мого аттенюатора : : подк ночен к вь;- лоду сумматор;. У напрял:еи -;й а датчик Я а емпературы кс нструктивно совь е;цеп с высокочастотной частью рлдиометпя

Радиометр работает следуюци о ой- разом,

Ft iepaTop (О onoj iicirQ ;1; Г ряжения формирует на с;;-оем выходе сннхро Птзи- руюяще импульг ы и управляет чми 6:to- }сом 17 с.чбработки сигнала ;а П1зкой частоте и через блок 4 режимов модулятором 1 1 и злсктро1П1ым иерсключате- jjfiM 3„ Ilpi этом режим нрохо.ждеиия сиг- чя.ча по тракту радгюметря соогвстс ;- вует извес гггым прггнципам.

Сумматоры 6 и 12 монигостк могут быть выполнепь; на связанных ;икро чолосковьгх опшиях, йспользуймых п направлеп Го1Х огветвител5;5с,. с учетом того, что oinij как и сумматоры, явля- jOTCH пассивными ()братимыт-1И ycTpoiicTjia- M i. В этом случае процесс су ч -5игова-- ния в сумматорах 6 и 12 заключаг-тся

в возбуяудеиии электромагнитной мощно тн с выходов управляемого генератора 7 шума в линиях, связывающих соответственно блоки 5-11 и 11-13.

Управляемый генератор 7 шума может быть произвольной конструкции с управлением выходной мощности от входного напряжения, управляющего током лавинно-пролетного или параметрического диода. Может использоваться два диода -по одному для каждого выхода с соответствующими преобразователями крутизны управляющего напряжения, или один диод с двумя направленными ответвителями, имеющими регулируемые коэффидиенты ответвления мощности ,

Датчик 8 температуры располагается в высокочастотной части радиометра, изменение температуры которой вызывает изменение мощности эталонной нагрузкиJ изменение мощности собственных шь мов и коэффициента передачи радиометра. Вся высокочастотная часть выполняется напылением на диэлектрическом материале, помещенном в металлический экранируюищй корпус, на котором и закреплен датчик 8 температуры. При этом изменение напряжения первого выхода датчика 8 температуры изменяет мощность первого выхода генератора 7 шума таким образом, что oHaj сумъдаруясь с изменяющейся от температуры шумовой мощности эталона и собственными шумами сумматора 6 мощности, обеспечивает на втором сигнальном входе модулятора 11 постоянство шумовой мощности, которая является эталонной для радиометра. Величина необходимого температурного изменения мощности первого выхода генератора 7 шума подбирается регулировкой крутизны напряжения датчик 8 температуры и генератор 7 шума Б простейшем случае выполняются на переменных сопротивления, делящих напряжение и его температурные изме- не.чия или же регулировкой коэффициента ответвления мощности генератора 7 шума. Второй выход генератора 7 шума через второй сумматор 12 мощности добавляет температурно зависимую шумовую мощность к собственным шумам остального тракта радиометра, также меняющимся от воздействия температурь;. Таким образом, сумматор 12 мощности, как и все элементы вь;сокочас- части,, вносит добавочную шумовую мощность в тракт радиометра. Однако вносимая им мощность лмеет температурную зависимость, обратную суммарной температурной зависимости niy-l мовой мощности остальных узлов высо- кочастотной части, что достигается регулировкой крутизны управления датчика 8 температуры мощность второго

выхода генератора 7 лгума, аналогичной регулировке его первого выхода. Такая связь элементов радиометра позволяет стабилизировать мощность собственных шумов высокочастотной

части радиометра, обеспечивая ее независимость от температуры.

Так как мощность эталонной нагрузки и мощность собственных шумов элементов высокочастотной части возрастает с повьш ением температуры, то напряжение первого выхода датчика 8 температуры должно при этом обеспечить понижение мощности выходов генератора 7 , поступающей в сумматоры 6 и 12 мощности.

Напряжение второго выхода датчика 8 температуры через первый вход сумматора 9 напряжения регулирует

фициент затухания управляемого аттенюатора 14, вносящего температурно зависимые изменения в коэффициент передачи высокочастотного тракта радиометра. При крутизна выходного напряжения датчика 8 температуг ры, коэффициент суммирования суммато ра 9 или коэффициент преобразования управляющего напряжения в управляемом аттенюаторе 14 подбираются таким

образом, что при изменении температуры, фиксируемом датчиком 8 те терату- ры, управляемьй им.аттенюатор 14 изменяет свой коэффициент затухания ровно на столько, сколько необходимо, что-

бы скомпенсировать температурные изменения коэффициента передачи высокочастотной части.

Настройка радиометра на термоста } бильность производится однократно

изменением температуры высокочастот ной части с одновременной регулировкой крутизны температурных изменений мощности первого и второго выходов генератора 7 шума и аттенюации управляемого аттен юатора 14, чем достигается независимость величины эталонной мощности, собственных шумов и коэффициента передачи высокочастотной части от температуры.

Стабильность параметров высокоастотной части повышапт точность изерений и, кроме того, позволяет адавать внутренние калибровочные ровни мощности для калибровки шкалы задания начала отсчета блоку 17 бработки сигнала на низкой частоте блоку 18 регистрации радиометра. Импульсы генератора 10 опорного апряжения5 поступая на вход блока режимов преобразуются посредством его внутреннего инвертора и последовательность противофазных импульсов, поступающих на средние точки (б) переключателей режимов модуляции, балннсировки и калибровки и управляющих модулятором с выхода модуляции блока А режимов. При замыкании переключателей, вынесенных на лицевую панель радиометра, противофазные импульсы через их сигнальные контакты поступают на входы управления электронного переключателя 3, обеспечивающего попеременное подключение выходных напряжений блока 2 делителей на- пряжения к второму входу сумматора 9 напряжения, которьш, управляя аттенюатором J 4, обеспечивает соответствующий закон модуляции коэффициента передачи высокочастотной части радиометра. Выходные напряжения блока 2 делителей напряжения формирз ют делением на внутренних делителях напряжения источника 1 опорного напряжения с При этом каждый внутрентп й ключ злек- тронного переключателя 3 замыкается при наличии импульса на соответствующем выходе блока 4 режимов, а модулятор 11 при наличии импульса на своем yпpaвляющe I .входе подключает к тракту радиометра свой первый сиг- нальный вход, а при отсутствии импульса - второй сигнальный вход, т,е, эталонную мощность.

В режиме балансировки замыканием переключателя блока 4 режимов противофазные импульсы замыкают поочередно ключи в электро}пшм переключателе 3, подключая к второму входу сумматора напряжения 9 фиксированное напряжение аттенюации сигнала с соответствующего выхода блока 2 делителей напряжения в периоды прохождения по тракту радиометра мощности нзме-. ряемого и регулируемое напряжение балансировки с соответств поще- го выхода блока 2 делителей напряжения в периоды прохож/;ения по гракту

0

радиометра эта.понно могдиости, 1 аким образом, вькодиое напряжение сумматора 9 напряжения слагается из постоянного напряжения второго выход,а датчика 8 температуры, епрарывно производящего термокомпенсацию коэффициента передачи, п ступенчато меняющегося напряжения выхода электронного переключателя 3, При этом регулировкой внутреннего делителя вынесена на лицевую панель радиометра) блок 2 делителей напряжения достигаетсл: такой коэффициент передачи эталонной мощности, который обесг;ечкваст рлвепст- р.о ср ги;и1ьной и эталонной мощности в тракте радиометра, что обеспечивает нулевой сигнал на входе блокй 17 обработки сигнала на низкой частоте, т.е. задает привязку нулевог о сигнала к началу шкалы блока U регистрации. Этот известный прием балансировки позволяет повысить чувствительность измерений и отсчнтьщать с нуля

5 малые приращения измеряемой мощности на фоне скомпенсированной собственной шумовой мощности входного антенного устройства. При этом стабильность эталонной мощности, собственных гаумов

0 и козффицие гта передачи высокочастотной части позволяют поддерживать баланс с большой точностью, повышая точность измерений. Внесетп е фиксированного затухания в мо цность ;змеряеTg мого сигнала посредством по;дключения к управляемому аттенюатору 14 фиксированного напряжения аттенюаци-. сигнала позволяет обеспечить бала.;с с измеряемой мощностью, превышаюигей эталонную

40 мощность.

В режиме ;- одуляции замыканием переключателя блока 4 режимов радиометр npi-шодится в релс1-гм измерений входной мощности по принципу обычного модуля45 ц-юнного радиометра, когда блок 17 обработки сигнала на апзкой частоте производит выделение разности смгпаль- ной и эталонной мощности, прор С Водят сдвиг нуля и регулировку шкалы вьг50 деленной разности. При этом поочередно зa Ш кaютcя ключи электроипог о переключателя 3, подключая к cyi-e-iaTo- ру 9 напряже1п я. управляющет й тенюатором

напряжение аттен1оац1-гп сигг,5 нала в периоды прох-ождения по тракту радиометра сигнальной мощностей и напряжение аттенюадпп эталона в аерио- гды прохолсдения по тракту рлдлиэм-этъа эталоп.пой мощности, ФикскрО)а11ное

на 1ряже1;ие аттенюации эталона позвол ет выравнить коэффициенты передачи сш нальной и эталонной мощности, как это имеет место в обычном модуляционном радиометре. Таким образом, алго-- ритм управления электронным переключателем 3 позволяет, чтобы в зависимости от условий измерений радиометр мог работать как в режиме обычного модуляционного радиометра при равенсве коэффициентов передачи сигнала и эталона, так и в режиме радиометра с модуляцией коэффициента передачи.

Режим калибровки обеспечивает формирование в тракте радиометра эталонной разности мощностей, эквиваленной разности внутренней эталонной мощности и внешнего эталонного сигнала. Для этого замыканием переключателя блока 4 режимов обеспечивается поочередное замыкание ключей электроного переключателя 3, а на управляющий вход модулятора 11 прекращается поступление управляющих импульсов, так как средняя точка переключателя блока 4 режи;.5ов отключается от его выхода модулящш. При этом модулятор 11 устанавливается в режим непрерывного пропускания в тракт эталонной мощности. Таким образом, в периоды, когда блок 17 обработки сигнала на низкой частоте, управляясь импульсами генератора 10 опорного напряжения, выделяет мощность эталона, в , него поступает мощность эталона с с ксировапной аттенюацией, которая формируется при замыкании в эти периоды одного из ключей электронного переключателя 3 и имеет место и при обь чном измерении входной мощности в режиме модуляции, В периоды, когда блок обработки сигнала на низкой частоте в обычном режиме модуляции производит выделение сипгапьной мощности для. формирования ее разности с эталонной мощностью, в него поступает эталонная мощность, но с 5П1ым рсоэффициентом аттенюации, заданным фиксированным напряжением калибровки с соответствующего выхода блока 2 делителей напряжения, что формирует в тракте радиометра эталонную разность мощностейJ которая в извесТ- ньк устройствах формируется внутренней и внешней эталонными мощностями. В данном устройстве нш:ичие стабильных параметров высокочасто1Ч ой части позволяет формировать эта.1.понпую разность в самом радиометре без подключения внешнех эталонных источников. Переключателем калибра блока 2 делителей напряжения на его выход калибровочного напряжения подается ряд фиксированных напряжений, каждое из которых, внося соответствующую атте- нюацию эталонной мощности, формирует

Q в тракте определенную разность мощностей, соответствующую подключению к входу радиометра определенного эталонного сигнала, от которого производится отсчет значения измеряемого

5 сигнала. Для упрощения процесса измерений необходимо иметь большое число фиксированных точек отсчета, равномерно заполняющих область возможных значений измеряемого сигнала. В дан0 ном радиометре это реализуется только увеличением числа делителей, определяющих число фиксированных калибровочных напряжений и переключаемых от обычного переключателя на

5 лицевой панели радиометра.

Регулировка делителей на задание необходимых эталонных точек отсчета производится однократно для всего периода эксплуатации радиометра, так

0 как стабильность параметров высокочастотной части исключает необходимость повторных регулировок. Для этого на вход радиометра в режиме модуляции подаются два известных эталон„ ньк сигнала, на блоке-18 регистрации регистрируются выходные сигналы, им соответствующие, и по этим сигналам выполняются выходные сигналы, ожидаемые при подключении к входу необходи0 мых для дальнейших измерений эталонных си1 налов. Затем радиометр переводится в режим калибровки, посредством переключателя калибровочного напряжешш блока 2 делителей напряжеg ПИЯ к его выходу калибровочного напряжения поочередно подключаются де- лители и регулировкой каждого из них на блоке 18 регистрации достигается одно из расчетных значений выходных

Q сигналов, ожидаемое при подключении к входу радиометра необходимого эталонного сигнала. В дальнейшем при измерениях включением каждого из де- лите-лей в режим калибровки в тракте

g радиометра формируется сигнал, соответствующий подключению к входу радиометра именно того эталонного сигнала, для расчетного значения которого был подрегулирован данный

делитель. Таким образом, может быть сформяровап произволы1ьи { этапонпый сигнал, от значения которого с продельной простотой отсчитывается зна чение измеряемого сигнала.

Формула изобретения

Радиометр, содержащий модулятор., первьш снгнальный вход которого является входом радиометра, эталонную нагрузку, последователыю соединенные предварительный усилитель, управ- ляемьш аттенюатор, блок обработки сигнала на высокой частоте, квадратичный детектор, блок обработки сиг нала ка низкой частоте и блок регистрации, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с синхронизирующим входом блока обработки сигнала па низкой частоте, датчик температуры, источник опорного напряжения и электронный переключатель, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьшения точности измерений путем компенсащш температурного дрейфа коэффициента передачи и собственных шумов высокочастотной части радиометра, в него введены первый и второй сумматоры мощности,

упрашшемый генератор шума, блок делителей напряжения, блок режимов и сумматор напряжения, выход которого подключен к входу управления упрап-- ляемого аттенюатора, первый вход подключен к выходу датчика температуры, а второй вход - к выходу электронного переключателя, сигнальнь е входы

которого подключены к соответствую- гдим выходам блока делителей напряжения, а управляющие входы - к соответствующим выходами блока режимов, вход которого подключен к выхоДУ генератора опорного напряжения, а дополнительный выход - к управляющему входу модулятора, к второму сиг- нальнот-гу входу которого через первый сумматор мощности подключена эталонная нагрузка, а выход модулятора через второй Moii;t:ocTn подключен к входу предварителыгого усилителя, к вторым входам первого и второго сумматоров мощности подключены соответствуюпще выходы управляемого генератора шума, управляющий вход К(5торого подключен к второму выходу датчика температуры, при этом источника опорного напряжения

подключен к входу блока делителей напряжения,