Радиометр Советский патент 1990 года по МПК G01R29/08 

Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к модуляционным радиометрам СВЧ диапазона, применяемым для приема и измерения электромагнитного излучения объектов, расположенных в непосредственной близости к антенне, например, для исследования собственного электромагнитного излучения биологических объектов, почвы, водных растворов и т.п.i

Целью изобретения является повышение точности измерения радиационной, температуры.

На чертеже приведена структурная электрическая схема радиометра. ,

Радиометр состоит из антенны 1, модулятора 2, направленного ответ- вителя 3 -усилителя 4 высокой частоты (УВЧ 4), квадратичного детектора 5, усилителя 6 низкой частоты (УНЧ 6), первого перемножителя 7, первого фильтра 8 нижних частот (ФНЧ 8), весового сумматора 9, делителя 10 напряжений, блока 11 регистрации, генератора 12 шума, коммутатора 13,второго перемно- хмтеля 14, второго фильтра 15 нижних

оь

оо

00

316

,частот (ФНЧ 15), блока вычитания ley третьего перемножителя 17, третьего фильтра 18 нижний частот (ФНЧ 18), задающего генератора 19, делителя 20 частоты,

Радиометр работает следующим образом.

Мощность теплового СВЧ излучения исследуемого объекта, пропорциональ- ная радиационной температуре Т объе- :кта, поступает на границу раздела ;антенна - объект. Часть мощности, пропорциональная TR, отражается от границы раздела и затухает в ере- де объекта ХК. -коэффициент отражения на границе раздела антенна - объект), Оставшаяся часть мощности, пропорциональная .

4

шумовой сигнал полноот закрытого модуляточерез направленный

и,

ш.

с.

(3)

где k С размерный коэффициент передачи радиометра от входа модулятора 2 до выхода усилителя б низкой частоты| постоянная составляющая напряжения, одинаковая для всех четырех.интервалов времени. 2. Вход направленного ответвителя 3 отключен от выхода антенны 1 От генератора 12 шума поступает на выход модулятора 2 через HanpaBJienHoM от- ветвитель 3 мощность шума с темпера

Изобретение относится к технике СВЧ. Цель изобретения - повышение точности измерения радиационной температуры. Радиометр содержит антенну 1, модулятор 2, направленный ответвитель 3, у-ль 4 высокой частоты, квадратичный детектор 5, у-ль 6 низкой частоты, перемножители 7, 14 и 17, фильтры 8, 15 и 18 нижних частот, весовой сумматор (ВС) 9, делитель 10 напряжений, блок регистрации 11, г-р 12 шума, коммутатор 13, блок вычитания (БВ) 16, задающий г-р 19 и делитель 20 частоты. Цель достигается введением ВС 9, делителей 10 и 20, коммутатора 13, перемножителей 14 и 17, фильтров 15 и 18 и БВ 16, с помощью которых формируется постоянное напряжение, пропорциональное радиационной температуре объекта, которое не зависит от коэффициента передачи радиометра и коэффициента отражения на границе раздела антенна-объект. 1 ил.

Т(1 - R) Т,

(1)

принимается антенной 1 и поступает

аа вход модулятора 2,

Задающий генератор 19 формирует управляющее напряжение меандр частотой F, а дедит.ель 20 частоты формирует управляющее напряжение меанд

Ь

F, 2nF.,(2)

частотой Frt, причем

И

где п - целое число 1,2,3,.,.,,

Управляющее напряжение меандр с частотой F( поступает на управляющий вход модулятора 2, который с частотой F, обеспечивает поочередное подключение и отключение выхода антенны 1 с входом направленного ответвителя 3« Управляющее напряжение меандр с частотой Fg осуществляет модуляцию мощности генератора 12 шума поочередно до шумовых температур

Тц|я, Поскольку фазы колебаний управляющих напряжений синхронизированы, а частоты связаны соотношением (2), имеют место четьгое повторяющихся интервала времени, обусловленные различными состояниями модулятора 2 и генератора 12 шума.

Покажем чем определяются мгно венные значения напряжения U , Ugp и, 4. возникающие на выходе усилителя 6 низкой частоты для каждого интервала времени, ,:

. модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой

20 турой Ту,, далее аналогично первому интервалу времени имеем;

5

0

0

5

и kTy

С, (4)

3, Вход направленного ответвителя 3 подключен к выходу антенны 1. Мощность теплового СВЧ излучения, принятая антенной, согласно (1) поступает через модулятор 2, направленный ответвитель 3 на выход усилителя 6 низкой частоты. От генератора 12 шума поступает на выход модулятора 2 через направленный ответвитель 3 мощность шума с температурой Т.. , далее этот шумовой сигнал проходит через открытьй модулятор 2 в антенну 1, частично отражается от границы раздела антенна - объект-- с коэффициентом отражения R, проходит через открытый модулятор 2, направленный ответвитель 3, на выход усилителя 6 низкой частоты. При этом мгнопенное - значение напряжения, возникающее на выходе усилителя 6 для третьего интервала времени, пропорционально сумме мощностей следующих сигналов:

и kT(1 - R) +

,К

С. (5)

16

усилителя 6 низкой частоты аналогично третьему интервалу времени. При этом на его выходе возникает мгновенное значение нацряжения

U4. kT(1 - R + + С, (6).

Выходное нагфяжение УКЧ б поступает на входы первого перемножителя 7 и коммутатора 13, На второй вход первого перемножителя 7 подается меандр с частотой У„. При этом на его выходе после фильтрации в первом ФНЧ 8 с заданной постоянной времени 1/У полу- чаем постоянное напряжение

Uj., и, + U4- и,- U,j 2kT(1 - R)

-kCTy,+ Tu4)(l-R).

(7)

напряжение УНЧ 6 через 13 поочередно подается на го 14 и третьего 17 перес частотой управляющего На вторые входы обоих лей подается опорный меандр,, ,

и ли i сЛЬ

F,. При этом на выходах и третьего 17 перемножите- глаживания во втором ФНЧ м ФНЧ 18 с заданной поемени получаем соответст- янные напряжения

20Фор

30

Рад тельно тор на

ный дет тоты, фильтр ратор, соедине го | отзе о тл с цель ния рад ны посл тель ч ремнож частот матор довател множит частот входом выход входом которо гистра частоты входом ционны первьм ля, вы с упра вторым выход с упра ма и с третье

СГ k(T,,,,- Т,.,,)

Ы2

(8)

и,

(T.yj.TU,,)R(9)

После прохождения сигналов (8) и (9) через блок 16 вычитания получаем напряжение

и,

и„- U,, k(Ty,Т,.,)(1 - R)j(10)

которое поступает в качестве делителя в делитель 10 напряжений и на пер- вьй вход весового сумматора 9 дяя компенсации постоянной составляющей напряжения чием в (7) Причем коэорфициенты передачи входов йесового сумматора 9 выбираются таким образом, чтобы выполнялось равенство

I d обусловленной нали- члена k(r,,+ Ty)(1-R),

а(Т,,„- T,,,J Ь(Тш,- Тш,),

Чи) где а

(11)

шг. Ш1

b - коэффициенты передачи соответственно второго и первого входов сумматора.

Таким oбpaзo ;, на второй вход делителя 10 напряжений в качестве делимого поступает напряжение

U 2kaT(1-R),

(12)

a после проьЁдекия i-nepairH деления на вход блока i1 регистрации поступа

ет nocTOHiiaoe HanpKXvejiHe

г y.t ..--2kaTCj -R)2а

сг

,)0-)

ф ..Ф - iJr(13)

которое пропорщтокзльно радиационной температуре объекта, не зависит от коэффициента пе; едлчк радиометра и коэффициента отражения на границе раздела антенна - объек, Постоянные коэффициенты а и Ъ определяются в процессе калибровки прибора.

,, ,

20Формула изобре/тения

, ,

и ли i сЛЬ

0

5

О

5

0

с

Радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, модулятор направленный ответвитель, усивысокой частоты, квадратичный детектор, усилитель низкой частоты, первый перем-ножитель и первый фильтр нижних частот, зaдaюIIp й генератор, генератор , выход которого соединен с вторым входом направленного | отзетвители5 и блок регистрации, о тличающий ся тек, что, с цель:о поньгшенчп точности измерения радиаг иокной TeMne JaTypM, введены последовательно соединенные делитель частоты, коммутатор), второй :« ремножитель, второй фильтр нижних частот., блок вычитание, весовой сумматор и делитель напряжений, последовательно соединенные третий перемножитель н третий fjjHjibTp нижних частот, выход которого соединен с входом вычитания блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом делителя напряжений, выход которого соеднпел с входом блока регистрации, выход усилителя низкой частоты соединен с икформа1,конньм входом коммутатора, второй информационный вьп- од которог о соединен с первьм входом третьего перемножителя, выход делителя частоты соединен с управляю11Ц м Ехо,цим модулятора и вторым входом первого ггеремножителя, выход задающего генератора соедине. с управля ошим пходсм генератора шу- , ма и с вторыми входами второго и третьего псремножителей.

N NX ч N N N Ч