Двухполяризационный модуляционный радиометр Советский патент 1991 года по МПК G01R29/08 G01S13/95 

ратичный детектор 10, синхронный детектор 11. формирователь 12 импульсов, гетеродин 13. сверхвысокочастотный переключатель 14, первый 15 и второй 16 аттенюаторы. Синхронный детектор (фиг.2) содержит первый 17, второй 18 и третий 19 ключи, делитель 20 напряжения, первый 21 и второй 22 блоки вычитания, первый 23 и второй 24 фильтры низких частот.

Двухполяризационный модуляционный радиометр работает следующим образом

Измеряемый шумовой сигнал с ортогональными векторами излучения EI и Е (температурами соответственно Ti и Т) принимается антенной 1 и модулируется с частотой F вращающимся дисковым модулятором 2, с которым связан генератор 3 модулирующего напряжения т. имеющего импульсы длительностью т„ с единичной амплитудой (фиг.За). Далее модулированный сигнал проходит через волновод первого 4 и второго 5 направленных фильтров, разделяется в разделителе 6 поляризаций на два канала с новыми ортогональными векторами Ех и Еу. которые поступают на первый 7 и второй 8 смесители, включенные разной полярностью. Так как оси х и у разделителя 6 поляризаций развернуты на 45° относительно направлений векторов Ei и Еа. то

-mi)(Ei+E2)l

-m,)(Ei-E2)l .

Гетеродинные напряжения Ux и Uy на смесители 7 и 8 подаются с общего гетеродина 13 через СВЧ-переключатель 14, а далее либо через первый аттенюатор 15 и первый направленный фильтр 4, возбуждая в круглом волноводе колебания с вектором Urv Го2, параллельным вектору Ei. либо через второй аттенюатор 16 и второй направленный фильтр 5, возбуждая колебания с вектором Ur2 (1 - то), параллельным Е2, где тг - напряжение формы меандр с частотой F и единичной амплитудой, подаваемой на управляющий вход СВЧ-переключателя 14 с выхода формирователя 12 импульсов. При этом окончание импульсов гт)2 задержано по времени на г0/2 относительно окончания импульсов mi (фиг.36). Тогда

Ux - lUri m 2 + Ur2 (1 m 2).

Uy - Uri m 2 - Uf2 p - m 2).

Выравнивание амплитуд в Un и Ur2 осуществляется аттенюаторами 15 и 16

Таким образом, при прохождении напряжения гетеродина через направленный фильтр 4 (пл2 1). оно подается на смесители 7 и 8 в фазе, а при прохождении через направленный фильтр 5 (гп2 - 0) - в противофа- зе. Тогда сигналы с значением Ех и Еу и составляющие опорного сигнала температуры Т0, излучаемого диском модулятора 2. после преобразования с выходов смесителей 7 и 8 периодически то суммируются (при ГЯ2 0), то вычитаются (при гг)2 1). Результирующая форма модуляции сигналов с Ti, Т2 и То, приведенная к входу радиометра с учетом значения температуры собственных

шумов радиометра - Тш. показана на фиг.2.

После усиления в усилителе 9 промежуточной частоты эти сигналы детектируются квадратичным детектором 10 и с помощью ключей 17 - 19 в синхронном детекторе 11 разделяются по времени на три канала с соответствующими длительностями г 1 ,г 2 и т 0 с напряжениями, пропорциональными

Ti + Тш, Т2 + Тш и То + Тш.

Управляющие напряжения m и П2 для работы первого и второго ключей 17 и 18 соответственно снимаются с второго и третьего выходов формирователя 12 импульсов, a mi для ключа 19 - с выхода генератора 3 модулирующего напряжения (фиг Зг, д, а соответственно). Далее с помощью первого блока 21 вычитания и делителя 20 напряжения формируется разность

напряжений с выходов первого и третьего ключей 17 и 19. усиливается и фильтруется первым фильтром 23 низких частот, вая на выходе среднее напряжение Vi, пропорциональное Ti - 10. Разностное напряжение с выходов второго и третьего ключей 18 и 19 формируется вторым блоком 22 вычитания и фильтруется вторым фильтром 24 низких часичт, создавая на выходе второе среднее напряжение V2, пропорциональное

Т2-Т0.

Так какг т r2 2-(t0 -т0) ,

a TI г0 . где to - -F - период частоты

0 модуляции то для исключения Тш из значений Vi i, Vi на выходе третьего ключа коэффициент , ередачи делителя 20 напряжения

устанавличается равным К Д Мэкси1 1

5 мальная флуктуациончая чувствительность в предлагаемом радиометре по каждому выходу б Т, будет иметь место при г 0 V2 г -|И составит

дТ, 1.21 УГо .

где д Т0 - флуктуэционнэя чувствительность радиометоа прк приеме мйполтризсэанно- го излучения без модуляции напряжения гетеродина с обычным синхронным

детектором при г., , . В известном

двухполяризационном радиометре, работающим с фарадеевским переключателем поляризаций в сигнальном тракте, д Г, - 2 (5Т0, т.е выигрыш у 1.65 саза, не считая потерь в фарадеевском переключателе. Формирование импульсов напряжений щ и П2 с соответствующими длительностями 0,29 to, 0.29 to и 0,5 t0 производится в формирователе 12 импульсов. Таким образом, за счет противофязно модулированных ортогональных составляющих напряжения гетеродина, вводимых через направленные фильтры 4 и 5, осуществляется переключение поляризаций измеряемого сигнал а с Ei и EJ без применения переключателя поляризаций в сигнальном тракте, что очень существенно при работе радиометра в коротковолновой части миллиметрового диапазона волн. Оптимальная обработка сигналов с составляющими Т,, Т-2 и То при модуляция 1,1 синхронном де гекти- ровании также дзет рост флукту ционной чувствительности которая реализуется при несимметричной модуляции сигнала дисковым модулятором 2 ( i 0,42 to). Формула изобретения 1. Двухполяризационный модуляцион ный радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, модулятор и первый направленный фильтр, последовательно соединенные первый смеситель, усилитель промежуточной частоты, квадратичный детектор и синхронный детектор, а также генератор модулирующего напряжения, гетеродин и первый аттенюатор, подключенный к второму входу первого направленного фильтра, причем второй выход модулятора через генератор .юрного напряжения подключен к второму входу синхронного детектора, отличающийс я тем, что, с целью повышения флуктуаци- онной чувствительности радиометра при приеме поляризованного излучения в коротковолновой части миллиметрово- 5. го диапазона, введены последовательно соединенные формирователь импульсов, сверхвысокочастотный переключатель, второй аттенюатор, второй направленный от- ветвитель, разделитель поляризаций и 0 второй смеситель, причем вход формирователя импульсов подключен к выходу генератора модулирующего напряжения, а второй и третий выходы подключены к третьему и четвертому входам синхронного детектора, 5 вход и второй выход сверхвысокочастотного переключателя подключены соответственно к выходу гетеродина и входу первого аттенюатора, второй вход второго направленного фильтра соединен с выходом пер0 вого направленного фильтра, второй выход разделителя поляризаций соединен с входом первого смесителя, а выход второго смесителя подключен к входу усилителя промежуточной частоты, причем первый и

5 второй выходы синхронного детектора являются первым и вторым выходами двух- поляризационного модуляционного радиометра.

2. Радиометр поп.1,отличающий0 с я тем, что синхронный детектор выполнен в виде последовательно соединенных первого ключа, первого блока вычитания и первого фильтра низких частот, последовательно соединенных второго ключа, второго

5 блока вычитания и второго фильтра низких частот, а также делителя напряжения и третьего ключа, подключенного через делитель напряжения к соединенным вместе вторым входам первого и второго блоков вычитания,

0 причем управляющие входы первого, второго, третьего ключей и соединенные вместе их сигнальные входы, а также выходы первого и второго фильтров низких частот являются соответственно четвертым, третьим, вто5 рым и первым входами, первым и вторым выходами синхронного детектора.

Фиг.I

Фиг. 3

Изобретение относится к СВЧ-измери- тельной технике, а именно к устройствам измерения мощности теплового радиоизлучения одновременно на двух ортогональных поляризациях, и может быть использовано в радиоастрономии, радиометеорологии и при исследовании природных ресурсов Земли Изобретение позволяет повысить флуктуационную чувствительность измереИзобретение относится к сверхвысокочастотной (СВЧ) измерительной технике, а именно к технике измерения мощности теплового радиоизлучения одновременно на двух ортогональных поляризациях, и может быть использовано в радиоастрономии, радиометеорологии и при исследовании природных ресурсов Земли. Цель изобретения - повышение флукту- ационной чувствительности радиометра при приеме поляризованного излучения в коротковолновой части миллиметрового диапазона ний, что достигается путем исключения из сигнального канала радиометра переключателя ортогональных поляризаций с реализацией этого переключения в смесителях. Такое переключение осуществляется путем поочередной подачи сигнала гетеродина через два направленных фильтра, возбуждающих в сигнальном тракте радиометра два ортогональных сигнала гетеродина, развернутых на 45° по отношению к осям разделителя поляризаций Максимальная чувствительность достигается при длительности пропускания сигнала, в 2 превышающей длительность опорного излучения. Оптимальная демодуляция сигнала в синхронном детекторе достигается путем введения трех ключей с делителем напряжения на выходе третьего ключа. Флуктуационная чувствительность дТ, для каждой из ортогональных поляризаций сигнала составляет (УТ| 1,2VTo где д Т0 - чувствительность обычного одноканального радиометра с тем же приемником при приеме только одной поляризации 1 з п ф-лы,3 ил На фиг.1 представлена структурная электрическая схема двухполяризационно- го модуляционного радиометра; на фиг.2 - структурная электрическая схема синхронного детектора, на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу радиометра. Двухполяризационный модуляционный радиометр содержит (фиг.1) антенну 1, модулятор 2, генератор 3 модулирующего напряжения, первый 4 и второй 5 направленные фильтры, разделитель 6 поляризаций, первый 7 и второй 8 смесители, усилитель 9 промежуточной частоты.квадСО С о ю Os го о о