СВЧ-поляриметр Советский патент 1991 года по МПК G01R29/10 

J1

Изобретение относится к измерения в антенной технике и может быть использовано в радиолокационных системах для определения полных поляриза- ционных параметров принимаемого СВЧ- сигнала, а также в метеорологических целях для исследования облаков.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема СВЧ-поляриметра-, на фиг.2 - диаграммы управляющих импульсов напряжений (а, Ь, с, d, e) и огибающая низкочастотного сигнала на выходе детектора (f).

СВЧ-поляриметр содержит разделитель поляризации 1, первый, второй, третий, .четвертый модуляторы 2-5, щелевой мост 6, сумматор 8, СВЧ-уси- литель 9, детектор 10, первый, второй, третий, четвертый, пятый ключи 11 - 15, первый, второй, третий, четвертый, пятый интеграторы 16 - 20, блок 21 суммирования и вычитания, ре гистратор 22 генератора 23 опорного напряжения и формирователя 24 сигна

лов, при этом выход антенны 7, принимающей две ортогональные составляющие СВЧ-поля, соединен с входом разделителя поляризации 1, первый и второй выходы которого соответственно через второй 3 и третий 4 модуляторы соединены с первым и вторым входами щеле- вого моста 6, первый и второй выходы которого соответственно через первый 2 и четверт ый 5 модуляторы соединены с первым и вторым входами сумматора 8 выход которого через СВЧ-усилитель 9 соединен с входом детектора 10, выход которого соединен с входами первого 11, второго 12, третьего 13, четвертого 14 и пятого 15 ключей, выходы которых через первый 16, второй 17, третий 18, четвертьй 19 и пя- тый 20 интеграторы соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока 21 суммирования и вычитания, выходы которого соединены с входами регистратора 22. Выход генератора опорного напряжения 23 соединен с входом формирователя 24 сигналов, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соответственно соединены с управляющими входами первого модулятора 2 и первого ключа 11, второго модулятора 3 и второго ключа 12, третьего модулятора 4 и третьего ключа 13,

четвертого модулятора 5 и четвертого ключа 14, а пятый выход соединен с управляющим входом пятого ключа 15. |

СВЧ-поляриметр работает следующим образом.

Рассмотрим работу поляриметра при приеме .СВЧ-сигнала наиболее общего вида - частично поляризованного. В этом случае на выходах разделителя поляризации 1 имеем

jLot+cMtO

Еое

V

j(GJt+4 0

V

j tf-fc+tf«i(tn

V

J()

- амплитуда напряженности,

- случайные начальные фазы

горизонтального и вертикального компонент неполяризованной части СВЧ-сигнала{

,

Ец, tf u - амплитуды напряженностей и

начальные Лазы соответствен- но горизонтального и вертикального компонент поляризованной части СВЧ-сигнала} СО - циклическая частота принимаемого сигнала.

Эти сигналы модулируются вторым 3 и третьим 4 модуляторами, преобразовываются в смешанные сигналы щелевым мостом 6, затем повторно модулируются первым 2 и четвертым 5 модуляторами, суммируются сумматором 8, усиливаются СВЧ-усилителем 9 и подаются на вход детектора 10.

На вход детектора 9 поступает сиг

К е

в

ЦА4||||Л,Ц. ||А2||Д (2)

5 0

Ч

где || Л, || f,(t) О

О

f4(t)

5

1|Л,

Я

1 -J

2 |Н 1

-матрица преобразования второго 3 и третьего 4 модуляторов;

-матрица преобразования щелевого моста 6}

II A, I fz(t) О

f,(t)

Kll

J

2

- матрица преобразования первого 2| с и четвертого 5 модуляторов;

1 1

- матрица преобразования сумматора 8 Г

К - коэффициент усиления СВЧ-усили- теля 9,

0 - разность фаз,вносимая СВЧ-усили- телем 9: t(O, fa(t),

fj(O ) - функции передачи первого, второго 3, третьего 4 и четвертого 5 модуляторов.

Модуляторы работают по принципу Да или Нет, когда на управляющий

10

20

25

15

0

вход модулятора подается напряжение, тогда СВЧ-сигнал поглощается и дальше не проходит, а если на управляющем входе модулятора отсутствует напряжение, то СВЧ-сигнал беспрепятственно проходит через него. Такие модуляторы могут быть выполнены на СВЧ поглощающих p-i-n аттенюаторах. По принципу Да или Нет работают также ключи, однако если на управляющем входе ключа есть напряжение, то низкочас- тотный сигнал проходит через него беспрепятственно, и наоборот, при отсутствии управляющего напряжения ключ разомкнут и низкочастотный сигнал через него не проходит. Если учесть, что на управляющие входы первого 2, 1 второго 3, третьего 4, четвертого 5 модуляторов подаются от формирователя 24 сигналов импульсы, имеющие вид, показанный на Фиг.2а, Ь, с, d, то нетрудно видеть, что

5

25

Изобретение относится к технике антенных измерений. Цель изобретения Ж. повышение чувствительности. СВЧ-поля- риметр содержит разделитель 1 поляризации, модуляторы 2-5, щелевой мост 6, сумматор 8, СВЧ-усилитель 9, детектор 10, ключи 11-15, интеграторы 16 - 20, блок 21 суммирования и вычитания, регистратор 22, генератор 23 опорного напряжения иформирователь 24 сигналов. Такое выполнение поляриметра обеспечивает фиксирование на регистраторе 22 всех четырех параметров Стокса, т.е. полной поляризационной картины электромагнитного поля для полностью и частично поляризованных и неполяризованных электромагнитных волн. 2 ил. I (Л LHJL % S i to Ш Фиг А

О, при 2-пп Ј Q t --IT + 2$

и n

1, при остальных значениях Qt;

0,при 2W + -|-fe Q + 2fn

1,при остальных значениях Qt;

IT +

0,при 2tfn + -|-1U QtЈ-|1,при остальных значениях Q t;

jv.Я

О,при 2ип + ---7 6Qtfe2ir(n +

1, при остальных значениях nt,

где И - циклическая частота модуляции.40

На выходе детектора 10 имеем низкочастотный сигнал

ил

Е Е,

(4)

огибающая которого показана на фиг.2Ј где ОС- постоянный коэффициент, зависящий от параметров детектора 9

Рассмотрим отдельные участки огибающей в отдельности.

Участок Up (фиг.2Ј) получается, когда на управляющие входы второго модулятора 3 и первого ключа 11 подано напряжение, т.е. модулятор 3 заперт, а остальные модуляторы и ключи открыты.

Тогда f(t) 0, f2(t) f3(t) f(t) 1 и учитывая выражение (2), имеем

и n

IT +

2ttn

О

(3)

К е

) 47

#

о0 1

1 -J

-л

1

О

о

1 )б

- Ке (1 - J)EJ,

Ei

(5)

С учетом уравнений (1), (4) и (5) напряжение Up будет

UD, -гК2ГЕ2о + 6

Так как в этом случае открыт только первый ключ 11, то сигнал , проходя через него и первый интегратор 16, преобразуется в постоянное напряжение прямо пропорциональное Up,, т.е.

U, + (7)

где С - постоянный коэффициент. Второй участок огибающей М (фиг.2Ј) получается, когда заперт первый модулятор 2 и открыт второй ключ 12, тогда f(t) fj(t)

Учитывай уравнения (1), (4), (8),

имеем

U

D2

-г- К2 Г2Е2

L. О

Ег х

4

,Sin9

ли аналогично выражению

2E,EV

Ч + (9)

(7)

U,

2E.,Eusin t

-§-

М1,

Ч

Ч

(10)

где г разность фаз между

вертикальной и горизонтальной составляю щей поляризованной. части СВЧ-сигнала. Участок UJJJ-. огибающей (фиг.2Ј) пб лучается, когда все модуляторы откры ты, открыт также пятый ключ 15, Тогда f4(t) « ffc(t) - f3(t) - f4(t) - 1

Аналогично выводам (7) и (10) в этом случае получаем

- Ч

,

4 2ExE4sin0j; Таким образом

V

(10

+

Ч

Е2 - 3

(12)

U,

.(13)

Напряжения U, Ug, Uj, U., U- с выходов интеграторов 16-20 подаются на входы устройства суммирования и 50 вынитания 21, которое производит действия суммирования и вычитания напряжений U - Uy, формируя на выходе сигналы, соответствующие параметрам Стокса55

С 2Е

U, + U4

о + П

V U2-U3 C-2ExEasin ;

(I4i

U И5 - (Цг + U,) 2-СЕхЕ совф

Q Ц, - l - Е|.

Как видно из выражений (14), на регистраторе 22 фиксируются все четыре параметра Стокса, т,е, полная поляризационная картина электромагнит- ного поля. Из выражений (14) видно, что для полностью поляризованной электромагнитной волны (Е 0)

Q2 + U + V2 I2 ;

(15)

15

для частично поляризованной электромагнитной волны

qz + jj« + v2 L I2 ;

(16)

0

5

0

5

0

45

50 5

для неполяризованной электромагнитной волны

, I 0. (17)

Формула изобретения СВЧ-поляриметр, содержащий последовательно соединенные антенну, предназначенную для приема двух ортогональных составляющих исследуемого поля, и разделитель поляризации, последовательно соединенные первый модулятор, сумматор, СВЧ-усилитель и детектор, выход которого соединен с входами первого, второго и третьего ключей, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами фор- мирователя сигналов, первый выход которого соединен с управляющие входом первого модулятора, а вход - с генератором опорного сигнала, индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, введены второй, третий и четвертый модуляторы, щелевой мост, четвертый и пятый ключи, первый, втор.-л, третий, четвертый и пятый интеграторы, блок суммирования и вычитания, при этом первый и второй выходы разделителя поляризации соответственно через второй и третий модуляторы соединены . с первым и вторым входами щелевого моста, первый выход которого соединен с входом первого модулятора, а вто- рой - с входом четвертого модулятора, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход детектора соединен с входами четвертого и пятого ключей, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока формирования сигналов, выходы первого, второго, третьего, четвертого и пятого ключей через соответствующие интеграторы соединены с входами блока суммирования и вычитания, выход которого соединен с индикатоМ,К1 |

M2.KZ

ЩХЗ i

ЩК4

Q

ром, при этом управляющие входы второго, третьего и четвертого модуляторов соединены с соответствующими вы-| ходами блока формирования сигналов.

А

фиг. 2