Двухполяризационный модуляционный радиометр

 

Изобретение относится к СВЧ-измерительной 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 флуктуационной 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 двухполяризационного 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

0с (21) 4485624/09 (22) 22.09.88 (46) 07.02.91. Бюл. M 5 (71) Специальное конс рукторское бюро

Института радиотехники и электроники

АН СССР (72) В,С.Аблязов (53) 621.396.96:621.371 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1262418, кл. G 01 R 29/26, 1986.

1 l-я Всесоюзная радиоастрономическая конференция по аппаратуре, антеннам и методам. - Тезисы докл. Ереван, Изд -во АН

Арм. ССР, 1978, с. 101. (54) ДВУХПОЛЯРИЗАЦИОН НЫЙ МОДУЛЯЦИОННЫЙ РАДИОМЕТР (57) Изобретение относится к СВЧ-измерительной 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 иэмереИзобретение 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 флуктуационной чувствительности радиометра при приеме поляризованного излучения в коротковолновой части миллиметрового диапазона.

„... Ж„„1626206 А1 (я)5 G 01 К 29/08, G 01 S 13/95 ний, что достигается путем исключения иэ 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 пои длительности пропускания сигнала, в v2 превышающей длительность опорного излучения.

Оптимальная демодуляция сигнала в синхронном детекторе достигается путем введения трех ключей с делителем напряжения на выходе третьего ключа. Флуктуационная чувствительность ATj для каждой из ортогональных поляризаций сигнала составляет дТ = 1,21< То, где д Т вЂ” 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 двухполяризационного модуляционного радиометра; на фиг.2— структурная электрическая схема синхронного детектора; на фиг.3 — 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,квадЬ

1626206

55 дТ; =1,21Ио. ратичный детектор 10, синхронный детектор 11. формирователь 12 импульсов, гетеродин 13, сверхвысокочастотный переключатель 14, первый 15 и второй 1б 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.

Двух пол яризационн ый модул я ц ион н ы и радиометр работает следующим образом.

Измеряемый шумовой сигнал с ортогональными векторами излучения Е1 и Ez (температурами соответственно Т1 и Tz) принимается антенной 1 и модулируется с частотой F вращающимся дисковым глодулятором 2, с которым связан генератор 3 модулирующего напряжения пц. имеющего импульсы длительностью х с единичной амплитудой (фиг.3а). Далее модулированный сигнал проходит через волновод первого 4 и второго 5 направленных фильтров, разделяется в разделителе б поляризаций на два канала с новыми ортогональными векторами Е, и Еу. которые поступают на первый 7 и второй 8 смесители, включенные разной полярностью. Так как оси х и у разделителя б поляризаций развернуты на 45 относительно направлений векторов Е1 и

Ez то

Е =- -:((1 — m,)(Ü+Åz)) .

Еу — — — f (1 — m 1 ) (Е1 — Ег) ) .

1 2

Гетеродинные напряжения U> и Uy на смесители 7 и 8 подаются с общего гетеродина 13 через СВЧ-переключатель 14, а далее ллбо через первый аттенюатор 15 и первый направленный фильтр 4, возбуждая в круглом волноводе колебания с вектором

IJrl mz, параллельным вектору Е >, либо через второй аттенюатор 16 и второи наиравленный фильтр 5, возбуждая колебания с вектором 0а (1 — mz), параллельным Ez, где т2 — напряжение формы меандр с частогой

F и единичной амплитудой, подаваемой на управляющий вход СВЧ-переключателя 14 с выхода формирователя 12 импульсов. При этом окончание импульсов mz задержано по времени на t,/2 относительно окончания импульсов mi (фиг,Зб). Тогда

1 (Ural гл z + 0 2 (1 z)) ° ч2

0у = -7 — (0г1 гп z 0г2 (1 m o)) .

Выравнивание амплитуд в Ur 1 u Urz осуществляется аттенюаторами 15 и 16, 20

Таким образом, при прохождении напряжения гетеродина через направленный фильтр 4 (mz = 1), оно подается на смесители

7 и 8 в фазе, а при прохождении через направленный фильтр 5 (mz =- О) — в противофазе. Тогда сигналы с значением Е, и Еу и составляющие опорного сигнала температуры То, излучаемого диском модулятора 2, после преобразования с выходов смесителей 7 и 8 периодически то суммируются (при п12 = О), то вычитаются (при mz = 1). Результирующая форма модуляции сигналов с Т1, Tz и То, приведенная к входу радиометра с учетом значения температуры собственных шумов радиоглетра — Тго, показана на фиг.2.

После усиления в усилителе 9 п ромежуточной частоты эти сигналы детектируются квадратичным детектором 10 и с помощью ключеи 17 — 19 в синхронном детекторе 11 разделяются ио времени на три канала с соответствующими длительностями t 1 t 2 и t o с напряжениями, п ропорциональными

Т1 + Тш, Tz + Тщ и То + Тщ.

Управляющие напряжения п1 и п2 для работы первого и второго ключей 17 и 18 соответственно снимаются с второго и третьего выходов формирователя 12 импульсов, а mi для ключа 19 — с выхода генератора 3 глодулирующего напряжения (фиг.3г, д, а соответственно). Далее с помощью первого блока 21 вычитания и делителя 20 напряжения формируется разность напряжений с выходов первого и третьего ключеи 17 и 19, усиливается и фильтруется первым фильтром 23 низких частот, создавая на выходе среднее напряжение Vi, пропорциональное T> — To. Раэностное напряжение с выходов второго и третьего ключей 18 и 19 формируется вторым блоком 22 вычитания и фильтруется вторым фильтром

24 низких час от, создавая на выходе второе среднее напряжение Vz, пропорциональное

Т2 1о

»«>«> =tZ -— — — (to то)

1 а г1 г„. где to = — — период частоты модуляции Tï для исключения Тго из значении Vi 1-, Vz на выходе третьerc ключа коэффициенr,:ередачи делителя 20 напряжения

t o устанавливается равным К = —, Максиt ) мальная флуктуационная чувствительность в предлагаеглом радиометре по каждом выходуд Т, будет иметь место при го = тг2 г1и состдBит

1 ° . 6206 где д Tp — флуктуацион ная чувствительность радиометра при приеме еполлризсаанного излучения без модуляции напряжения гетеродина с обычным синхронным

1 детектором при г, =- — t., В известном двухполяризационном радиометре, работающим с фарадеевским переключателем поляризаций в сигнал ьчол1 тракте, д =2 дТО, т.е выигрыш y=-1,65оэза, не считая потерь в фарадеевском переключателе. Формирование импульсов напряжений п1 и п2 с соответствующими длительностями 0,29 tp, 0,29 tp ь 0,5 tp производится в формирователе 12 импульсов.

Таким образол, за счет протнвофазно модулированных ортогональных составляющих напряжения гетеродина, вводимых через направленные фильтры 4 и 5, осуществляется переключение поляризаций измеряемого сигнала с Е1 и Ер без применения переключателя поляризаций в сигнальном тракте, что очень существенно при работе радиометра в коротковолновой части л иллиметрового диапазона волн. Оптимальная обработка сигналов с составляющими Т;, Т2 и То при модуляция и синхронном детектировании также дает рост флуктугционной чувствительности, которая реализуе1ся при несимметричной модуляции сигнала дисковым модулятором 2 { t „ - 0,42 tp).

Формула изобретения

1, Двухполяризационный модуляцион ный радиометр, содержащи последовательно соединенные антенну, модулятор и первый направленный фильтр, последовательно соединенные первый сл1еситель, усилитель промежуточнои 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;;,орного напряжения подключен к второму входу синхронного детектора, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения флуктуационной чувствительности радиометра при приеме поляризованного излучения в коротковолновой части миллиметрово5, го диапазона. введены последовательно соединенные формирователь импульсов, сверхвысокочастотный переключатель, второй аттенюатор, второй направленный ответвитель, разделитель поляризаций и

10 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, 15 вход и второй выход сверхвысокочастотного переключателя подключены соответственно к выходу гетеродина и входу первого аттенюатора, второй вход второго направленного фильтра соединен с выходом пер20 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

25 второй выходы синхронного детектора являются первым и вторым выходами двухполяризационного модуляционного радиометра.

2. Радиометр по п.1. о т л и ч а ю щ и й30 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

35 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, 40 причем управляющие входы первого, второго, третьего ключей и соединенные вместе их сигнальные входы, э также выходы первого и второго фильтров низких частот являются соответственно четвертым, третьим, вто45 рым и первым входами, первым и вторым выходами синхронного детектора.

1626206

1626206

d/ г) Составитель С. Кочергов

Техред М.Моргентал Корректор Н, Ревская

Редактор Л. Зайцева

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 277 Тираж 410 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5