Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

НУЛЕВОЙ РАДИОМЕТР - Патент РФ 2091805
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
НУЛЕВОЙ РАДИОМЕТР
НУЛЕВОЙ РАДИОМЕТР

НУЛЕВОЙ РАДИОМЕТР

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для измерения мощности радиоизлучения шумового характера. Сущность изобретения: устройство содержит антенну, подключенную к первому СВЧ-выключателю, циркулятор, радиометрический приемник, генератор тактовой частоты и две согласованные нагрузки, одна из которых подключена к входу второго СВЧ-выключателя. Введены два четвертьволновых отрезка линии передачи, компаратор, реверсивный счетчик, три регистра, три цифро-аналоговых преобразователя, два термоэлектрохолодильника, мультиплексор, делитель частоты на "2", делитель частоты на "3" и сдвиговый регистр. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2091805
Класс(ы) патента: G01R29/08, G01S13/95
Номер заявки: 5068302/09
Дата подачи заявки: 01.09.1992
Дата публикации: 27.09.1997
Заявитель(и): Конструкторское бюро "Экологическая и медицинская аппаратура"
Автор(ы): Гаврилов Ю.П.; Дорофеев В.А.; Кубланов В.С.; Сиротин А.И.; Пальцев А.И.; Котюнин В.А.
Патентообладатель(и): Конструкторское бюро "Экологическая и медицинская аппаратура"
Описание изобретения: Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в медицине, радиоастрономии и других областях народного хозяйства для измерения мощности радиоизлучения шумового характера.
Известны нулевые радиометры, предназначенные для измерения мощности радиоизлучения шумового характера, в которых нестабильность их коэффициента передачи не вызывает появления погрешности измерения. Например, нулевой радиометр (Николаев А. Г. Перцов С.В. Радиотеплолокация. М. Советское радио, 1964, с. 111-115) состоит из антенны, модулятора, радиометрического приемника, синхронного детектора, фильтра низкой частоты, усилителя постоянного тока, регулируемого генератора шума, содержащего собственно генератор шума и управляемый аттенюатор, и генератора модулирующего сигнала.
В известных нулевых радиометрах измеряемый сигнал сравнивается с регулируемым сигналом эталонного генератора шума, например, активного (лампового или полупроводникового) или пассивного ("абсолютно черное тело") в сочетании с электронными аттенюаторами (Техника средств связи. Серия Радиоизмерительная техника, вып. 6, 1982).
Недостатком известных нулевых радиометров является большая абсолютная погрешность измерения мощности радиоизлучения шумового характера, обесловленная следующими причинами:
нестабильностью и нелинейностью регулируемого генератора шума, которая может достигать величин 10-20% в частности, за счет нестабильности и нелинейности электронных аттенюаторов (Техника средств связи. Серия Радиоизмерительная техника, вып. 6, 1982);
дрейфом постоянной составляющей и коэффициента усиления активных аналоговых элементов, входящих в состав синхронного детектора, усилителя постоянного тока и фильтра низкой частоты;
смещением оценки мощности радиоизлучения, вызванной радиотепловым излучением антенны и модулятора, которая изменяется с изменением температуры окружающей среды;
зависимостью показаний радиометра от коэффициента отражения на границе среда антенна.
Наиболее близким из известных является радиометр (патент США N 3628151, кл. H О4 B 1/06, 1971), который содержит антенну, первый и второй СВЧ-выключатель, направленный ответвитель, радиометрический приемник, генератор тактовой частоты, первую согласованную нагрузку, вторую согласованную нагрузку, первый синхронный детектор и второй синхронный детектор.
Такой нулевой радиометр уменьшает погрешности, обусловленные нестабильностью генератора шума и дрейфом постоянной составляющей и коэффициента усиления синхронного детектора, реализуемого аналоговыми элементами. Вместе с тем, такое построение нулевого радиометра не устраняет погрешностей, обусловленных измерениями, при вариациях температуры окружающей среды, шумового излучения антенны и циркулятора, а также реально включенной между ними кабельной системы. Не устраняется и зависимость показаний радиометра от величины коэффициента отражения на границе среда антенна в диапазоне его значений, наблюдаемых на практике.
Сущность изобретения заключается в том, что решается задача уменьшения абсолютной погрешности измерения шумовой температуры квазистационарного теплового излучения.
Для этого в нулевой радиометр, содержащий последовательно соединенные антенну, СВЧ-выключатель, направленный ответвитель, радиометрический приемник, генератор тактовой частоты и две согласованных нагрузки, одна из которых подключена к входу второго СВЧ-выключателя, введены дополнительно компаратор, последовательно соединенные первый цифро-аналоговый преобразователь и первый термоэлектрохолодильник, установленный в тепловом контакте с другой согласованной нагрузкой, которая подключена к первому входу СВЧ-ответвителя, выполненного в виде циркулятора, к второму входу которого через введенные первый и второй четвертьволновые отрезки линии подключены выходы соответственно первого и второго СВЧ-выключателей, а к третьему входу подключены последовательно соединенные радиометрический приемник, компаратор и реверсивный счетчик, к выходу которого подключены последовательно соединенные первый регистр и второй цифро-аналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, второй регистр, выход которого соединен с входом первого цифро-аналогового преобразователя, последовательно соединенные третий регистр, третий цифро-аналоговый преобразователь и второй термоэлектрохолодильник, мультиплексор, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, а первый, второй и третий входы с выходами соответствующих регистров, при этом выход генератора тактовой частоты соединен с третьим входом реверсивного счетчика и с последовательно соединенными делителем частоты на "2", делителем частоты на "3" и сдвиговым регистром, причем выход делителя частоты на "2" соединен также с вторым входом сдвигового регистра и четвертым входом реверсивного счетчика, выход делителя частоты на "3" соединен также с вторым входом первого регистра, первый выход сдвигового регистра соединен также с вторыми входами первого СВЧ-выключателя и второго регистра, второй выход сдвигового регистра соединен с вторыми входами второго СВЧ-выключателя и третьего регистра, первый, второй и третий управляющие входы мультиплексора соединены, соответственно, с первым и вторым выходами сдвигового регистра и выходом делителя частоты на "3", а второй термоэлектрохолодильник и вторая согласованная нагрузка находятся в тепловом контакте между собой и введенным датчиком температуры, выход которого является выходом радиометра.
Введенные изменения позволяют реализовать в нулевом радиометре два процесса авторегулирования.
Первое уравнение авторегулирования реализуется при подстройке температуры первой согласованной нагрузки таким образом, чтобы выполнялось условие
TT(1-r) + (TΣ+ dT)(r-1)=0, (1)
где
Т термодинамическая температура первой согласованной нагрузки
или
Tт= TΣ + T˙α (2),
Второе уравнение авторегулирования реализуется путем подстройки температуры второй согласованной нагрузки к величине суммарного шумового СВЧ-излучения кабельной системы, циркулятора и первой согласованной нагрузки, т. е.
T1= TΣ + T˙α (3)
Следовательно, в процессе измерения определяется суммарное СВЧ-излучение элементов тракта и исключается его влияние и коэффициента отражения на показания нулевого радиометра. При этом из (2) и (3) следует, что термодинамическая температура второй согласованной нагрузки равняется радиотепловой температуре объекта, т.е.
T1 Tт.
Таким образом, новая совокупность существенных признаков позволяет получить на выходе радиометра несмещенные оценки радиотепловой температуры объекта в диапазоне температур окружающей среды и наблюдаемых на практике изменениях коэффициента отражения.
На фиг.1 изображена блок-схема; на фиг.2 эпюры сигналов заявляемого нулевого радиометра.
Нулевой радиометр содержит последовательно соединенные антенну 1, первый СВЧ-выключатель 2, первую четвертьволновую линию 3, циркулятор 4, радиометрический приемник 5, компаратор 6, реверсивный счетчик 7, первый регистр 8 и второй цифро-аналоговый преобразователь 9, выход которого соединен с вторым входом компаратора 6, последовательно соединенные вторую согласованную нагрузку 10, второй СВЧ-выключатель 11 и вторую четвертьволновую линию 12, выход которой также, как и первой четвертьволновой линии 3 соединен с входом циркулятора 4, последовательно соединенные второй регистр 13, первый цифро-аналоговый преобразователь 14 и первый термоэлектрохолодильник 15, последовательно соединенные третий регистр 16, третий цифро-аналоговый преобразователь 17, второй термоэлектрохолодильник 18, последовательно соединенные генератор тактовой частоты 19, делитель частоты на "2" 20, делитель частоты на "3" 21 и сдвиговый регистр 22, первый и второй выходы которого соединены соответственно с вторыми входами второго 13 и третьего 16 регистров, первую согласованную нагрузку 23, выход которой соединен с вторым входом циркулятора 4, мультиплексор 24, выход которого соединен с третьим входом реверсивного счетчика 7, а первый, второй и третий входы соединены соответственно с выходами первого 8, второго 13 и третьего 16 регистров, и датчик температуры 25, выход которого является выходом нулевого радиометра, причем выход генератора тактовой частоты 19 соединен также со счетным входом реверсивного счетчика 7, выход делителя частоты на "2" 20 соединен с вторым входом сдвигового регистра 22 и четвертым входом реверсивного счетчика 7, выход делителя частоты на "3" 21 соединен также с вторым входом первого регистра 8, первый выход сдвигового регистра 22 соединен также с вторыми входами СВЧ-выключателя 11 и второго регистра 13, второй выход регистра сдвигового 22 соединен с вторыми входами второго СВЧ-выключателя 11 и третьего регистра 16, первый, второй и третий управляющие входа мультиплексора 24 соединены соответственно с первым и вторым выходами сдвигового регистра 22 и выходом делителя частоты на "3" 21, первые согласованная нагрузка 23 и термоэлектрохолодильник 15 находятся в тепловом контакте, а также в тепловом контакте находятся второй термоэлектрохолодильник 18, вторая согласованная нагрузка 10 и датчик температуры 25.
Нулевой радиометр работает следующим образом.
При закрытых первом СВЧ-выключателе 2 и втором СВЧ-выключателе 11 в соответствии с модуляцией, осуществляемой сигналами, поступающими с первого выхода UM1 (фиг. 2г) и второго выхода UM2 (фиг.2д) сдвигового регистра 22, шумовое радиоизлучение с выхода первой согласованной нагрузки 23 проходит в прямом и обратном направлениях циркулятор 4, отражаясь при этом от замкнутых на конце первой 3 и второй 12 четвертьволновых линий, преобразуется в радиометрическом приемнике 5 и поступает на вход компаратора 6 (фиг.2ж, позиция Т). В начале рассматриваемого такта модуляции в соответствии с управляющими сигналами UM и UM3 из первого регистра 8 через мультиплексор 24 в реверсивный счетчик 7 происходит запись содержимого реверсивного счетчика 7 на предыдущем такте модуляции UM3, сохраняющегося в первом регистре 8. На выходе компаратора 6, при превышении порога шумовым видеосигналом UпрM (фиг. 2ж), образуется уровень логической "1", в противном случае уровень логического "0". Значение порога, формируемого вторым цифро-аналоговым преобразователем, определяется содержимым реверсивного счетчика 7 на предыдущем такте модуляции UM3. Запись в реверсивный счетчик 7 производится с частотой сигнала генератора тактовой частоты 20 Uг (фиг.2а).
Таким образом, содержимое реверсивного счетчика 7 от такта к такту модуляции UM1 меняется до тех пор, пока значение порога компаратора 6 не будет соответствовать среднему значению уровня сигнала UпрM (фиг.2ж) на такте Т, при этом число "1" и "0", поступающих в реверсивный счетчик 7, в среднем будет одинаково и содержимое счетчика 7 не будет изменяться.
Аналогично, при открытом первом СВЧ-выключателе 2 и закрытом втором СВЧ-выключателе 11 на вход компаратора 6 поступает видеосигнал, формируемый радиометрическим приемником 5 из СВЧ- сигнала, принимаемого антенной 1. По окончанию такта модуляции UM3 и началом модуляции UM1 в соответствии с сигналом UM происходит запись содержимого реверсивного счетчика 7 в первый регистр 8, а в реверсивный счетчик 7 записывается содержимое второго регистра 13. Значение кода, хранящегося во втором регистре 13, преобразуется в первом цифро-аналоговом преобразователе 14 в аналоговый сигнал, управляющий температурой первого термоэлектрохолодильника 15 и находящейся в тепловом контакте с ним первой согласованной нагрузки 23. Температура первой согласованной нагрузки 23 увеличивается (уменьшается) до тех пор, пока среднее значение содержимого реверсивного счетчика 7 на такте UM1 не станет равным среднему значению содержимого реверсивного счетчика 7 на такте UM3, т.е. выполнится условие

Также при закрытом первом СВЧ-выключателе 2 и открытом втором СВЧ-выключателе 11 на вход компаратора 6 поступает видеосигнал, формируемый радиометрическим приемником 5 из СВЧ-сигнала, излучаемого второй согласованной нагрузкой 10. По окончанию такта модуляции UM1 и началом такта модуляции UM2 в соответствии с сигналом UM происходит запись содержимого реверсивного счетчика 7 во второй регистр 8, а в реверсивный счетчик 7 записывается содержимое третьего регистра 16. Значение кода, хранящееся в третьем регистре 16, преобразуется в третьем цифро-аналоговом преобразователе 17 в сигнал, управляющий температурой второго термоэлектрохолодильника 18 и находящейся в тепловом контакте с ним второй согласованной нагрузки 10. Температура второй согласованной нагрузки 10 увеличивается (уменьшается) до тех пор, когда среднее значение содержимого реверсивного счетчика 7 на такте UM2 не станет равным среднему значению содержимого счетчика реверсивного 7 на такте UM3, т.е. выполнится условие
T1= TΣ + ηцηкT (5)
и, с учетом (4)
T1 Tx,
т. е. термодинамическая температура второй согласованной нагрузки 10, измеряемая датчиком температуры 25, равняется радиотепловой температуре на входе антенны 1.
Предлагаемый нулевой радиометр имеет на порядок меньшую погрешность измерения температуры объекта, чем разработанный и изготовленный на УПКБ "Деталь" по заказу ПТО "Медтехника" г. Екатеринбурга радиотермометр РТМ-3, у которого в интервале температур окружающей среды от 20 до 30oC изменение смещения оценки температуры достигает 1oC.
Формула изобретения: Нулевой радиометр, содержащий антенну, подключенную к первому СВЧ-выключателю, СВЧ-ответвитель, радиометрический приемник, генератор тактовой частоты и две согласованные нагрузки, одна из которых подключена к входу второго СВЧ-выключателя, отличающийся тем, что введены компаратор и последовательно соединенные первый цифроаналоговый преобразователь и первый термоэлектрохолодильник, установленный в тепловом контакте с другой согласованной нагрузкой, которая подключена к первому входу СВЧ-ответвителя, выполненного в виде циркулятора, к второму входу которого через введенные первый и второй четвертьволновые отрезки линии подключены выходы соответственно первого и второго СВЧ-выключателей, а к выходу подключены последовательно соединенные радиометрический приемник, компаратор и реверсивный счетчик, к выходу которого подключены последовательно соединенные первый регистр и второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого соединен с вторым входом компаратора, второй регистр, выход которого соединен с входом первого цифроаналогового преобразователя, последовательно соединенные третий регистр, третий цифроаналоговый преобразователь и второй термоэлектрохолодильник, мультиплексор, выход которого соединен с вторым входом реверсивного счетчика, а первый, второй и третий входы с выходами соответствующих регистров, при этом выход генератора тактовой частоты соединен с третьим входом реверсивного счетчика и с последовательно соединенными делителем частоты на 2, делителем частоты на 3 и сдвиговым регистром, причем выход делителя частоты на 2 соединен также с вторым входом сдвигового регистра и четвертым входом реверсивного счетчика, выход делителя частоты на 3 соединен с вторым входом первого регистра, первый выход сдвигового регистра соединен с вторыми входами первого СВЧ-выключателя и второго регистра, второй выход сдвигового регистра соединен с вторыми входами второго CВЧ-выключателя и третьего регистра, первый, второй и третий управляющие входы мультиплексора соединены соответственно с первым и вторым выходами сдвигового регистра и выходом делителя частоты на 3, а второй термоэлектрохолодильник и вторая согласованная нагрузка находятся в тепловом контакте между собой и введенным датчиком температуры, выход которого является выходом радиометра.