ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОМЕТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРЕЦЕЗИОННЫХ ПОЛЯРИМЕТРОВ И МАЛОИНЕРЦИОННЫХ РАДИОСЕКТРОМЕТРОВ

May 4, 2012 by admin Комментировать »

Сырейщиков В. П. Научно-исследовательский радиофизический институт НИРФИ Большая Печерская улица, д. 25, Нижний Новгород – 603950, Россия Тел.: (813) 367294; e-mail: syr@adm.nirfi.sci-nnov.ru

Аннотация – Предложены оригинальные схемотехнические решения для повышения разрешения радиометрических приборов по яркостной температуре и частоте.

I.  Введение

Задачи диагностики фазовой структуры облаков в микроволновом диапазоне требуют разработки и создания поляриметров – поляризационных радиометров с одновременным измерением вертикальной, горизонтальной и разностной поляризации в реальном времени. Основные технические требования к таким приборам – высокая чувствительность, стабильность, широкий динамический диапазон, помехоустойчивость, возможность автономного питания. Задача спектральных наблюдений солнечной активности в микроволновом диапазоне требуют разработки спектрометров с очень малыми значениями постоянной интегрирования.

II.  Основная часть

В НИРФИ разработано и изготовлено новое поколение поляриметрических радиометров супергетеро- динного типа на длины волн 8 и 3 мм. Поляриметры выполнены в твёрдотельном исполнении со смесителями Шоттки на входе. Суммарная полоса приёма по прямому и зеркальному каналу 4 ГГц. Разделение поляризации в радиометрах осуществляется с помощью переключателя поляризации, основанного на эффекте Фарадея (вращение плоскости поляризации электромагнитной волны в магнитном поле). Это позволяет осуществить одновременное измерение первых трёх параметров Стокса (/, Q, U) микроволнового излучения атмосферы. Суть методики полиметриче- ских измерений состоит в следующем. Устанавливая поочерёдно четыре значения магнитного поля в специальном устройстве (переключателе поляризации), заполненном ферромагнетиком (частота переключения магнитного поля порядка 300 Гц), осуществляется приём излучения атмосферы на углах 0 и 90 градусов, а также 45 и 135 градусов (ориентация вектора электрического поля волны отсчитывается от линии горизонта). Синхронная фильтрация и детектирование осуществляются также поочерёдно на каждом угле. Полусумма первых двух измерений есть первый параметр Стокса, а их разность – второй. Разность двух вторых измерений – третий параметр Стокса. Формирование полусуммы (/) и разностей (Q и U) осуществляется в цифровом виде на ПК.

Развязка между каналами не менее 20 дБ. Модуляция сигнала сделана асимметричной по отношению к времени накопления опорного сигнала – каждый из сигналов поляризации и опорный сигнал принимаются 1/3 периода. Это позволило на 17% увеличить полезное время наблюдения сигнала, а следовательно, и чувствительность поляриметров по сравнению с обычными схемами поляризационных радиометров, разработанных ранее [1].

В НИРФИ разработан действующий макет малоинерционного гелиоспектрографа. Блок низкой частоты имеет схемотехнические особенности: ключи синхронного детектора не просто размыкаются, а подключаются на устройство сохраняющие предыдущие значение сигнала с синхронного фильтра. Такое схемотехническое решение позволило получить значение постоянной интегрирования 5мсек.

III.  Заключение

Совокупность всех приведенных технических решений позволило реализовать чувствительность поляриметров 0,05°К, что примерно в 3-4 раза выше раннее используемых поляриметров. Разработанный макет гелиоспектрографа имеет в 4 раза меньшую инерционность. Применен способ асимметричного разделения сигнала, модуляции, что позволило на 17% повысить чувствительность по сравнению с классическим.

IV. Список литературы

[ЦАбрамов В. И. Радиотелескоп для поляризационных измерений галактического радиоизлучения. Препринт НИРФИ №217. Горький, 1986.

OPTIMIZATION OF RADIOMETRIC CIRCUITRY IN DEVELOPING HIGH- PRECISION POLARIMETERS AND FAST- RESPONSE SPECTRUM ANALYZERS

Syreyshchikov V. P.

NIRFI Research Institute for Radiophysics 25 B. Pecherskaya St., N. Novgorod – 603950, Russia phone: (813) 367294; e-mail: syr@adm.nirfi.sci-nnov.ru

Abstract – New circuitry solutions offering an increased brightness-temperature and frequency resolution of radiometric devices are suggested.

I.  Introduction

The issues of microwave identification of cloud phase composition require the development of polarimeters – polarization radiometers with simultaneous real-time measuring of vertical, horizontal, and difference polarizations. The main requirements imposed on such devices include high sensitivity, stability, wide dynamic range, noise immunity, and optional self-contained power supply. The task of spectrally monitoring solar activity in the microwave range calls for spectrometers with very small values of integrating constant.

II.  Main part

A new generation of 8- and 3-mm-wave superheterodyne radiometers has been developed at the NIRFI Research Institute for Radiophysics. The polarimeters are solid-state and employ Schottky mixers at their input. The overall reception bandwidth across direct and image channels is 4GHz. Polarizations separation in radiometers is achieved by a polarization switch based on the Faraday effect (rotation of the EM-wave plane of polarization in magnetic field). It offers simultaneous measurements of the first three Stokes parameters (/, Q, U) for the atmospheric microwave radiation. The essence of the polymetric measurements technique is as follows. A sequence of four magnetic field values is set in a dedicated device (polarization switch) filled with ferromagnetic (magnetic field switching frequency is about 300Hz); atmospheric radiation is measured at 0 and 90 degrees, as well as 45 and 135 degrees (the orientation of a wave electric field vector is calculated from horizon). Synchronous filtration and detection also take place alternately for each angle. The half-sum of the first two measurements is the first Stokes parameter, while their difference – the second. The difference in the two second measurements gives the third Stokes parameter. The half-sum (/) and differences (Q and U) are shaped digitally using a PC.

The channel decoupling is better than 20db. Signal modulation is made asymmetrical relative to the reference signal accumulation time: each polarization signal and the reference signal are received in 1/3 of a period. It offers a 17% increase in the effective time of signal monitoring and, consequently, in the polarimeter sensitivity compared to previously available polarization radiometer circuitry [1].

An active model of a fast-response heliospectrograph has been developed at the NIRFI. The LF unit has the following circuitry features: synchronous detector keys are not merely opened but switched to a device that retains previous signal values of a synchronous filter. This circuitry design has allowed for a 5ms value of integrating constant to be attained.

III.  Conclusions

All of the above engineering solutions have allowed for the polarimeter sensitivity to reach 0.05K, which is approximately 3- 4 times higher than with previously available polarimeters. The designed heliospectrograph offers a 4-time faster response. The implemented technique of asymmetrically separating the modulation signal offers a 17% increase in sensitivity compared to ‘classical’ techniques.

IV.  Sources

[1]  Abramov V. I. The radio telescope for polarization measurements of galactic radio emission. NIRFI Preprint No. 217, 1986.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты