ММ ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН ДЛЯ МАТРИЧНЫХ ПРИЕМНЫХ СИСТЕМ

July 17, 2012 by admin Комментировать »

Кузьмин С. Е., Радзиховский В. Н. Государственный научно-исследовательский центр "Айсберг", Киев, Украина Тел.: (044)4783145; e-mail: iceberg@ukrpack.net


Аннотация Разработан радиометрический датчик для многоканальной системы формирования изображений. Датчик построен по гетеродинной схеме, работает в диапазоне частот 87,5…92,5 ГГц и имеет температурную чувствительность 0,05 К/Гц1/2. Конструкция датчиков удобна для построения двухрядной сканируемой матрицы. В составе матрицы предполагается работа всех датчиков с общим гетеродином.

I.  Введение

Важным преимуществом радиометрических систем миллиметрового диапазона, используемых для дистанционного зондирования объектов, является высокое пространственное разрешение в сравнении с СВЧ диапазоном (при тех же размерах антенны). Вместе с тем при зондировании больших объектов приходится сканировать обозреваемую поверхность антенным лучом, что приводит к сокращению времени наблюдения отдельных участков поверхности и, как следствие, к потере чувствительности системы. Сохранить высокую чувствительность в данной ситуации возможно с помощью многолучевой радиометрической системы, осуществляющей одновременный прием сигналов с различных участков обозреваемой поверхности. Такая система должна содержать матрицу приемных датчиков, располагаемых в фокальной плоскости квазиоптической антенны.

Радиометрический датчик является главным элементом матрицы, и такие его характеристики, как температурная чувствительность, габариты, надежность, стоимость, определяют потенциальные возможности многолучевой системы в целом. Необходимость работать в реальном времени требует увеличения количества датчиков в составе матрице. Это накладывает определенные требования на конструкцию датчиков, которая должна обеспечивать возможность их компактного размещения в составе матрицы, соответствующей ориентации по отношению к главной антенне, эффективного отвода выделяемого тепла, оперативной замены при возникновении неисправности. Наиболее подходящей для данных условий является конструкция датчика в виде модуля вытянутой конфигурации с минимальным поперечным сечением.

II.  Основная часть

В 3 мм диапазоне длин волн был разработан малогабаритный радиометрический датчик как базовый элемент для построения многоканальных приемных матриц. Датчик был спроектирован по супергетеродинной схеме со смесителем на входе. Структурная схема датчика, показанная на рис.1., содержит смеситель, работающий в двухполосном режиме, усилитель промежуточной частоты (УПЧ), квадратичный детектор и усилитель низкой частоты (УНЧ). На входе датчика использован конический рупор в качестве облучателя главной антенны.

Схема датчика не содержит гетеродин, так как в составе матрицы питание всех датчиков должно осуществляться от общего гетеродина.

Рис. 1. Структурная схема радиометрического датчика

Fig. 1. Block diagram for a radiometric sensor

Смеситель выбран субгармонического типа, чтобы облегчить проблему обеспечения достаточной мощности гетеродина и распределения этой мощности между датчиками матрицы. При частоте гетеродина 45 ГГц и промежуточных частотах 0,1 2,5 ГГц полоса частот входных сигналов составляет 87,5 –

92,5   ГГц.

Микрополосковая схема субгармонического смесителя показана на рис. 2.

Рис. 2. Микрополосковая схема субгармонического смесителя Fig. 2. Micro strip circuit of subharmonic mixer

Схема использует два антипараллельно включенных арсенид-галлиевых диода Шоттки УАА101Г-

3,   (НПО «Сатурн») с балочными выводами. Диоды имеют емкость барьера С(0) s 30 фФ и последовательное сопротивление Rss 6 Ом. Хорошо подобранная пара диодов способствует подавлению смешения с нечетными гармониками гетеродина. Первый ФНЧ после диодов имеет частоту среза 50 ГГц, позволяя подавать на диоды мощность гетеродина и режектировать частоты входного сигнала. Расстояние фильтра от диодов выбрано из условия оптимального согласования диодов с цепью входных сигналов. Утечка сигнала гетеродина в усилитель промежуточной частоты подавляется вторым ФНЧ, который одновременно является согласующим элементом для сигнала ПЧ. Однозвенный полосовой фильтр в цепи гетеродина препятствует попаданию сигнала ПЧ в эту цепь.

Микрополосковая схема смесителя изготовлена на подложке из дюроида (RT/duroid 5880) толщиной

0,          127 мм. При мощности гетеродина около 12 мВт потери преобразования смесителя в рабочем диапазоне составляют 7-10 дБ в однополосном режиме.

УПЧ на выходе смесителя содержит три усилительных каскада. В качестве первого каскада использована широкополосная усилительная микросхема MGA-71543 (Hewlett Packard), имеющая коэффициент шума 0,8 дБ. Второй и третий каскады выполнены на микросхемах INA-03184 с коэффициентом шума 2,6 дБ. Суммарный коэффициент усиления УПЧ в полосе 0,1-2,5 ГГц составляет 55 дБ.

Детектор реализован на диоде Шоттки HSMS2850 (Hewlett Packard), работающим без смещения. Выходной УНЧ выполнен на микросхеме OP27GS.

Температурная чувствительность датчика не превышает 0,05 К/Гц1/2. Внешний вид датчика показан на рис. 3.

Рис. 3. Внешний вид радиометрического датчика

Fig. 3. Appearance of the radiometric sensor

Приведенная конструкция удобна для построения матрицы в виде двух рядов приемных датчиков, располагаемых в фокальной плоскости квазиоптической антенны.

I.     Заключение

Таким образом, в 3 мм диапазоне длин волн разработан малогабаритный радиометрический датчик для матричного приемника. Температурная чувствительность датчика не превышает 0,05 К/Гц1/2. Датчик может найти применение при проектировании пассивных систем формирования изображений в коротковолновой части миллиметрового диапазона.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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