РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СВЧ-ДИАПАЗОНА

July 10, 2012 by admin Комментировать »

Скрипник Ю. А., Шевченко К. Л. Киевский национальный университет технологий и дизайна г. Киев, 01010, Украина, тел: (044) 256-21-30; e-mail: autom@i. com.ua Яненко А. Ф. Научно-исследовательский центр квантовой медицины «Видгук» г. Киев, 01033, Украина, тел: (044) 220-87-81, факс: (044) 220-44-82

Аннотация в докладе рассмотрена возможность построения радиометрического корреляционного измерителя мощности электромагнитного излучения сверхвысовысокочастотного диапазона, обеспечивающего повышение чувствительности и точности измерений за счет снижения влияния как некоррелированных, так и коррелированных шумов и помех усилительных каналов. Рассмотренный радиометрический корреляционный измеритель мощности может использоваться при исследованиях интенсивности электромагнитного излучения физических и биологических объектов в диапазоне высоких и сверхвысоких частот.

I.  Введение

При измерениях интенсивности информативных шумовых сигналов низкого уровня используют корреляционные измерительные схемы. Измерители корреляционных характеристик сигналов известны и широко применяются в радиоастрономии, радиолокации, метеорологии и других областях науки и техники [1, 2].

В большинстве случаев для построения измерителей используется двуканальная схема с перемножителем, что приводит к прохождению некоррелированных шумов из канала в канал и обуславливает корреляционную связь между ними. В результате повышается флуктуационный порог чувствительности и возникают погрешности, вызванные смещением нуля.

Для снижения влияния некоррелированных шумов вводят дополнительный блок подавления коррелированных шумов [3]. Однако, из-за трудности обнуления входного сигнала измерителя, флюктуирующего с инфранизкой частотой, этот метод компенсации имеет низкую эффективность. Поэтому известные схемы не обеспечивают возможности измерения электромагнитного излучения мощностей

сверхмалого уровня (Рх < 10 12… 10 14 Вт) высокочастотных и сверхвысокочастотных сигналов.

II.  Основная часть

Авторами доклада разработана структурная схема, показанная на рис. 1 и предложен алгоритм обработки входного сигнала, использование которых позволяет исключить влияние неидентичности высокочастотных усилителей информативного шумового сигнала, значительно снизить влияние на результат измерения как коррелированных, так и некоррелированных шумов и помех.

Схема содержит два двойных волноводных тройника А1 и А4, два предварительных согласующих усилителя А2 и АЗ, один их которых (А2) имеет парафазные выходы, подключенные ко входам волноводного коммутатора U1. Выходы двойного волноводного тройника А4 подключены к двум сверхвысокочастотным каналам, каждый из которых содержит последовательно соединенные СВЧусилитель и квадратичный детектор (А5, А7 и А6, А8 соответственно). Выходы квадратичных детекторов А7 и А8 через резисторы R1 и R2 подключены к конденсатору С, выводы которого в свою очередь подключены ко входам дифференциального усилителя А9. Выход дифференциального усилителя А9 подключен к низкочастотной цепи, состоящей из последовательно соединенных избирательного усилителя А10, синхронного детектора А11 и фильтра нижних частот А12. К выходу фильтра нижних частот А12 подключен индикатор Р.

Рис. 1. Структурная схема измерителя мощности Fig. 1. Block diagram of a power meter

Принцип работы измерителя заключается в следующем.

Электромагнитное излучение, принимаемое антенной XI в виде информативного шумового сигнала поступает в одно из плеч двойного волноводного тройника А1. На второй вход волноводного тройника А1 поступает сигнал с волноводной нагрузки R, эквивалентной антенне по сопротивлению и уровню собственных шумов. Принятый шумовой сигнал Ll(t)

имеет интенсивность, дисперсия которой пропорциональна температуре источника электромагнитного излучения:

где КА10 коэффициент усиления избирательного

усилителя А10; Fчастота коммутации, задаваемая генератором G1.

Усиленное низкочастотное напряжение (7) поступает на вход синхронного детектора А11, на управляющий вход которого также подается прямоугольное напряжение частоты коммутации с генератора G1. Выпрямленное синхронным детектором напряжение, величина которого пропорциональна интенсивности сверхвысокочастотного электромагнитного излучения, принятого антенной Х1 сглаживается фильтром низких частот А12 и регистрируется индикатором измерителя Р.

III.   Результаты экспериментальных исследований

Исследован макет корреляционного измерителя интенсивности электромагнитного излучения в диапазоне частот 0,4…2,7 ГГц. В качестве приемника излучения использована широкополосная антенна рупорного типа. Для усиления высокочастотных сигналов использовались полупроводниковые СВЧусилители типа MGA-72543 с коэффициентом собственных шумов менее 0,5 дБ и коэффициентом усиления 60 дБ. Квадратичные детекторы выполнены на туннельных диодах типа Г401А и работают на обратном участке вольтамперной характеристики в диапазоне от 0 до 0,1 В. Волноводный коммутатор выполнен на отрезках волновода, в которых установлены p-i-n диоды, которые используются в стандартных модуляторах типа М-347.

Дифференциальный усилитель выполнен на трех широкополосных операционных усилителях типа AD8628 с автоматической установкой нуля и имеет коэффициент усиления порядка 1000.

Исследования показали, что корреляционный измеритель интенсивности электромагнитного излучения, выполненный по рассмотренной схеме, имеет флуктуационный порог чувствительности

порядка 1(Г21 Вт/(Гц-см2). В известных корреляционных измерителях порог чувствительности выше и составляет 1(Г19 Вт/(Гц-см2). Обусловлено это тем, что коррелированные шумы двух высокочастотных усилителей, которые флюктуируют с инфранизкой частотой, вызывают смещение нуля на выходе измерителя на (3…5)-Ю’20 Вт/(Гц-см2), которое не может быть устранено известными методами.

IV.  Заключение

Таким образом, в предложенном авторами радиометрическом корреляционном измерителе мощности сверхвысокочастотного электромагнитного излучения информативный шумовой сигнал, принятый антенной Х1, выделяется и измеряется на фоне собственных шумов антенны Х1, шумов усилителей сверхвысокой частоты А5 и А6 СВЧканалов, превышающих по уровню информативный сигнал. Роль корреляторов в схеме выполняют квадраторы СВЧ-каналов, у которых за счет квадратичного преобразования формируется полезный сигнал и некоррелированные шумовые сигналы, которые усредняются входным фильтром R1, R2 и С дифференциального усилителя А9. Коррелированные шумы усилителей и квадратичных детекторов СВЧ-каналов, перемножаются, взаимно вычитаются на входе дифференциального усилителя А5 и ослабляются, как синфазные помехи на инвертирующем и неинвертирующем входах этого усилителя, что подавляет воздействие низкочастотных шумов и помех, которые попадают в полосу пропускания избирательного усилителя частоты коммутации А10 и воздействуют на синхронный детектор А11 низкочастотного канала измерителя.

V.  Список литературы

1.  Есепкина Н. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука. -1972. 416 с.

2.  Николаев А. Г., Перцов С. В. Радиотеплолокация. М.: Изд. Сов. Радио. 1964. 235 с.

3.  Патент Украины № 39444А, кп. G01 R 29/08, Бюл. № 5, 2001.

RADIOMETRIC CORRELATION POWER METER OF MICROWAVE RANGE

Yu. Skripnik, K. Shevchenko Kiev National University of Technologies and Design 01011, Kiev, Ukraine, tel. (044) 256-29-93 E-mail: autom@i. com.ua

O. Yanenko

Research Centre of Quantum Medicine "Vidguk" 01033, Kiev, Ukraine tel. (044) 220-87-81, fax: (044) 220-44-82

I.  Introduction

The meters of correlation signals are known and widely used in radio astronomy, radiolocation, meteorology and other areas of science and engineering [1,2]. The possibility of sensitivity increasing and accuracy of meters is esteemed at the expense of decreasing of noise and handicap influencing.

II.  Main part

The authors of the present report design the structure scheme (Fig. 1) and algorithm of input signal transformation.

The scheme consists of double hybrid circuits A1 and A4, two preamplifiers A2 and A3, one of them has one (A2) paraphase output connected to an input of the commutator U1. The outputs of a double hybrid circuit A4 are connected to superhigh frequency channels, each of which consists of a super high frequency amplifier (A5, A6) and square-low detector (A7, A8). The outputs of square-low detectors through resistors R1 and R2 are connected to the capacitor C, of the capacitor to input of a differential amplifier A9. In its turn the amplifier output A9 is connected to an input of a low frequency channel. The low frequency channel consists of the amplifier of frequency commutation A10, a synchronous detector A11 and a low-pass filter A12. the indicator P is connected with an output of a lowpass filter A12.

The alternation of a position of the commutator U1 results to periodic recharge of the capacitor С originating alternating stress of commutation frequency on an amplifier output A9. The noise of amplifiers of superhigh frequency channels at disparity of gains does not change the sign of differential and consequently does not influence a desired signal of frequency commutation:

where KAm amplification factor of the selective amplifier

A10; S1 steepness of transformation of square-law detector

A7 and A8; Kx amplification factors of a microwave

amplifiers A5 and A6; Ux intensity of an input signal

accepted by an antenna X1; F frequency of commutation set by the generator G1.

The discharged pressure is rectified by a synchronous detector and registered by the indicator.

III.  Results of experimental investigations

The breadboard of a correlation meter of electromagnetic radiation intensity in frequency band 0,4..,2,7Hz is tested. The researches have shown that the correlation meter of electromagnetic radiation intensity made on the reviewed scheme has fluctuation threshold .

IV.  Conclusion

The correlated noise of amplifiers, and also squarer of a superhigh frequency channels are multiplied and mutually deducted on an input of a difference amplifier A5 and relaxed as in-phase handicaps on inverting and not inverting inputs of this amplifier.

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