СВЧ РАДИОМЕТР НА ЧАСТОТУ 1420 МГц

February 3, 2013 by admin Комментировать »

Скулачев Д. П., Рукавицын А. Ф. Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) Профсоюзная ул., д.84/32, г. Москва, 117997, Россия тел.: +7(495) 3334322, e-mail: skulachd@mx.iki.rssi.ru

Аннотация – Рассмотрены принципы построения и основные характеристики СВЧ радиометра на частоту 1420 МГц, предназначенного для решения задач дистанционного зондирования.

I.                                       Введение

Исследование естественного теплового радиоизлучения почв является достаточно мощным инструментом дистанционного определения физических параметров почвы, как то: влажности, солености, содержания отдельных компонент и т. п. [1, 2]. Наиболее информативными являются многочастотные методы исследования. При этом особую роль играют измерения, проводимые на частотах дециметрового диапазона. Это объясняется тем, что на этих частотах удается регистрировать радиоизлучение, приходящее с глубины до нескольких десятков сантиметров. Для обеспечения подобных измерений необходимо создание надежных и стабильных СВЧ радиометров, способных работать в полевых условиях в автоматическом режиме. Особенностью дециметрового диапазона является очень большой уровень помех от средств связи различного назначения. Поэтому очень важен вопрос помехоустойчивости СВЧ радиометра. В докладе обсуждаются принципы построения радиометра на частоту 1420 МГц и его основные характеристики.

II.                              Основная часть

Для решения задач исследования почв не требуются приборы, обладающие уникальной чувствительностью. Используемые методы калибровки и точность применяемых моделей не позволяют реализовать погрешность измерений менее, чем 0.1 К. Поэтому радиометр должен обладать чувствительностью порядка 0.05 К. Современные интегральные СВЧ компоненты (усилители, переключатели, преобразователи частоты) позволяют относительно простыми средствами получить температуру шума приемного тракта порядка 100-200 К. Если используется супергетеродинный приемник, то заданная чувствительность радиометра может быть получена при ширине полосы пропускания тракта промежуточной частоты (ПЧ) порядка 20- 50 МГц. В качестве центральной частоты радиометра целесообразно выбрать 1420 МГц. Эта частота выделена для радиоастрономических наблюдений и на ней запрещено использовать какие-либо передающие радиосредства.

Стабильность работы радиометра в реальных условиях может быть нарушена высоким уровнем помех от соседних частот. Радикальным способом ослабления подобных помех является использование супер- гетеродинного приемника с двойным преобразованием частоты и высоким значением первой ПЧ.

На основании указанных соображений был разработан СВЧ радиометр, параметры которого приведены ниже. Радиометр имеет два входа, коммутируемых входным переключателем, что обеспечивает возможность приема двух ортогональных поляризаций. СВЧ тракт радиометра состоит из входного переключателя, усилителя СВЧ на малошумящем транзисторе типа

ATF-34143 фирмы Agilent, первого преобразователя частоты, усилителя первой ПЧ (2400±15 МГц), второго преобразователя частоты и усилителя второй ПЧ (75±30 МГц) с детектором. В качестве гетеродина использован цифровой двухканальный синтезатор частоты типа SI4133 фирмы Silicon Laboratories. Прием ведется на нижней боковой частоте, для чего частота первого гетеродина (3780-3890 МГц) выбрана выше входной частоты. Это обеспечивает высокую степень подавления сигналов зеркального канала. В качестве фильтра первой ПЧ применен фильтр на поверхностных акустических волнах, а для второй ПЧ – LC- фильтр на сосредоточенных элементах.

Опыт применения подобных радиометров в реальных условиях измерений показывает, что в ряде случаев появляется необходимость перестроить гетеродин на несколько десятков МГц для отстройки от сильной помехи. Гетеродин с использованием цифрового синтезатора частоты позволяет легко выполнить эту задачу.

В радиометре применена цифровая обработка продетектированного сигнала с помощью встроенного микропроцессора. Цифровые данные передаются на внешний управляющий компьютер для записи и дальнейшей обработки. Калибровка радиометра производится с помощью внутреннего генератора шума, в качестве которого используется интегральный усилитель СВЧ с согласованной нагрузкой на входе. Стабильность параметров радиометра обеспечивается активным термостатированием СВЧ блока с помощью микроохладителей/нагревателей на эффекте Пельтье.

Основные параметры радиометра приведены в таблице.

Таблица 1.

Table 1.

Параметр

Ед.

изм.

Значение

Диапазон рабочих частот

МГц

1370-1470

Частота первого гетеродина

МГц

3780-3890

Частота первой ПЧ

МГц

2400-2430

Частота второго гетеродина

МГц

2340

Частота второй ПЧ

МГц

60-90

Температура шума на входных разъемах

К

200

Флюктуационная чувствительность при времени накопления 4 сек

К

0,05

Максимальнй входной сигнал

К

400

III.                                  Заключение

Разработан СВЧ радиометр, предназначенный для дистанционного измерения параметров естественного радиоизлучения почвы в полевых условиях на частоте 1420 МГц. Приведены основные его параметры.

[1]     Бобров П. П. Влияние различий в структуре засоленных и незаселенных почв на собственное СВЧ-излучение. Исследование Земли из космоса. 1999. № 5, С. 71-85.

[2]     Чухланцев Алексей А., Шутко А. М., Чухланцев Александр А. Моделирование поляризационных характеристик СВЧ излучения влажных почв. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов, 2004, № 11, С. 67-80.

1420 MHz MICROWAVE RADIOMETER

Skulachev D. P., Rukavicyn A. F.

Space Research Institute (IKI)

84/32, Profsoyuznaya ui., Moscow, 117997, Russia Ph.: (495) 333-4322, e-mail: skulachd@mx.iki.rssi.ru

Abstract – 1420 MHz microwave radiometer for remote sensing investigations is presented.

I.                                       Introduction

investigation of soils natural microwave radiation is rather powerful method for soil physical properties determination. Microwave radiometers for this purpose must be stable and sensitive in presence of strong electromagnetic interference. Here we consider a 1420 MHz radiometer with approx. 0.05 К sensitivity.

II.                                        Main Part

The state of electronic components, such as MMIC, HEMT etc. allows to get about 100 К input noise temperature. Provided 20-50 MHz IF frequency, 0.05 К sensitivity may be achieved. 1420 MHz central frequency has been chosen because it is marked for radioastronomical purpose only and thereby must be free of strong EMI.

We have used superheterodyne Dicke type radiometer with double frequency transformation and high first IF (2430 MHz). The first heterodyne frequency is higher than the input one and lies within 3780-3890 MHz band, in order to ensure strong attenuation of image frequency. In order to form the first IF band, 2400 MHz SAW filter is used. The second IF band is formed by LC lumped element filters. Heterodyne power is generated by the double frequency synthesizer SI4133 (Silicon Laboratories).

III.                                       Conclusion

1420 MHz microwave radiometer for remote sensing investigations is presented. The radiometer specification shows the availability of its field application.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г.   

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