Сирейщіков В. П. Науково-дослідний радіофізичний інститут НІРФІ Велика Печерська вулиця, д. 25, Нижній Новгород – 603950, Росія Тел.: (813) 367294; e-mail: syr@adm.nirfi.sci-nnov.ru

Анотація – Запропоновано оригінальні схемотехнічні рішення для підвищення дозволу радіометричних приладів за яркостной температурі і частоті.

I. Вступ

Завдання діагностики фазової структури хмар в мікрохвильовому діапазоні вимагають розробки і створення поляриметрів – поляризаційних радіометрів з одночасним вимірюванням вертикальної, горизонтальної і різницевої поляризації в реальному часі. Основні технічні вимоги до таких приладів – висока чутливість, стабільність, широкий динамічний діапазон, завадостійкість, можливість автономного харчування. Завдання спектральних спостережень сонячної активності в мікрохвильовому діапазоні вимагають розробки спектрометрів з дуже малими значеннями постійної інтегрування.

II. Основна частина

В НІРФІ розроблено та виготовлено нове покоління поляриметричних радіометрів супергетеро-дінного типу на довжини хвиль 8 і 3 мм. Поляриметри виконані в твердотільному виконанні зі змішувачами Шоттки на вході. Сумарна смуга прийому за прямим і дзеркальному каналу 4 ГГц. Поділ поляризації в радіометрах здійснюється за допомогою перемикача поляризації, заснованого на ефекті Фарадея (обертання площини поляризації електромагнітної хвилі в магнітному полі). Це дозволяє здійснити одночасне вимірювання перших трьох параметрів Стокса (/, Q, U) мікрохвильового випромінювання атмосфери. Суть методики поліметріче-ських вимірювань полягає в наступному. Встановлюючи по черзі чотири значення магнітного поля в спеціальному пристрої (перемикачі поляризації), заповненому феромагнетиком (частота перемикання магнітного поля близько 300 Гц), здійснюється прийом випромінювання атмосфери на кутах 0 і 90 градусів, а також 45 і 135 градусів (орієнтація вектора електричного поля хвилі відраховується від лінії горизонту). Синхронна фільтрація і детектування здійснюються також по черзі на кожному куті. Напівсума перших двох вимірів є перший параметр Стокса, а їх різниця – другий. Різниця двох других вимірювань – Третій параметр Стокса. Формування напівсума (/) і різниць (Q і U) здійснюється в цифровому вигляді на ПК.

Розв’язка між каналами не менше 20 дБ. Модуляція сигналу зроблена асиметричною по відношенню до часу накопичення опорного сигналу – кожен з сигналів поляризації і опорний сигнал приймаються 1/3 періоду. Це дозволило на 17% збільшити корисний час спостереження сигналу, а отже, і чутливість поляриметрів в порівнянні зі звичайними схемами поляризаційних радіометрів, розроблених раніше [1].

В НІРФІ розроблений діючий макет малоінерційних геліоспектрографа. Блок низької частоти має схемотехнічні особливості: ключі синхронного детектора не просто розмикаються, а підключаються на пристрій зберігають попередні значення сигналу з синхронного фільтра. Таке схемотехнічне рішення дозволило отримати значення постійної інтегрування 5мсек.

III. Висновок

Сукупність усіх наведених технічних рішень дозволило реалізувати чутливість поляриметрів 0,05 ° К, що приблизно в 3-4 рази вище раннє використовуваних поляриметрів. Розроблений макет геліоспектрографа має в 4 рази меншу інерційність. Застосовано спосіб асиметричного розподілу сигналу, модуляції, що дозволило на 17% підвищити чутливість в порівнянні з класичним.

IV. Список літератури

[ЦАбрамов В. І. Радіотелескоп для поляризаційних вимірювань галактичного радіовипромінювання. Препринт НІРФІ № 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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»