Кузьмін С. Є., Радзіховський В. Н. Державний науково-дослідний центр “Айсберг”, Київ, Україна Тел.: (044) 4783145; e-mail: iceberg@ukrpack.net


Анотація Розроблено радіометричний датчик для багатоканальної системи формування зображень. Датчик побудований за гетеродинної схемою, працює в діапазоні частот 87,5 … 92,5 ГГц і має температурну чутливість 0,05 К / Гц1/2. Конструкція датчиків зручна для побудови дворядної сканируемой матриці. У складі матриці передбачається робота всіх датчиків із загальним гетеродином.

I. Вступ

Важливою перевагою радіометричних систем міліметрового діапазону, які використовуються для дистанційного зондування об’єктів, є висока просторове дозвіл в порівнянні з НВЧ діапазоном (при тих же розмірах антени). Разом з тим при зондуванні великих об’єктів доводиться сканувати оглядається поверхня антенним променем, що призводить до скорочення часу спостереження окремих ділянок поверхні і, як наслідок, до втрати чутливості системи. Зберегти високу чутливість в даній ситуації можливо за допомогою багатопроменевої радіометричної системи, що здійснює одночасний прийом сигналів з різних ділянок оглядається поверхні. Така система повинна містити матрицю прийомних датчиків, розташованих у фокальній площині квазиоптической антени.

Радіометричний датчик є головним елементом матриці, і такі його характеристики, як температурна чутливість, габарити, надійність, вартість, визначають потенційні можливості багатопроменевої системи в цілому. Необхідність працювати в реальному часі вимагає збільшення кількості датчиків у складі матриці. Це накладає певні вимоги на конструкцію датчиків, яка повинна забезпечувати можливість їх компактного розміщення в складі матриці, відповідної орієнтації по відношенню до головної антени, ефективного відведення тепла, що виділяється, оперативної заміни при виникненні несправності. Найбільш підходящою для даних умов є конструкція датчика у вигляді модуля витягнутої конфігурації з мінімальним поперечним перерізом.

II. Основна частина

В 3 мм діапазоні довжин хвиль був розроблений малогабаритний радіометричний датчик як базовий елемент для побудови багатоканальних прийомних матриць. Датчик був спроектований по супергетеродинні схемою з змішувачем на вході. Структурна схема датчика, показана на рис.1., Містить змішувач, що працює в двосмуговому режимі, підсилювач проміжної частоти (ППЧ), квадратичний детектор і підсилювач низької частоти (УНЧ). На вході датчика використаний конічний рупор в якості опромінювача головної антени.

Схема датчика не містить гетеродин, так як у складі матриці харчування всіх датчиків повинно здійснюватися від загального гетеродина.

Рис. 1. Структурна схема радіометричного датчика

Fig. 1. Block diagram for a radiometric sensor

Змішувач обраний субгармонійних типу, щоб полегшити проблему забезпечення достатньої потужності гетеродина і розподілу цієї потужності між датчиками матриці. При частоті гетеродина 45 ГГц і проміжних частотах 0,1 2,5 ГГц смуга частот вхідних сигналів становить 87,5 –

92,5 ГГц.

Микрополосковая схема субгармонійних змішувача показана на рис. 2.

Рис. 2. Микрополосковая схема субгармонійних змішувача Fig. 2. Micro strip circuit of subharmonic mixer

Схема використовує два антипараллельно включених арсенід-галієвих діода Шоттки УАА101Г-

3, (НВО «Сатурн») з балочними висновками. Діоди мають ємність бар’єру С (0) s 30 ФФ і послідовне опір Rss 6 Ом. Добре підібрана пара діодів сприяє придушенню змішання з непарними гармоніками гетеродина. Перший ФНЧ після діодів має частоту зрізу 50 ГГц, дозволяючи подавати на діоди потужність гетеродина і режектіровать частоти вхідного сигналу. Відстань фільтра від діодів вибрано з умови оптимального узгодження діодів з ланцюгом вхідних сигналів. Витік сигналу гетеродина в підсилювач проміжної частоти пригнічує другу ФНЧ, який одночасно є согласующим елементом для сигналу ПЧ. Однозвенную смуговий фільтр в ланцюзі гетеродина перешкоджає попаданню сигналу ПЧ в цей ланцюг.

Микрополосковая схема змішувача виготовлена ​​на підкладці з дюроіда (RT / duroid 5880) товщиною

0, 127 мм. При потужності гетеродина близько 12 мВт втрати перетворення змішувача в робочому діапазоні складають 7-10 дБ в односмуговому режимі.

УПЧ на виході змішувача містить три підсилювальних каскаду. В якості першого каскаду використана широкосмугова підсилювальна мікросхема MGA-71543 (Hewlett Packard), що має коефіцієнт шуму 0,8 дБ. Другий і третій каскади виконані на мікросхемах INA-03184 з коефіцієнтом шуму 2,6 дБ. Сумарний коефіцієнт посилення УПЧ в смузі 0,1-2,5 ГГц складає 55 дБ.

Детектор реалізований на діоді Шотткі HSMS2850 (Hewlett Packard), які працюють без зміщення. Вихідний УНЧ виконаний на мікросхемі OP27GS.

Температурна чутливість датчика не перевищує 0,05 К / Гц1/2. Зовнішній вигляд датчика зображений на рис. 3.

Рис. 3. Зовнішній вигляд радіометричного датчика

Fig. 3. Appearance of the radiometric sensor

Наведена конструкція зручна для побудови матриці у вигляді двох рядів прийомних датчиків, розташованих у фокальній площині квазиоптической антени.

I. Висновок

Таким чином, в 3 мм діапазоні довжин хвиль розроблений малогабаритний радіометричний датчик для матричного приймача. Температурна чутливість датчика не перевищує 0,05 К / Гц1/2. Датчик може знайти застосування при проектуванні пасивних систем формування зображень в короткохвильовій частині міліметрового діапазону.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.