Скулачев Д П, Рукавіцина А Ф Інститут космічних досліджень Російської академії наук (ІКД РАН) Профспілкова вул, Д84/32, м Москва, 117997, Росія тел: +7 (495) 3334322, e- mail: skulachd@mxikirssiru

Анотація – Розглянуто принципи побудови та основні характеристики НВЧ радіометра на частоту 1420 МГц, призначеного для вирішення завдань дистанційного зондування

I                                       Введення

Дослідження природного теплового радіовипромінювання грунтів є досить потужним інструментом дистанційного визначення фізичних параметрів грунту, як то: вологості, солоності, змісту окремих компонент і т п [1, 2] Найбільш інформативними є багаточастотні методи дослідження При цьому особливу роль грають вимірювання, що проводяться на частотах дециметрового діапазону Це пояснюється тим, що на цих частотах вдається реєструвати радіовипромінювання, що приходить з глибини до декількох десятків сантиметрів Для забезпечення подібних вимірів необхідно створення надійних і стабільних СВЧ радіометрів, здатних працювати в польових умовах в автоматичному режимі Особливістю дециметрового діапазону є дуже великий рівень перешкод від засобів звязку різного призначення Тому дуже важливим є питання завадостійкості СВЧ радіометра У доповіді обговорюються принципи побудови радіометра на частоту 1420 МГц і його основні характеристики

II                              Основна частина

Для вирішення завдань дослідження грунтів не вимагаються прилади, що володіють унікальною чутливістю Використовувані методи калібрування і точність застосовуваних моделей не дозволяють реалізувати похибка вимірювань менше, ніж 01 К Тому радіометр повинен володіти чутливістю порядку 005 К Сучасні інтегральні СВЧ компоненти (підсилювачі, перемикачі, перетворювачі частоти) дозволяють відносно простими засобами отримати температуру шуму приймального тракту близько 100-200 К Якщо використовується супергетеродина, то задана чутливість радіометра може бути отримана при ширині смуги пропускання тракту проміжної частоти (ПЧ) порядку 20 – 50 МГц Як центральної частоти радіометра доцільно вибрати 1420 МГц Ця частота виділена для радіоастрономічних спостережень і на ній заборонено використовувати будь-які передавальні радіозасоби

Стабільність роботи радіометра в реальних умовах може бути порушена високим рівнем перешкод від сусідніх частот Радикальним способом ослаблення подібних перешкод є використання супер-гетеродинного приймача з подвійним перетворенням частоти і високим значенням першої ПЧ

На підставі зазначених міркувань був розроблений СВЧ радіометр, параметри якого наведені нижче Радіометр має два входи, комутованих вхідним перемикачем, що забезпечує можливість прийому двох ортогональних поляризацій СВЧ тракт радіометра складається з вхідного перемикача, підсилювача НВЧ на малошумні транзисторі типу

ATF-34143 фірми Agilent, першого перетворювача частоти, підсилювача першого ПЧ (2400 ± 15 МГц), другий перетворювача частоти і підсилювача другий ПЧ (75 ± 30 МГц) з детектором В якості гетеродина використаний цифровий двоканальний синтезатор частоти типу SI4133 фірми Silicon Laboratories Прийом ведеться на нижній бічній частоті, для чого частота першого гетеродина (3780-3890 МГц) обрана вище вхідної частоти Це забезпечує високу ступінь придушення сигналів дзеркального каналу В якості фільтра першого ПЧ застосований фільтр на поверхневих акустичних хвилях, а для другої ПЧ – LC-фільтр на зосереджених елементах

Досвід застосування подібних радіометрів в реальних умовах вимірювань показує, що в ряді випадків зявляється необхідність перебудувати гетеродин на кілька десятків МГц для відбудови від сильної перешкоди Гетеродин з використанням цифрового синтезатора частоти дозволяє легко виконати це завдання

У радіометрі застосована цифрова обробка продетектированного сигналу за допомогою вбудованого мікропроцесора Цифрові дані передаються на зовнішній керуючий компютер для запису та подальшої обробки Калібрування радіометра проводиться за допомогою внутрішнього генератора шуму, в якості якого використовується інтегральний підсилювач НВЧ з узгодженої навантаженням на вході Стабільність параметрів радіометра забезпечується активним термостатуванням СВЧ блоку за допомогою Мікроохолоджувачі / нагрівачів на ефекті Пельтьє

Основні параметри радіометра наведені в таблиці

Таблиця 1

Table 1

Параметр

Од

ізм

Значення

Діапазон робочих частот

МГц

1370-1470

Частота першого гетеродина

МГц

3780-3890

Частота перший ПЧ

МГц

2400-2430

Частота другого гетеродина

МГц

2340

Частота другий ПЧ

МГц

60-90

Температура шуму на вхідних розємах

До

200

Флюктуационная чутливість при часу накопичення 4 сек

До

0,05

Максимальний вхідний сигнал

До

400

III                                  Висновок

Розроблено СВЧ радіометр, призначений для дистанційного вимірювання параметрів природного радіовипромінювання грунту в польових умовах на частоті 1420 МГц Наведено основні його параметри

[1] Бобров П П Вплив відмінностей в структурі засолених і незаселених грунтів на власне НВЧ-випромінювання Дослідження Землі з космосу 1999 № 5, С 71-85

[2] Чухланцев Олексій А, Шутко А М, Чухланцев Олександр А Моделювання поляризаційних характеристик НВЧ випромінювання вологих грунтів Проблеми навколишнього середовища і природних ресурсів, 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@mxikirssiru

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 005 До 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, 005 До 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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р