毫米波輻射計的增益自動控制和本底噪聲的自動補償

毫米波輻射計的增益自動控制和本底噪聲的自動補償

1 毫米波輻射計簡介 毫米波輻射計的原理框圖如圖1所示 ]。輻射 計包括三十子系統(tǒng)：接收機子系統(tǒng)，定標子系統(tǒng)和 數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng) 接收機采用全功率型．由 接收天線、隔離器、本振豫與混頻器組件、中頻放大 器、平方律檢波器、低頻放大器和預(yù)積分器等組成。 定標子系統(tǒng)由參考負載、PIN開關(guān)、定向耦合器和 噪聲鑊c等組成 數(shù)據(jù)采集與控{隹l子系統(tǒng)由A／D變 換器、D／A變換器和PC計算機等組成，它完成接 收機輸出采集、數(shù)字積分、中頻放大器增益控制、本 機噪聲直流自動補償、噪聲源點滅、PIN開關(guān)控制 以及數(shù)據(jù)處理等功能。電磁場測試儀| 電源供應(yīng)器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀| 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 輻射計采用全功率型接收機，輻射計的輸出電 壓與輸入的噪聲溫度關(guān)系為[ U=G，(T +T )一U。H (1) 式(1)中u為輻射計的輸出，G 是輻射計的增益因 子，r 是它的輸入噪聲溫度，r 是接收機的等效噪 聲溫度。 為本底噪聲直流補償電壓 在輻射計 中，增益產(chǎn)生漂移，同時接收機的本底噪聲也會產(chǎn) 生變化 因此，為了穩(wěn)定輻射計的增益和有效補償 本底噪聲，在8ram輻射計中采用增益自動控制技 術(shù)和本底噪聲直流補償電壓的自動控制技術(shù)

2 增益自動控制和本底噪聲自動補償 增益自動控制和本底噪聲直流電壓補償?shù)暮?單模型如圖2所示，(r +r )為輻射計的轉(zhuǎn)入信 號．(G／L)為增益可調(diào)的中頻放大器的增益(即 G)，e為減法器。通過改變u—Gc調(diào)節(jié)中頻放大器增 益，通過改變U．u調(diào)節(jié)本底噪聲補償電壓 圖2 增益和補償電壓的控制模型 圖1 毫米波輻射計 在正常狀態(tài)下，當(dāng)輻射計輸入接參考負載，輸 入溫度為了’；，輻射計輸出電壓為 一 ( + )一U (2) 上|0 ． 式(2)中G。和上呻分別為輻射穩(wěn)定時的增益和中頻 衰減器的衰減量。當(dāng)噪聲源點燃，有一噪聲增量了’ 輸入，此時輻射計輸出電壓為 U 一 ( + T +T )一U r (3) 在輻射計增益G。波動△G和輻射計等效噪聲溫度 了’ 波動加 狀態(tài)下，當(dāng)輸入溫度為了’；，輻射計輸 出電壓為 寶( +籌)( + (4) 當(dāng)噪聲源點燃時，輻射計輸出電壓為 一筆( +籌)· ( + TⅣ+ T 一凸丁R)一U (5) 式(4)和式(5)中￡。和 為輻射計輸出電壓增量 通過AGC電壓調(diào)整輻射計的增益及補償電壓，使 當(dāng)輸入噪聲為了’．時輻射計的輸出電壓仍為 ，當(dāng) 輸入噪聲為 +了’ 時輻射計的輸出電壓仍為 u ，即 ， G。(1+ △G／G。) ～ Lo(1+ qL~LrAcc／Lo) ( + T + 凸丁R)一(U。H+ 凸U。 ) (6) G。(1一△G／6。) 。 一厶(1+ q~U．c．c／L0) ( + T + TR+ ,ST )一 (U + △ ) (7) 上兩式中g(shù)為常數(shù)，△u cc為增益控制電壓的調(diào)整 增量， 為補償本底噪聲的直流電壓增量 由式(3)和式(2)得 U 一 一 了’ (8) 由式(7)和式(6)得 uⅣ 一U，： G 【 a l ( 十 1- g - ,~tG ^ ／G ／ o L ) 。) TⅣ (9) 由式(8)和式(9)得 一 [10) 由式(5)和式(4)得 e 一一警( + ) 由式(8)和式(1D得 G 一 】 一研 將式(12)代入式(10)得 (12) = 一 (13) 式(13)中 一gu^ ，Usc,cQ為增益穩(wěn)定時的控制 電壓 式(13)中右邊各項已知，因此Pc計算機依 照計算的 眥控制輻射計的增益。 由式(6)和式(4)得 一 1 + q A U A ~c／Lo一(u + r)(14) 將式(13)代入式(14)得 虬一 皓等i PC計算機依照式(15>修改噪聲直流樸償電平

3 硬件實現(xiàn) 8mm輻射計的增益控制是調(diào)節(jié)中頻放大器的 增益 在中頻放大器的前中和主中之間插入電控衰 減器．通過調(diào)節(jié)衰減器的控制電壓f，⋯ 改變中頻 放大器的增益 電控衰減器是由PIN二極管構(gòu)成 的T形衰減網(wǎng)絡(luò)．PIN二級管是壓控元件，它的電 阻與壓降成反比。因此控制PIN二極管的偏壓就 可改變衰減網(wǎng)絡(luò)的衰減量，調(diào)節(jié)中頻放大器增益。 樸償本底噪聲的直流電壓輸入到低頻放大器中的 減法器，減法器由高穩(wěn)定度和高精度的OP-07運 算放大器組成．減法器輸出的差值再經(jīng)放大后輸入 到積分器 增益控制電壓和本底噪聲補償電壓由 PC計算機通過D／A變換器給出，D／A變換器的 輸出電壓經(jīng)濾波后供給輻射計+D／A變換器采用 ADC1210芯片。硬件框圖如圖3所示。 圖3 增益控剖和本底噪聲補償硬件框圖

4 結(jié)束語 通過上述的方法，在8mm輻射計中實現(xiàn)了增 益的自動控翩和本底噪聲的自動直流補償。中頻放 大器的增益可控范圍為10dB，增益控制電壓u ∞ 的范國為O～8．0V。本底噪聲的直流補償電壓的控 制范圍為0～5．0V。