毫米波辐射计的增益自动控制和本底噪声的自动补偿
1 毫米波辐射计简介 毫米波辐射计的原理框图如图1所示 ]。辐射 计包括三十子系统：接收机子系统，定标子系统和 数据采集与控制子系统 接收机采用全功率型．由 接收天线、隔离器、本振豫与混频器组件、中频放大 器、平方律检波器、低频放大器和预积分器等组成。 定标子系统由参考负载、PIN开关、定向耦合器和 噪声镬c等组成 数据采集与控{隹l子系统由A／D变 换器、D／A变换器和PC计算机等组成，它完成接 收机输出采集、数字积分、中频放大器增益控制、本 机噪声直流自动补偿、噪声源点灭、PIN开关控制 以及数据处理等功能。电磁场测试仪| 电源供应器| 电能质量分析仪| 多功能测试仪| 电容表| 电力分析仪| 谐波分析仪| 辐射计采用全功率型接收机，辐射计的输出电 压与输入的噪声温度关系为[ U=G，(T +T )一U。H (1) 式(1)中u为辐射计的输出，G 是辐射计的增益因 子，r 是它的输入噪声温度，r 是接收机的等效噪 声温度。 为本底噪声直流补偿电压 在辐射计 中，增益产生漂移，同时接收机的本底噪声也会产 生变化 因此，为了稳定辐射计的增益和有效补偿 本底噪声，在8ram辐射计中采用增益自动控制技 术和本底噪声直流补偿电压的自动控制技术
2 增益自动控制和本底噪声自动补偿 增益自动控制和本底噪声直流电压补偿的简 单模型如图2所示，(r +r )为辐射计的转入信 号．(G／L)为增益可调的中频放大器的增益(即 G)，e为减法器。通过改变u—Gc调节中频放大器增 益，通过改变U．u调节本底噪声补偿电压 图2 增益和补偿电压的控制模型 图1 毫米波辐射计 在正常状态下，当辐射计输入接参考负载，输 入温度为了’；，辐射计输出电压为 一 ( + )一U (2) 上|0 ． 式(2)中G。和上呻分别为辐射稳定时的增益和中频 衰减器的衰减量。当噪声源点燃，有一噪声增量了’ 输入，此时辐射计输出电压为 U 一 ( + T +T )一U r (3) 在辐射计增益G。波动△G和辐射计等效噪声温度 了’ 波动加 状态下，当输入温度为了’；，辐射计输 出电压为 宝( +筹)( + (4) 当噪声源点燃时，辐射计输出电压为 一笔( +筹)· ( + TⅣ+ T 一凸丁R)一U (5) 式(4)和式(5)中￡。和 为辐射计输出电压增量 通过AGC电压调整辐射计的增益及补偿电压，使 当输入噪声为了’．时辐射计的输出电压仍为 ，当 输入噪声为 +了’ 时辐射计的输出电压仍为 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) 上两式中g为常数，△u cc为增益控制电压的调整 增量， 为补偿本底噪声的直流电压增量 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 将式(12)代入式(10)得 (12) = 一 (13) 式(13)中 一gu^ ，Usc,cQ为增益稳定时的控制 电压 式(13)中右边各项已知，因此Pc计算机依 照计算的 眦控制辐射计的增益。 由式(6)和式(4)得 一 1 + q A U A ~c／Lo一(u + r)(14) 将式(13)代入式(14)得 虬一 皓等i PC计算机依照式(15>修改噪声直流朴偿电平
3 硬件实现 8mm辐射计的增益控制是调节中频放大器的 增益 在中频放大器的前中和主中之间插入电控衰 减器．通过调节衰减器的控制电压f，⋯ 改变中频 放大器的增益 电控衰减器是由PIN二极管构成 的T形衰减网络．PIN二级管是压控元件，它的电 阻与压降成反比。因此控制PIN二极管的偏压就 可改变衰减网络的衰减量，调节中频放大器增益。 朴偿本底噪声的直流电压输入到低频放大器中的 减法器，减法器由高稳定度和高精度的OP-07运 算放大器组成．减法器输出的差值再经放大后输入 到积分器 增益控制电压和本底噪声补偿电压由 PC计算机通过D／A变换器给出，D／A变换器的 输出电压经滤波后供给辐射计+D／A变换器采用 ADC1210芯片。硬件框图如图3所示。 图3 增益控剖和本底噪声补偿硬件框图
4 结束语 通过上述的方法，在8mm辐射计中实现了增 益的自动控翩和本底噪声的自动直流补偿。中频放 大器的增益可控范围为10dB，增益控制电压u ∞ 的范国为O～8．0V。本底噪声的直流补偿电压的控 制范围为0～5．0V。
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