Прием радиотеплового излучения

Приемники радиотепловых сигналов выполняют в виде точных измерителей шума, так как тепловое излучение имеет шумоподобный характер. Такие приемники принято называть радиометрами.

Простейший радиометр (рис. 6.2) состоит из усилителя высокой частоты (УВЧ), детектора и сглаживающего фильтра низких частот (ФНЧ), т. е. представляет собой обычный приемник прямого усиления. Усилитель высокой частоты необходим для ослабления влияния шумов детектора и последующих каскадов, поэтому его собственные шумы должны быть малыми. Для увеличения мощности радиотеплового сигнала полосу пропускания УВЧ стремятся делать возможно более широкой. С выхода УВЧ усиленный радиотепловой сигнал поступает на квадратичный детектор. Выходное напряжение детектора, кроме постоянной составляющей, содержит интенсивную шумовую составляющую. Для накопления ее служит ФНЧ, который в простейшем случае представляет собой интегрирующую RC-цепочку.

> УВЧ Детектор ФНЧ

Радиометр

Рис. 6.2

Основной особенностью простейшего радиометра является его способность принимать и выделять сигналы, мощность которых много меньше мощности собственных шумов. Эта способность обусловливается сочетанием широкой полосы пропускания по высокой частоте и узкой полосы пропускания ФНЧ.

Рассмотрим прохождение сигнала и шума через каскады простейшего радиометра. На входе радиометра мощность сигнала

P_c=k T_c D f, (6.3)

где k - коэффициент преобразования, Т_c - спектральная плотность мощности сигнала, она называется температурой сигнала и численно равна физической температуре активного сопротивления, создающего шумовое напряжение со спектральной плотностью, равной спектральной плотности мощности данного сигнала, D f - полоса пропускания УВЧ.

Часто используется также термин “антенная температура”, здесь имеется в виду температура сигнала непосредственно на выходе антенны. Важно отметить, что в отличие от шумов активных сопротивлений спектральная плотность некоторых радиотепловых сигналов зависит от частоты. Например, температура сигналов от малоразмерных объектов повышается с увеличением частоты. Это явление может быть использовано для селекции сигналов и распознавания их источников.

Мощность шума Рш УВЧ, приведенная ко входу радиометра,

Р_ш = k Т_ш D f, (6.4)

где Т_ш - шумовая температура УВЧ.

Отношение мощности сигнала к мощности шума на входе радиометра

Очевидно, что отношение сигнал/шум (6.5) не изменится после усиления в УВЧ. Как правило, r < 1. В детекторе происходит подавление сигнала шумом и отношение мощности продетектированного сигнала (постоянной составляющей) к мощности шумов на выходе детектора будет равно:

r_дет = r² = (T_c/T_ш) ² . (6.6)

На выходе фильтра низкой частоты

где DF - полоса пропускания ФНЧ. В существующих радиометрах D f / DF = 10⁷-10⁹, что позволяет им на выходе иметь значительные отношения сигнал / шум.

Основная характеристика радиометра - чувствительность - способность принимать слабые радиотепловые сигналы. Чувстви-тельность радиометра DТ равна температуре сигнала, при подаче которого на входе радиометра выходное отношение сигнал/шум равно единице. Отсюда

В существующих и перспективных РТК DТ = (1-0,01)К при DF=1Гц.