Бортовой нулевой радиометр с упрощенной конструкцией входного СВЧ-блока

Применение микроволновых радиометров в дистанционном зондировании позволяет с высокой эффективностью решать задачи измерения влагозапаса почвы, прогнозирования пожароопасных мест, обнаружение различных объектов на поверхности Земли и т.д. [1,2].
Использование микроволновых радиометров в составе малых беспилотных летательных аппаратах позволяет в значительной степени упростить, ускорить и удешевить процесс дистанционного зондирования в виду того, что малых беспилотных летательных аппаратах обладают высокой мобильностью, им не требуются использование специальной инфраструктуры (не требуют взлётно-посадочных полос, космодромов) и т.д.
Существенным недостатком использования малых беспилотных летательных аппаратах в качестве средств - носителей микроволновых радиометров являются их конструктивные особенности, обусловленные ограничениями по массогабаритным параметрам и энергопотреблению бортовой аппаратуры. В связи с этим, актуальна задача упрощения конструкции микроволнового радиометра без ухудшения его метрологических характеристик.
Среди многочисленных системных и схемотехнический решений построения микроволновых радиометров особое место занимает нулевой метод измерений. Технически, реализация нулевого метода заключается в сравнении энергии сигнала антенны с энергией двух или более эталонных генераторов шума. Нулевые радиометры обладают самой высокой устойчивостью результатов измерений в независимости от условий окружающей среды [3].
Конструкция классических нулевых радиометров являются самой сложной. Стоит отметить, что ко входному СВЧ-блоку подключается три источника шумового сигнала: антенна и два опорных генератора шума. Это влечет за собой сложности при реализации, увеличению стоимости и массогабаритных параметров [4].
Для снижения массогабаритных параметров нулевого радиометра путем модификации конструкции входного СВЧ-блока, а именно путем замены активного генератора шума (выполненных, например, на основе лавинно-пролетных диодов, работающих в режиме обратного пробоя) на малошумящий усилитель подключенный входом к входу и исключения направленного осветителя и дополнительного СВЧ-переключателя.
Применение малошумящего усилителя в качестве опорного генератора шума позволяет упростить конструкцию МР на системном уровне при одновременном снижении веса и потребление энергии, и повышение чувствительности.
Результаты проведенного математического моделирования предлагаемой реализации нулевого радиометра показали, что использование низкотемпературного опорного генератора шума позволяет повысить чувствительность по сравнению с классическими нулевыми микроволновыми радиометрами. Повышенная чувствительность достигается за счет уменьшении омических потерь на входе МР, что приводит к уменьшению собственных шумов радиометра и снижением шумовой температуры генератора шума. Уменьшение шумов генератора шума приводит к уменьшению флуктуирующей составляющей вольт-секундных площадей [5], при реализации нулевого метода. Уменьшение флуктуаций вольт-секундных площадей также снижает разброс результатов измерений, что эквивалентно увеличению чувствительности.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-00168, https://rscf.ru/project/21-79-00168/