Численное моделирование нулевого СВЧ-радиометра

Современные теоретические и практические исследования тесно связаны с компьютерным моделированием [1,2]. Существующая научная база имеет множество инструментов предварительных расчетов и анализа, позволяющих оценить работу системы с достаточной для инженерной практики точноcтью [3]. К таким инструментам относятся разработанные численные модели в математических средах, модели в системах автоматизированного проектирования (структурные модели) и т.д.
В представленной работе показаны результаты исследования структурной и численной модели нулевого СВЧ-радиометра при работе в ближней зоне антенны.
Ключевым аспектом представленной работы является моделирование в среде AWR DE совместно со средой математического моделирования MatLab. На разработанной структурной модели проведены предварительные исследования разрабатываемого нулевого СВЧ-радиометра.
Проблемной частью работы в ближней зоне антенны является изменение коэффициента отражения исследуемой среды в каждой точке приложения антенны. Методика модельного эксперимента состоит в следующем. В математической среде детектированный сигнал накапливается и усредняется для вычисления разности вольт-секундных площадей, для достижения нулевого баланса изменяется длительность сигнала ШИМ, все результаты записываются в электронную таблицу Excel. Таким образом осуществляется моделирование изменения результатов измерений при изменении импеданса эквивалента антенны. При проведении моделирования импеданс эквивалента антенны менялся от базового (опорного) 50 Ом до 63 Ом, 75 Ом, 91 Ом.
Результаты моделирования. Опорное измерение при согласованном сопротивлении 50 Ом соответствуют среднему значению 50% от длительности ШИМ. Дальнейшее изменение активного сопротивления 63 Ом, 75 Ом, 91 Ом по средним значениям получены 61%, 73% и 90% от длительности ШИМ при таком изменении модуля отражения на границе сред антенна-объект получаемые измерения будут иметь большой коэффициент ошибок.
Результаты измерений показали необходимость внедрения новых методов снижения погрешности вызванной изменением сопротивления эквивалента антенны на результаты измерений.
Предлагаемое решение в виде радиометрической системы с двумя режимами работы. При калибровке система нормируется относительно согласованного эталона с определенной температурой. В первую секунду приложения к объекту устройство работает в режиме ИКО. В данном режиме запоминает dtшим эквивалентно равное изменению dΓ. После чего включается режим измерения шумовой температуры объекта. Однако в приложенной точке уже известен коэффициент отражения соответственно ее можно исключить из конечного расчета измеренной температуры объекта.
Исследования в направлении ближнепольных радиометрических измерений имеют большое стратегическое значение для дальнейшего развития научно-исследовательских работ в данном направлении радиотехники.
- результатами численных экспериментов изучено влияние изменяющегося коэффициента отражения на границе раздела сред.
- полученные численные данные говорят о больших ошибках контактных измерений радиометрическими приемниками.
- однако, применение схемы радиометра вкупе с измерителем коэффициента отражения на границе сред минимизирует ошибки контактных измерений.
На данный момент разрабатывается методика проведения лабораторных экспериментов с нулевым радиометром.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-00168, https://rscf.ru/project/21-79-00168/