исключаются ограничения по ширине полосы пропускания, связанные с наличием УПЧ. Применение широкополосных малошу-мящих ЛБВ позволяет создавать системы, не уступающие по качеству соответствующим супергетеродинным устройствам.

Детекторные радиометры состоят из кристаллического диода, низкочастотных каскадов и остальных элементов, присущих радиометрической схеме. Они отличаются простотой устройства и дешевизной и применяются в тех случаях, когда.требование Получения предельно высокой чувствительности не является определяющим. Наиболее широкое распространение подобные устройства получили в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.

Радиометры миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов получают в последнее время все более широкое распространение. Радиотеплолокаторы, работающие на волне 3,2 мм {/=94 Ггц), позволяют получить изображение местности, весьма близкое по качеству к фотографии, полученной в оптическом диапазоне. Радиометры, работающие на частоте 60 Ггц, соответствующей линии поглощения кислорода, могут использоваться в качестве навигационных приборов. Оптимальной для радиометрических секстантов, предназначенных для ра-. боты по Солнцу и Луне, является частота 32 Ггц.

Наиболее благоприятные с точки зрения ряда факторов (собственная излуча-тельиая способность объектов, окна прозрачности атмосферы, характеристики приемников и пр.) частоты этого диапазона сосредоточены в двух областях: между 90 и ПО Ггц (3,33 мм>%>2,72 мм) и между 30 и 40 Ггц (1 см>Я>0,75 см).

Создание радиометрических приемников в названных диапазонах связано с рядом трудностей.

Укорочение длины волны супергетеродинных приемников с полупроводниковыми диодами ограничено шунтирующим действием емкости р-п перехода, а также потерями в полупроводнике. Другая группа трудностей связана с потерями в волноводах и резонаторах, отсутствием простых и надежных гетеродинов и генераторов накачки, а также с изготовлением стандартизованных устройств СВЧ.

Характерной особенностью приема в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах является переход от сосредоточенных приемных элементов к распределенным и от волноводных методов согласования потока излучения с приемным элементом - к оптическим. На этом участке волн совершается переход от принципов приема, используемых в СВЧ диапазоне, к методам, применяемым в ИК-Диапазоие.

Самыми чувствительными приемными устройствами в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах являются радиометры с квантовыми парамагнитными усилителями или охлаждаемыми полупроводниковыми параметрическими усилителями на входе;

за ними следуют неохлаждаемые параметрические усилители. Далее идут смесители на полупроводниковых диодах.

Схемы радиометров миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов отличаются определенным своеобразием. Здесь в ряде случаев вместо классических радиоприемных схем целесообразно применять различные типы детекторных приемных устройств, используемых в ИК-диапазоне.

i Потоп ф \ уиЩчето

Модулятор

I I I I I I

Дбигатслв

Генератор опорных колебаний.

Детектор InSb

Усилители нч

СонХООнньй

дебитор

Регистратор

Рис. 25-194. Функциональная схема приемника с детектором на основе InSb.

В качестве детекторов в миллиметровом диапазоне используются как детекторы с точечным контактом, так и тепловые детекторы - болометры, баретторы, оптико-аккустические приемники, а также некоторые индикаторы на фоторезисторах. Основные параметры детекторов, применяемых в рассматриваемом диапазоне, приведены в табл. 25-3.

Для тепловых детекторов характерны две особенности; их чувствительность в широком диапазоне не зависит от длины волны, а постоянная времени достаточно велика из-за тепловой инерции.

В СВЧ диапазоне используются болометры с чувствительным элементом из углерода, германия или олова. Такие приборы работают при гелиевых температурах, что значительно усложняет детектирующие устройства.

Оптшо-аккустические приемники

(ОАП)-элементы Голея - работают при комнатной температуре. Принцип их действия основан на поглощении энергии газом, заключенным в небольшом замкнутом сосуде. При изменении давления газа, нагревающегося под воздействием излучения, одна из стенок сосудасделанная подвижной, перемещается. На наружной стороне этой стенки нанесено зеркальное покрытие, отражающее луч света, падающий затем на фотоэлемент. Элемент Голея может применяться в диапазоне от видимых до миллиметровых волн.

Фотодетекторы являются малоинерционными приборами и обладают несколько большей чувствительностью, чем тепловые детекторы. В диапазоне от 0,1 до 8 мм используются детекторы иа основе сурьмянистого индия InSb, требующие применения криогенной техники.

Функциональная схема приемного устройства с детектором на основе InSb при-

Т-а блица 25-3

* Чувствительность рассчитана для длины волны, указанной в графе рабочий диапазон .

ведена на рис. 25-194. В случае применения таких детекторов расчет предельной чувствительности удобнее производить по формуле

6Т =

кУ AF Щ

(25-205}

рДё К - предельная чувствительность в предположении, что ДР=1 гц; k-постоянная Больцмана; Д/ и ДЕ - полосы пропускания по ВЧ и НЧ соответственно

В рассматриваемых диапазонах можно полагать Af=f/3, где .f - частота сигнала. Подставляя в формулу (25-205) численное значение постоянной Больцмана и учитывая приведенные соображения относительно ширины полосы, получаем:

2,2-10гз]/др 6Т =--~-. (25-206)

Результаты расчета чувствительности различных детекторов приведены в табл. 25-3 [Л. 14]. 33-1248

В ряде случаев в миллиметровом диапазоне целесообразно применение детекторных приемников с полупроводниковыми диодами. Несмотря на то что ткие устройства значительно менее чувствительны, чем детекторы на InSb и супергетеродины, они обладают рядом достоинств, основными из которых являются простота, малый вес и габариты и, главное, отсутствие охлаждения до температуры жидкого гелия, в ко тором нуждаются детекторы на InSb.

Шумовые свойства супергетеродинных радиометров миллиметрового диапазона оказываются значительно хуже, чем у соответствующих приемников более длинных воли, в значительной степени из-за шумов клистронного гетеродина. Создание балансных смесителей для борьбы с этим явлением в миллиметровом диапазоне достаточно сложно и дорого. Поэтому здесь часто применяют преобразователи с одиночными смесителями, а для исключения шумов гетеродина выбирают сверхвысокую промежуточную частоту.

Для создания модуляционных радиометров в субмиллиметровом диапазоне при-

Поглощающая ж

Гетеродин

Высокодобротный, резонатор -

Шдулятор

Аттенюатор

Истопник сигнала сравнения

Изолятор

Циркулятор

Изолятор

Смеситель

Пераметричесний усилитель

Изолятор

Усилитель промежуточной частоты

г-й детектор

Фильтр RC

И индикатору

Синхронный детектор

Генератор опорной частоты

Рис. 25-195. Упрощенная блок-схема радиотеплолокатора

на входе.

с параметрическим усилителем

меняются обычно механические прерыватели, поскольку существующие ферритовые устройства обладают в этом диапазоне значительными потерями.

Индикатор. Поскольку радиотешюлока-торы способны определять дальность лишь достаточно грубым образом, канал дальности в индикаторе либо не нужен совсем, либо может быть существенно упрощен по сравнению с соответствующими каналами в активной радиолокации. В связи с большим временем обзора заданной зоны и узкопо-лосностью сигналов РТЛ инерционность индикаторов должна быть существенно большей по сравнению с инерционностью радиолокационных индикаторов. Кроме того, к индикаторам РТЛ предъявляются такие требования, которые обычно не предъявляются к радиолокационным индикаторам. Сюда относится, например, требование точной передачи большого числа амплитудных градации. Иногда может также предъявляться требование отображения поляризационных свойств наблюдаемых объектов. В общем случае, индикатор РТЛ должен обеспечивать точную индикацию координат целей и антенных температур, соответствующих этим целям. Поэтому в качестве индикаторов в радиотеплолокации наряду с электроннолучевыми трубками могут применяться и другие приборы, обладающие большой инерционностью. К таким устрой-

ствам относятся самописцы различного рода, фотоаппаратура, люминесцентные панели, а также специальные приборы многоканальной панорамной индикации.

Упрощенная блок-схема радиотеплолокатора 3-см диапазона с параметрическим усилителем на входе приведена на рис. 25-195.

25-15. КРАТКАЯ СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАДИОТЕПЛОЛО-КАЦИОННЫХ, РАДИОЛОКАЦИОННЫХ И ИНФРАКРАСНЫХ СРЕДСТВ

В заключение целесообразно сравнить основные свойства радиотепловых, радиолокационных и инфракрасных средств.

Целями для- ИК-аппаратуры .являются, тела с повышенной термодинамической температурой. В случае, если термодинамическая температура объекта и фона низки, РТЛ может иметь преимущество перед ИК-приборами, поскольку чувствительность пос- -ледних быстро падает с уменьшением температуры.

В отношении измеряемых координат радиотеплолокация уступает радиолокации, так как РТЛ не могут производить непосредственное измерение дальности и скорости.