CC BY
30
УДК 621.317
КОРЕЛОМЕТРИ В ОЩНЩ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕР1АЛ1В Яненко ОМ., Ваганов О.А., Скрипник Ю.О.
Наведено аналгз гснуючш кореляцшних радюметргв (корелометргв) та представлено новый двоантенний одноканальний корелометр, який дозволяе вкявляти глибину статистичного зв 'язку мтж двома вгтадковтш сигналами з тдвищеною точтстю та чутливгстю.
Вступ. Постановка задач1
В техшщ часто постае задача визначення кореляцшного взаемозв'язку м1ж двома випадковими сигналами вщ одного джерела випромшювання та ощнки статистичного зв'язку м1ж електромагштними полями двох незале-жних джерел випром1нювання. В обох випадках для розв'язання поставлено! задач1 використовують одно- та двоканальш корелометри з двома при-ймальними антенами, рознесеними на певну вщстань. 1снуючий двокана-льний корелометр [1] мае суттев! недолиси: неможливють створити два щентичш втёрювальш канали (з однаковими коефвдентами шдсилення та смугами пропускания), виникнення паразитного зв'язку м!ж вим1рюваль-ними каналами, змщення нуля перем ножувача напрут тощо. Одноканальний корелометр [2] також мае недолши: разом ¿з корисним сигналом у ви-м1рювальний тракт потрапляють шумов1 завади в1д окремих елемент1в пристрою, приймальних антен тощо. До того ж, вш мае вузьку смуту частот. I хоча такий вар1ант корелометра мае суттеву перевагу у пор!внянш з двоканальним, а саме - повшстю виключено вплив на результат вим!рю-вання не 1дентичност1 канал1в (оск!льки ця схема - одноканальна), проте все ршно не забезпечуе отримання результат1в вим!рювання з п!двищеною точшстю та чутлив!стю.
Актуальним е пщвищення точност! 1 чутливосп вим1рювання потужнос-т1 корельованих електромагштних випромшювань, яш приймаються рознесеними антенами, що забезпечить надшне виявлення джерела радювипро-м1нювання на фош завад або достов1рну оцшку глибини статистичного зв'язку м1ж двома шумовими джерелами випром1нювання.
Оиис техшчного рииення
Одним 1з перспективних вар1ан-т1в побудови корелометр 1в е двоантенний одноканальний корелометр (ДОК) [3], в якому вщбуваеться пе-рюдична комутацш одного з вхо-д1в; при цьому другий вх!д корелометра залишаеться постшно шд-кшоченим до вим1рювального тракту. На рис Л представлена схема ДОК, що складаеться з приймаль-
Рис. 1
ного високочастотного блоку 1, блоку пром1жно1 частоти 6 та низькочасто-тного блоку 13. Приймальний високочастотний блок 1 мктить дв1 симет-ричш спрямован! на досл!джуваний об'ект антени 2 I 3, двополюсний НВЧ-перемикач 4 та НВЧ-суматор 5. Блок пром1жно1 частоти 6 складаеть-ся з НВЧ-гадсилювача 7, змшувача частоти 8, переналагоджуваного по частот! гетеродина 9, вузькосмугового шдсилювача 10 пром1жно1 частота, квадратичного детектора 11 та шдсилювача 12 низько1 частоти. Низькоча-стотний блок 13 мктить синхронний детектор 14, фшьтр 15 нижшх частот, цифровий вольтметр 16 та генератор 17 низько*1 частоти.
В НВЧ-д1апазош розподш енерш в спектр! випром1нювання визначаеть-ся законом Релея - Джинса
и^ъ-гКТ (1)
де и,, - пцльшсть випром1нювання на частот! V; р - коефпдент випром!ню-ючо! здатност1 (с1рост1); с - швидкють розповсюдження електромагштног хвшп у вакуум!; К - стала Больцмана; Т - термодинам1чна температура тша.
Шумов! сигнали, нрийнят! антенами 213 (адитивна сум1ш вузькосмугового шумового сигналу та широкосмугово!" шумовоУ завади) подають на входи суматора 5. При цьому напруга антени 2 надходить безпосередньо на один !з вход1в суматора 5, на другий вх!д якого надходить напруга в!д антени 3 через перемикач 4. Якщо напругу шумового сигналу ик{т) ! напругу шумово! завади иш{{0
представити в комплексному вигляд! ^ик Мнк ^ , то на один !з вход1в суматора 5 впливае сума комплексних напрут
и1=ик1 + инк1+иш , (2)
де иШ1 - власш шуми антени 2.
На шший вх!д суматора 5 по черз!, через перемикач 4, надходять р!зно-полярн! комплексн! напрут з антени 3
и2'=иК2+и'НК2+иШ2 , (3)
и2" = -ик2-и'Ж2-иш2 , (4)
де иш2 - власш шуми друго! симетрично1 антени 2.
При верхньому положенш перемикача 3 на виход1 суматора 4 формуеть-ся "р1зницева" напруга
и3'=К,-[и.+и.'+и.ук, {ик1+иш1+иш-ик1-ит2-иш2+ипу (5)
де ип ,Кг напруга власних шум!в та коефпдент передач! суматора 5.
У нижньому положены! перемикача 4 на виходп суматора 5 формуеться "сумарна" напруга
£/3" = К,. и2"+ и „У к,. {ип+и^+иш+и\2+иш2+иш2+ип^ (6)
Автоматичний режим перемикача 4 забезпечуеться генератором 17. За-вдяки цьому на виход1 суматора 5 формуеться неперервна напруга, що складаеться з "пакета напрут" (5) 1 (6), як! "йдуть" !з низькою частотою перемикань. Оскшьки "сумарна" напруга не дор1внюе пр1зницевш", то без-перервна "пакетна напруга" являе собою модульовану по амгаптуд! напру-гу з коефщхентом модуляци
и'к2+У^+Ущ (7)
и«+из' иК1+иЖ1+иш+ип'
Модульована шумова напруга надходить в блок пром1жно1 частоти 6, шдсшпоеться шдсилювачем 7 й зм1шуеться в зм!шувач1 частоти 3 з гармо-н1йною напругою гетеродина 9, частота якого регулюеться в д!апазош смуг спектра шумовоУ напруги, що аншпзуються. Шдсилена в смуз! частот шд-силювача 10 шумова модульована напруга надходить до детектора 11. В результат! квадратування миттевих значень "пакета шумово'1 напруги" ! 1хнього усереднення ф!льтром детектора, формуеться тимчасова пошпдов-шсть в!део1мпульс!в з амплпудами
= и52, ' (8)
и4"=к22з^к2[и3^ и2, (?)
де К2 - коефщент шдсилення щцсилювача 7; ^ - крутизна перетворення зм!шувача частоти 8; 52 - крутизна перетворення квадратичного детектора 11; К3 - коефхщент пщсилення шдсилювача 10; II5 - напруга гетеродина 9.
При шднесенш до квадрату напрут IIъ' й 173", як! являють собою алгеб-ра!чну суму комплексних напруг (5) ! (6), варто врахувати наступне. Шумов! завади за свохми статистичними властивостями м!ж собою е не коре-льованими. Отже, ххнш усереднений добуток дор!внюе нулю
^•^2 = 0. (10)
Також не корельован! м1ж собою шумов! сигнали !з шумовими завадами, оскшьки вони е об'ектами р!зноа статистичноТ природи, а тому
иш.ик= 0. (11)
Корельоваш м1ж собою т!льки шумов! сигнали, що приймаються двома симетричними антенами 2 13, причому стушнь корелящ! визначаеться ко-
ефщентом взаемшл кореляци. Виходячи з цих м1ркувань, амшитуди в!део-1мпульс1в (8) 1 (9) з урахуванням (5) 1 (6) матимуть вигляд
де р - коефнцент взаемнох кореляци шумових сигнал1в на частот! гетеродина 9; иШ12,иШ22 - дисперсп шумових завад у смуз1 промгжних частот Ашл; иК1\иК22 - дисперсп шумових сигнал!в у тш же смуз1 частот; иК1,иК2 -середньоквадратичш напруги шумових сигнал1в.
ГЕдсилювачем 12 з часовох послщовносп вщео1мпульс1в (12) 1 (13) вщц-ляеться й шдсилюегься напруга низькочастотнох огинаючо!
, (14)
де КА- коефхщент шдсилення шдсилювача 12; Е - частота генератора 17;
- прямокутна обв1дна в1део1мдульс1в; и (г) - шуми детектора 11 та промислов! перешкоди.
Низькочастотна напруга (14) випрямляегься синхронним детектором 14, що управляеться разом з перемикачем 4 тим самим генератором 17, Ви-прямлена напруга через фшьтр 15, у якому придушуються шуми детектора 11 1 промислов! перешкоди, рееструеться вольтметром 16. Випрямлена напруга з урахуванням (12) 1 (13)
иб=2К!%%%К551%Зр5^1-йк2, (15)
де 53 - крутизна перетворення детектора; К5 - коефпцент передач! фшьтра.
Перестроюючи частоту гетеродина 9, рееструють вих1дну напругу, що пропорцшна корельован!й частит шумових сигнал!в у смуз! частот (зада-еться гетеродином 9). Результат частотного анал!зу можна надати як
и^к.рм.щ.щ;, об)
де К ~ 2К2К22К2К4К531г328зи2 - результуючий коефпцент перетворення; р(со) - коефнцент взаемнох кореляци шумових сигнал1в на частой налаго-дження блоку пром!жнох частоти 6.
Отже, за результатами вим!рювань (16) можна одержати шформащю про стушнь кореляци шумових сигнал1в на р!зних дихянках частотно!' характеристики дослщжуваного об'екта. При цьому результат вим!рювання буде позбавлений шумових завад. Висновки
Двоантенний одноканальний корелометр дозволяе позбавити результат вишрювання в!д власних шум1в двох симетричних антен, виключае вплив вщ не щентичност1 канал1в, а також дозволяе одержати шформащю про
стушнь кореляцн сигншпв, що приймаються, на р^зних дишнках частотно'1 характеристики дослщжуваного об'екта. Завдяки перюдичнш зм1ш поляр-ност1 одного з сигналiB, що приймаються, забезпечуеться визначення коре-ляцшного взаемозв'язку з тдвищеною точшстю та чутливктю. OKpiM того розширено частотний д1апазон вим1рювань шляхом використання широко-смугових елемешпв i ланок, а також одноканального гетеродинного перетворення частот двох НВЧ-сигнал1в.
Пристрш може бути використаний для визначення кореляцшного зв'язку мгж випромшюваннями точок енергетичних мерид!ашв людини, що дасть змогу д1агностувати низку складних захворювань i визначати до-зування електромагштного опромшення шд час лжування хворих методами мшшетрово1 резонансно! терапи.
Перспективою подалыиого розвитку е можливкть за цим способом гли-бше вивчати структуру електромагштного каркаса живих оргашзм1в, оде-ржувати нову шформацш щодо характеру когерентного випромшювання бюлопчних об'екпв.
Литература
1 Скрипник Ю.О., Манойлов В.П., Яненко О.П. Модуляцшш радюметричш при-стро1 та система ЫВЧ-д1апазону: Навч.пснлбник, - Житомир: ЖГП,2001, - 374 с.
2 Головко Д.Б., Скрипник Ю.О., Яненко О.П. Надвисокочастотн! методы та засоби вишрювання ф!зичних величин.; Навч. пос!бник.~ К: Либщь, 2003. - 328 с.
3 Ваганов O.A., Скрипник Ю.О., Яненко О.П. Побудова корелящйного радюметра для оцшки впливу текстшгьних матер1ал!в на оргашзм людини. Матер1али VI Все-украшсько1 науково! конференцп молодих вчених та студенпв в зб. «HayKosi роз-робки молод! на сучасному еташ». - Киш: КНУТД, т.П, 2007. - С.20
Ключов1 слова: корелометр, радюметрш, коредящйний радюметр
Яненко А.Ф., Ваганов A.A., Скрипник Ю.А. Коррелометры в оценке свойств материалов Приведен анализ существующих корреляционных коррелометров и представлен новый коррелометр, который позволяет обнаруживать глубину статистической связи между двумя случайными сигналами с повышенной точностью и чувствительностью. Yanenko O.P., Vaganov O.A., Skripnik J.O. Correlometers are in estimation of properties of materials Aanalysis of existent correlation correlometers is resulted and a new correlometer which allows to find out the depth of statistical connection between two casual signals with enhanceable exactness and sensitiveness is presented.
