Методы и средства обеспечения достоверности и точности изменений параметров собственного излучения тел в СВЧ рабиометрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

я с^ УЖ 621.317.029.6:535.233.21

БУТАКОВА Светлана Викторовна

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ И ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИИ ПАРАМЕТРОВ СОБСТВЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ТЕЛ В СВЧ РАДИОМЕТРИИ.

01.04.01 - Техника Физического эксперимента, Физика поибоюов, автоматизация Физических исследований.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

/

Москва - 1997 год.

■ Работа выполнена на кафедре радиофизики Московского физико-технического института России и в Харьковском государственном научно-исследовательском институте метрологии научно-производственного объединения "Метрология" (ХГНИММ ГНПО"Метрология") Украины.

Научный консультант'- доктор физико- математических

наук профессор Кравченко В.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор,

лауреат Ленинской и государственной премий Зелкин Е.Г.

доктор физико- математических наук профессор, лауреат государственной премии Мериакри 8.8.

доктор Физико- математических наук профессор Шепелев А. 8.

Ведущая организация:

Московский научно-исследовательский институт приборостроения.

Защита состоится ". Л.» апреля 1998 года в Л часов на заседании Специализированного совета Д 003;77.01 при ЦКБ уникального приборостроения РАН 117342, Москва,, ул. Бутлерова, 15.. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦКБ..

Автореферат разослан

г.

Ученый секретарь -Специализированного

совета-Д 003.77.01

кандидат физико-математических наук

Отливанчик Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Измерение физических величин/ характеризующих энергию электромагнитных излучений на частотах Г<1000 ГГц с шумовыми температурами от ~80 К до 105 К и стационарного излучения от -80 К до «2-3 К, неизменного в течение длительных промежутков времени, относится к области сверхвысокочастотной (СВЧ) радиометрии, микроволновой радиометрии.

СВЧ радиометрия применяется для изучения среды обитания человека и природных ресурсов, медико-биологических исследований, диагностики плазмы, в радиоастрономии, для радионавигации по Солнцу и звездам, радиовидения, измерения параметров антенн, контроля самопроизвольного разогрева хлопка- сырца в бунтах, определения местоположения неоднородности в СВЧ фидере, измерения температуры текстильного полотна из различных волокон. Проводят массовые измерения радиошума - в радиоаппаратуре, транзисторах, интегральных схемах. На базе СВЧ радиометрии разработаны крупные национальные программы, в том числе мониторинга земной поверхности со спутников - украинских ("С1ч-3") и российских.

Основным инструментом дистанционных измерений в СВЧ радиометрик является радиоприемник шумоподобных сигналов (СВЧ радиометр) с антенной, которые перед измерениями вместе калибруют в свободном пространстве по источнику с известными параметрами излучения.

Закон излучения абсолютно черного тела САЧТ), открытый в начале 20-го века, стал основой для разработки источников излучения, энергию которого вычисляют с высокой точностью при помоши фундаментального соотношения Планка с физическими величинами (температурой и частотой), измеряемыми независимыми методами. Такие источники называются расчетными излучателями,

В радиодиапазоне и при высоких температурах тел действует приближение закона Планка - закон Рзлея-Джинса. По закону Рэлея-Джинса спектральная мощность Р« излучения на длине волны выходящего через отверстие площадью Б изотермической полости, пропорциональна спектральной плотности мощности шума СПМШ а или эквивалентной шумовой (радиошумовой, радиояркостной) температуре ЗШТ Тш. В черном теле Тш равна величине термодинамической температуры полости Т. Рш = или рш = кТш5/АЯ СП

Для реального тела Тш = еТ,

где е < 1 - коэффициент черноты, характеризующий излучательную (поглощательную) способность тела.

к =1,3806*10~23 Дж/К - постоянная Больцмана.

Мощность, переносимая одной шумовой модой в волноводе при температуре Т согласованной нагрузки, равна кТ/2тт. Характеристики распространения волноводных мод являются функциями размеров и Формы поперечного сечения волновода. Следовательно, формула (1) описывает зависимость спектральной мощности излучения от электрических размеров и формы полости и отверстия СВЧ черного тела.

Для численной характеристики энергии излучения измеряют значения й в единицах [Ватт/Герц] ИЛИ 1ш - в единицах [Кельвин], причем 1 [Вт/Гц] / к = 1 К.

Со времени рождения СВЧ радиометрии (40-е годы) в отечественной и зарубежной практике традиционно развивались методы калибровки радиометра с антенной по черному телу, имеющему температуру порядка 300 К (или ниже), помещенному в дальней зоне антенны. Основные усилия направлялись на учет посторонних излучений (от местных предметов. Фона, переотражений от источника и т.п.). В ряде случаев для исключения таких излучений использовали безэховые камеры, весьма дорогостоящие сооружения.

В связи с потребностями техники высоких температур (и энергий) в 1975 году в ГОСТ 8.157-75 была установлена температурная жала в диапазоне 6300 - 105 К на основе закона Рэлея-Джинса в микроволновом диапазоне длин волн, но не имелось аттестованных точек температуры для этой шкалы. Погрешность измерения радиошумовых температур свыше 103 К оценивалась на уровне более 10%.

Для обеспечения' единства и точности измерений в развитых странах создают национальный стандарт (эталон) единицы СШШ (ЗШТ).

В Харьковском государственном НИИ метрологии на основе работ по СВЧ диагностике плазмы в 1980 году был создан государственный эталон единицы температуры в диапазоне 103-105 К по излучению в микроволновой области спектра (номер в реестре государственной регистрации ГЭТ-127-81). Эталон включает расчетные излучатели - микроволновые модели-черного тела и компаратор - СВЧ радиометр с антенной.

При разработке эталона выявились следующие недостатки. . Для создания расчетных излучателей необходимо определять, предельно возможные излучательные характеристики СВЧ черного тела и его минимальные размеры. Проблема размеров особенно обостряется с ростом длины волны в дм диапазон вплоть до 1 м. Такого рода теории' недостаточно разработаны. Существующие теории не позволяли рассчитывать шумовые температуры"апертурных излучателей с плазменными

носителями. Известное в радиоастрономии уравнение измерений не обеспечивало возможности экспериментального нахождения параметров реальных СВЧ моделей черного тела. Отсутствовали методики калибровки радиометра с антенной по черному телу в ближней зоне.

В связи с изложенным актуальной и важной явилась разработка единой системы методов и средств, свободной от указанных недостатков. Система разработана при создании и эксплуатации эталона ГЗТ-127 и привела к повышению точности в СВЧ радиометрии.

С помощью эталонных излучателей и предложенных измерительных методик получены точки шумовой температуры около 103, 104, 105 К при длинах волн 0,8 - 8 си с погрешностью не более 4%. После усовершенствования методики калибровки погрешность снижена до «2%. Температуры 104 К и выше получены с помощью плазменных источников.

Настоящая работа выполнялась в процессе участия автора в следующих плановых темах:

1976-1980 г.г. Разработка эталона ГЭТ-127 (в качестве ответственного исполнителя бюджетной темы 06.01.08.03 Госстандарта СССР).

1980-1993 г.г. Хранение эталона ГЭТ-127 по бюджетной теме 06.05.00.02 (в качестве ученого хранителя эталона, согласно Постановлению Госстандарта СССР от 27 ноября 1980 г.).

1985-1987 г. г. Модернизация эталона ГЗТ-127 (в качестве ответственного исполнителя темы 06.01.08.01 Госстандарта СССР).

1976-1993 г. г. Хоз. договорные работы по созданию и поверке образцовых излучателей ШВИ, "Солнце", "Сириус", "Лебедь", горячего диска ГД-1, методикам аттестации излучателей, по аттестации антенного Фактора малой антенны и двух антенных полигонов для предприятий городов Москвы, Жуковского, С.-Петербурга, Гатчины, Ульяновска, Каменска-Уральского С в качестве руководителя темы).

С 1994 г. участие в разработке метрологического обеспечения спутниковой радиометрической системы (в качестве ответственного исполнителя главы в отчете ИРЗ национальной АН Украины),

С 1997 г. участие в проектировании метрологического обеспечения системы электромагнитной совместимости авиационных ралиос-редств в Харьковском институте летчиков.

Цель работы

- теоретическое обоснование и создание комплекса прецизионных устройств и методик высокоточной калибровки СВЧ радиометра с антенной для измерения параметров излучений, превышающих естественный Фон в нормальных условиях (с шумовыми температурами свыше 300 К до 105 Ю.

В настоящей работе сделан акцент на создание "горячих" . излучателей (с шумовой температурой заметно больше 300 К) и исключение в процессе калибровки мешающих излучений, в том числе переотражений от окружающих предметов излучения "горячего" источника.

Научная новизна работы состоит в том, что решена проблема создания комплексного метрологического обеспечения СВЧ радиометрии излучений, превышающих естественный Фон в нормальных условиях. Автором впервые получены следующие научные результаты.

1. Разработаны' теоретические предпосылки обеспечения достоверности и "точности измерений параметров собственного излучения тел в СВЧ радиометрии. Аналитически обоснована необходимость калибровки радиометра с антенной при помощи расчетного излучателя. Разработана теоретическая концепция-аппаратурной реализации расчетного излучателя - СВЧ'модели черного тела. Получено измерительное уравнение СВЧ радиометрии, более общее, чем известные, позволяющее учесть важные параметры поля СВЧ излучения тел. Сформулированы параметры апертурных СВЧ моделей АЧТ. [1-10]

2. Разработаны и исследованы апертурные излучатели СВЧ шума со свойствами, максимально- приближающими их к теоретической модели черного тела микроволнового диапазона, - тепловые [11, а.с.12-15], газоразрядные [16,17, а. с. 18-27].и полупроводниковые [а.с.28-30].

3. Создана система методов и средств калибровки самого радиометра и радиометра с антенной, обеспечивающая достоверность и точность измерений параметров собственного излучения тел [31-35], [а. с. 36-44]. Аналитически показано, что при измерениях отношений радиояркостей с помощью некалиброванного радиометра можно получить недостоверные результаты [46].

4. Построена система аттестации и контроля параметров антенн с помощью "горячих" излучателей, в том числе с регулируемыми апертурой, интенсивностью излучения, поляризацией. [46, а.с.47-54]

Предложена поверочная схема, основанная на фактически существующих метрологических связях СВЧ радиометрии С при использовании горячих излучателей) с узаконенными в метрологии абсолютным контактным измерением температуры и определением внешних электродинамических параметров антенн относительным методом двух антенн [55].

Исследованы для радиометрического тракта некоторые антенно-Фидерные устройства с волноводами связи произвольной длины. Для расчета предложен строгий метод и на его основе создан единый машинный алгоритм расчета волноводного разветвления в Н-плоскости с конфигурацией любой формы. [56-59]

Таким образом в настоящей работе выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований, углубляющий представления о средствах изучения собственного излучения тел, позволяющий учесть специфические особенности СВЧ радиометрии и ее связи с другими более устоявшимися областями Физики и измерительной техники.

0к?ктическая значимость работы. Внедрение результатов.

Практическая значимость работы состоит б создании комплекса апертурных моделей АЧТ для государственного эталона ГЗТ-127, разработке и поверке образцовых излучателей СВЧ шума.

Введение эталона ГЗТ-127 обеспечило единство и достоверность измерений радиошумовых температур в стране, способствовало ускорению разработок средств измерений собственного радиоизлучения тел различной природы, развитию теоретических исследований в области СВЧ радиометрии. Результаты, полученные при создании и эксплуатации эталона, позволили осуществить важные народно-хозяйственные проекты; оснащение самолетов солнечным радиосекстантом, калибруемым с помощью имитатора радиосолнечного излучения, который аттестован и периодически поверяется по эталону, разработку большой группы радиометрических методов антенных измерений.

На защиту выносятся:

1. Теоретические предпосылки обеспечения достоверности и точности измерений параметров собственного излучения тел в СВЧ радиометрии. Обоснование необходимости калибровки радиометра с антенной при помоши расчетного излучателя. Аналитическое описание размеров и параметров излучения СВЧ реализаций черного тела. Измерительное уравнение СВЧ радиометрии, учитывающее параметры излучения реальных СВЧ моделей АЧТ. Перечень параметров апертурных микроволновых моделей АЧТ.

2. Система создания "горячих" апертурных СВЧ моделей АЧТ, включая их проектирование, изготовление, настройку и аттестации.

3. Действующие излучатели в составе эталона ГЗТ-127, излучатели "Солнце", Ш8И (горячий диск).

4. Система калибровки радиометра с антенной при помоши "горячих" СВЧ моделей АЧТ.

5. Поверочная схема, связывавшая СВЧ радиометрию, использую-

"горячие" излучатели, с абсолютным контактным измерением температуры и определением внешних электродинамических параметров антенн относительным методом.

6. Система измерений с помощью "горячих" излучателей основных характеристик антенн и"поэлементного контроля Формы параболическо-

го зеркала: конструкция радиометрической антенны дециметрового диапазона для локального обгема.

7. Строгий метод расчета интерференционных волноводных устройств с волноводными разветвлениями в Н-плоскости любой заданной конфигурации.

Результаты расчета с помощью ЭВМ диапазонности интерференционных волноводных устройств, показавшие, что эти устройства можно применять в радиометрическом тракте при ширине полосы 20-25% от значения центральной частоты.

Обоснованность научных положений и достоверность результатов. Для разработки математических моделей использованы апробированные методы решения. Проведена проверка полученных формул путем предельного перехода к известным ранее решениям, сравнения моделей между собой. О правильности вычислительных программ свидетельствует совпадение результатов, полученных различными способами, сравнение с известными результатами. Теоретические результаты подтверждаются экспериментально. Достоверность экспериментальных результатов определяется адекватным выбором методов измерения и измерительных средств с соответствующей оценкой случайной и систематической погрешностей. В программах для ЭВМ предусмотрен специальный тест контроля достоверности вычисленных данных. Произведено сличение имитатора радиосолнечного излучения, аттестованного по предложенной методике, с излучением Солнца.

Апробация работы и публикация результатов.

Материалы диссертации обсуждены на Московском электродинамическом семинаре Научного совета по распространению радиоволн РАН (Москва, ИРЭ, 6.1.88), на семинаре ОКБ МЭИ (21.1.98). Отдельные результаты выполненных исследований докладывались на 5 Международном симпозиуме по современным достижениям в микроволновой технологии ШИАМТ'Эб, Киев; на Международной конференции по антенной теории и технике 1САТТ'95, Харьков; на 6-й Международной Крымской-конференции "Микроволновые и телекоммуникационные технологии", Севастополь, 1896; на 5-й Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковые телекоммуникационные технологии", Севастополь, 1995; на 3-й и 4-й Крымской конференции "СВЧ-техника и спутниковый прием", Севастополь, 1993 и 1994; на 4-й Всесоюзной науч.-техн. конференции "Метрологическое обеспечение температурных и • теплофизич.измерений в области высоких температур "Температура-90", Харьков; на 3-й Всесоюзной науч.-техн. конференции "Метрологическое обеспечение температурных и теплофизич. измерений в области высоких темпе-

ратур", Харьков, 1986; на 3-й Всероссийской конференции "Фазированные антенные решетки и перспективные средства связи (ФАР-94)", Казань; на Всесоюзном научно-технич. совещании "Петрологическое обеспечение измерений высоких температур и параметров плазмы", Харьков, 1979; на Всесоюзной науч.-технич. конференции "Метрологическое обеспечение температурных и теплофизических измерений в диапазоне высоких температур", Харьков, 1983; на 8-й всесоюзной науч.-технич. конференции по физике низкотемпературной плазмы, Ленинград, 1983; на 0-й Всесоюзной науч.-техн. конференции молодых специалистов Госстандарта "Повышение роли стандартизации и метрологии в обеспечении интенсификации - общественного производства", Львов, 1985; на Всесоюзной научно-технич. конференции "Фазированные антенные решетки и их элементы. Автоматизация проектирования и измерений С ФАР-90)", Казань, 1990; на 1-ой Украинской науч.-тех-н. конференции "Метрология в электронике-94", Харьков, 1994; на межреспубликанской науч.-технич. конференции "Фазированные антенные решетки и их элементы; автоматизация проектирования и измерений СФАР-82)", Казань, 1992; на республиканской науч.-технич. конференции "Теория и практика измерений параметров электромагнитных колебаний и линий передачи", Харьков, 1991; на 3-й республиканской науч.-техн.конференции "Измерительная и вычислительная техника в технологических процессах и конверсии производства", Хмельницкий, 1385; на 5-й Всесоюзной науч.-технич. конференции молодых ученых и специалистов Госстандарта "Влияние повышения уровня метрологического обеспечения и стандартизации на эффективность производства и качество выпускаемой продукции", Тбилиси, 1983; на

4-й Всесоюзной науч.-технич. конференции молодых специалистов "Влияние повышения эффективности работ в области стандартизации и метрологии на качество выпускаемой продукции", Харьков, 1980; на

5-й Всесоюзной науч.-техн. конференции "Метрология в радиоэлектронике", Москва, 1981; на 5-й Всесоюзной науч.-техн. конференции "Метрологическое обеспечение антенных измерений СВКАИ-5)", Ереван, 1990; на Всесоюзном симпозиуме по теории дифракции и распространению волн, Ростов-на Дону, 1977.

Публикации^ Основные результаты диссертации отражены в 109 публикациях в центральных отечественных и зарубежных изданиях, в том числе в трех нормативно-технических документах Госстаяарта СССР; трех обзорах литературы (общий объем - 9 авт. листов); 31 статье; 34 авторских свидетельствах СССР, 1 положительном решении.

Личный вклад автора. Автором предложены принципы работы и конструирования всех излучателей, аттестованный в составе эталона ГЗТ-127, излучателей ШВИ (горячий диск) и "Солнце", методы и средства калибровки излучателей, аттестации эталонного комплекса. Автору принадлежат идеи устройств и методов, защищенные авторскими свидетельствами в соавторстве. В совместных публикациях по расчету волноводных устройств на ЭВМ автором разработаны алгоритм и программы для ЭВМ. В остальных совместных работах автором даны постановка задачи, выбор метода решения, интерпретация результатов.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, • заключения и двух приложений; содержит 205 страниц основного текста, 77 рисунков, размещенных на 40 с., и 4 таблицы. В основном списке цитируемой литературы 315 наименований. Приложение 1 на 19 листах, сброшюрованное вместе с основным текстом, включает краткое изложение метода расчета СВЧ разветвлений путем синтеза матрицы рассеяния и строгого решения ключевой задачи (о волнах на стыке прямоугольных волноводов с НРо волнами) с основными Формулами и дополнительным списком литературы из 15 наименований. В приложении 2, :представленном в виде отдельной брошюры, приведены ксерокопии актов внедрения, справок об объеме использования, расчетов экономической эффективности Сна 21 листе) и других документов (титульных Листов 6 открытых отчетов, ГОСТ 8.421-81. Представления о назначении ученого хранителя, публикаций об эталоне в средствах кассовой информации).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

,;.;.■■ В первой главе изложены теоретические предпосылки обеспечения достоверности и точности измерений параметров собственного излучения- тел в СВЧ радиометрии. В п. 1 дана постановка задачи. Рассматривается система', в некоторой среде расположено тело, излучение которого отличается по'интенсивности от излучения среды (Фона) в диапазоне радиочастот £1-Р2=В. Излучения тела и Фона распространяются по радиолинии и падают на антенну, соединенную через Фидерную линию со входом СВЧ радиометра.

Задача исследования состоит в нахождении зависимости показания индикатора радиометра от шумовой температуры излучения в диапазоне 103-105 К на входе антенны, т. е. калибровке радиометра с антенной для высокотемпературных измерений.

- и -

Этапы решения задачи.

1. Калибровка самого радиометра, т.е. нахождение зависимости между известными параметрами сигнала на входе радиометра, собственными параметрами радиометра и показаниями его индикатора.

2. Теоретическое обоснование и создание "горячих" излучающих тел, определение их излучательных параметров (аттестация).

3. Калибровка радиометра с антенной по аттестованному "горя-, чему" излучающему телу,, т.е. нахождение зависимости между известными параметрами излучения тела и показаниями индикатора радиометра при исключении влияния Фона.

4. Разработка методов и средств для измерения параметров антенн по аттестованным "горячим" телам с помощью калиброванного радиометре.

В проведенном исследовании при решении указанных задач выявлены специфические особенности СВЧ радиометрии.

A. Необходима калибровка СВЧ"радиометра перед использованием его для абсолютных измерений СВЧ мощности внутри фидерных линий и отношений мощностей.

B. Необходима калибровка СВЧ радиометра вместе с антенной перед измерением параметров электромагнитных излучений в свободном пространстве.

C. Для калибровок по п. п. А, В необходимы источники с известными параметрами излучения. Единственным источником с параметрами излучения, определяемыми независимым образом, является черное тело Планка. В радиодиапазоне излучатель Планка не реализован.

Г). Излучатели для калибровок по п. п. А, В - СВЧ модели черно- , го тела рассчитываются по закону Рэлея-Джинса С радиочастотному приближении закона Планка) и не могут реализовать всех свойств АЧТ Планка. Степень приближения к этим свойствам СВЧ модели по Рэ-лек>-Джинсу зависит от электромагнитных свойств материала, формы и электрических размеров.

Е. Уравнение измерений для калибровки радиометра с антенной должно учитывать отличия СВЧ модели черного тела от излучателя Планка и обеспечивать возможность измерения радиационных параметров конкретной СВЧ модели.

?. В см-дм диапазонах СВЧ модель черного тела имеет большие габариты, что создает трудно решаемую техническую проблему изотермического нагрева. Необходима методика калибровки радиометра с антенной по неизотермической модели.

&. Искусственные излучатели требуют проведения периодических •

проверок их радиационных' параметров. Необходимы методы и средства для оперативного контроля ухода параметров.

Н. Возможно создание СВЧ моделей черного тела с управляемыми параметрами - размером апертуры, мощностью излучения, поляризацией. Такие излучатели позволяют применить принципиально новые методики измерения параметров антенн.

В п.1.2 рассмотрены особенности измерений с помощью существующих СВЧ радиометров [1]. СВЧ радиометр строится по принципу ' идеального приемника шумоподобных сигналов СИПШС), выходное напряжение которого равно т

U аых = К J u2(t)dt, t - текущее время,

О т - интервал наблюдения.

оэ _

Энергетический спектр сигнала u(t) GCto) =(2/л) J uu-c coscot dt,

__TO

где функция корреляции uuT = lim C1/2T) J u(t)uCt+x)dt.

T->CO -T

Индикатор ИПШС под действием напряжения Uuux меняет свои показания при изменении мощности Р сигнала, поступившей на вход ИПШС за время наблюдения т и пропущенной ВЧ трактом в полосе В на вход детектора. ш+Дш

Р= (1/2л) J GCto)dm = GB, В = Дш/п,

ш-Дш G - эффективная СПШ11 сигнала в полосе В.

Чувствительность реальных СВЧ радиометров равна

ДР = СР+Рш) [1/Вт + СйКвч/Квч)2]1/2, (2)

где Рш =GmB, Gm - мощность и СПМШ собственных шумов в полосе Вг йКвч/Квч - нестабильность коэффициента усиления по мощности прием- . ного тракта от входа до детектора.

В выражении (2) определяющую роль играет-член ^Квч/Квч)2.

В компенсационном радиометре постоянное напряжение, возникающее из-за шумов системы, компенсируется в первом каскаде усиления по низкой частоте включением мощности постоянного тока Ро =Рш. Выходной сигнал, подаваемый на индикатор, IWx = РКвчР, £ = const. Этот радиометр не реализован из-за флуктуаций Квч.

Используют два пути уменьшения влияния флуктуаций коэффициента усиления: сдвиг спектра детектированного сигнала в область более высоких частот, где меньше сказывается влияние этих флуктуаций (в модуляционном радиометре), и схемное исключение постоянной составляющей из-за собственных шумов С в корреляционном и балансном радиометрах). В схему модуляционного радиометра включен вспо-

могательный источник шума Po = GoB, попеременно с сигналом подключаемый к ВЧ тракту на одинаковые промежутки времени.

В корреляционном и балансном радиометрах с одним сигнальным входом измеряемый сигнал разделяется пополам и подается на входы двух некоррелированных каналов приемника. Делители по трехплечей схеме (У-тройники) принипипиально не обеспечивают отсутствие корреляции в плечах. Используются четырехплечие балансные соединения, потенциально развязывающие плечи попарно при условии, что в одно плечо в противофазе включена согласованная нагрузка. Нагрузка является генератором шума с собственной излучаемой мощностью Po=GoB.

Поэтому в существующих СВЧ радиометрах выходной сигнал, подаваемый на индикатор, имеет вид

иВых = CBlG-Gol + U', (3)

где <; - крутизна выходной характеристики - цена деления шкалы индикатора (первоначально неизвестная), U' -измеряемое смещение нуля на выходе радиометра, Go - СПМШ вспомогательного источника.

Из выражения (3) видно, что выходной сигнал не пропорционален мощности входного сигнала и может быть однозначно определен только после нахождения величин Go по двум известным -значениям G=G3i и G=Gs2. т.е. после калибровки -приписания делениям шкалы индикатора значений Физической величины - радиояркости в [Вт/Гц] или [К].

Для измерения с помощью СВЧ радиометра безразмерных отношений необходимо знать мощность вспомогательного источника. Калибровка радиометра в качестве измерителя отношении радиояркостей состоит в нахождении величины Go.

Для калибровки необходимы расчетные излучатели (с СПИШ G31.2).

В п.1.3 для построения таких излучателей СВЧ диапазона получены важные следствия из теории черного тела.

1) Показано, что статистический характер Формулы Планка приводит к требованию больших электрических размеров полости АЧТ D/X и отверстия 6/л. (.1 - длина еолны излучения) D>>d. d>>X. (4)

2) Кроме больших электрических размеров, АЧТ Планка обладает следующими свойствами; мощность излучения имеет нелинейную зависимость от температуры и частоты; по закону Вина максимум излучения в оптическом-ИК диапазоне приходится на высокие температуры; излучение стационарно и однородно на излучающей поверхности отверстия (апертуре), что позволяет считать его установившимся, т.е. не зависящим от расстояния уже вблизи апертуры; интенсивность излучения не зависит от направления - излучение изотропно в однородной среде; коэффициент отражения модели АЧТ близок к нулю в широком

диапазоне углов и длин волн; излучение неполяризованное.

Полость АЧТ по Рэлею-Джинсу имеет свойства: мощность излучения пропорциональна температуре и электрическим размерам тела (1); наиболее интенсивное излучение приходится на криогенные температуры (при 1=0,1 и температура тела с максимальной интенсивностью излучения менее 1 К). На сантимеровых и более длинных волнах размеры полости "черное тело" сравнимы с длиной волны. Поэтому СВЧ излучение неоднородно на апертуре и может считаться установившимся на расстоянии порядка дальней зоны области корреляции поля в апертуре. Следствием являются следующие три свойства, а именно: излучение приобретает определенную направленность; коэффициент отражения модели АЧТ может быть близким к нулю в ограниченном диапазоне частот и пространственных углов; излучение может иметь преимущественную поляризацию.

Источником с температурой выше 4000 К является плазма (электронная или ионная компоненты).

Таким образом, СВЧ модель отличается от АЧТ Планка по излучаемой мощности,- электрическим размерам, распределению поля в апертуре, диаграмме и поляризации излучения.

3) Предложена эквивалентная схема 'черного тела СВЧ диапазона в виде антенны без потерь и согласованной нагрузки, находящихся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Антенной является раскрыв полости, преобразующий энергию внешнего поля в ток нагрузки и наоборот. Согласованная нагрузка рассматривается как отрезок линии передачи (например, волноводной) без потерь с подключенным к ней резистивнып сопротивлением, обусловленным флуктуационны-ми шумами Джонсона в материале с потерями,находящемся внутри линии.

4) Поверхность АЧТ рассматриваем как излучающую антенную решетку элементов, некоррелированных между собой (нефазированных, со статистически одинаковой амплитудой токов). Согласно статистической теории антенн диаграмму направлености (ДН) по мощности всей поверхности черного тела Р(У,30 = соб$ (5) (закон Ламберта) приравниваем ДН области корреляции -элемента АЧТ.

5) Найдены соотнйшения для определения размеров элемента черного тела на основе величины эффективного сечения рассеяния кванто-во-механического и классического осциллятора при резонансе; анализа корреляционных свойств Функции Планка; функции взаимной интенсивности частично когерентного излучателя; Функции диаграммы нап- • равленности излучения апертурной антенны; точного определения (методом Факторизации) эффективного размера открытого конца волново-

да; квантово-пехакической завис;шости эффективного сечения осциллятора от поляризации'излучения. [4]

Эффективная площадь инициального элемента черного тела и радиус корреляции однополяризованного элемента равны .

с - Х?-/Т1 « 0,318X2; р = XCBJD-1^ и Q; 21. (6)

Элемент черного тела излучает мощность, определяемую законом Рэлей-Джинса. При уменьшении эффективных размеров источника интенсивность излучение быстро падает. Показано, что оценкой размеров (почти) не излучающего элемента черного тела является эффективная . поверхность однонаправленного. вибратора- Герца-и элемента Гюйгенса

sr = » 0,238*2. (7)

Из Формул (6),(7) следует, что излучатели, находящиеся внутри площадки sr, обязательно являются определенным образом коррелированными и не могут создать эффекта сверхнаправленности ни при каком возбуждении. В статистике однополяризованных антенн мини--., мальный радиус корреляции поля не может быть меньше р.

6) Рассмотрена связь радиояркости, измеренной - радиометром, с -температурой излучающего тела.

Измерительное уравнение СБУ радиометра (2) представим в виде

СШГй Gk = (lW<-U')/<;i, Вт/Гц, (8)

где Гт3 = IG-Gol, Ci = СБ = const.

С учетом закона Ролея-Д;шнса запишем другой вид этого уравнения

ЗШТ Ts = (Uiiux-U')/^2, К, (9)

где Ts = 1ТигТшо1, С2 = CBk = const.

'Гш, Тио -шумовые температуры сигнала и вспомогательного источника.

По уравнению (8) измеряют СПИШ, по уравнению (9) - шумовую температуру (ЭШТ). «¿-изические величины СПНШ и ЭШТ одинаково . отра— жают разность мощностей излучения объекта измерения и вспомогательного источника в единичном частотном интервале. При бесконтактных измерениях радиоярхостная температура пространственного элемента является мерой интенсивности его энергетического потока в заданном направлении.

Связь ЭШТ Ts с температурой вещества, когда объект измерения

- тело с коэффициентом черноты е, нагретое до температуры Т,. вспомогательный источник - плазменный генератор шума с коэффициентом черноты £о, с электронной температурой ТЭо (единица измерения -Кельвин), описывается уравнением ЗЫТ Ts = iеТ — eoTsol, --■

где эффективная температура Т =<Ti.....Тп>

вычислена по измерениям контактным термометром (единица измерения

- Кельвин) в п точках тела термодинамических температур Ti,....Tn.

<...> - знак усреднения.'

Таким' образом, радиошумовая (ЗШТ) и контактная температуры, измеряемые в одинаковых единицах - Кельвин, представляются разными по своей природе физическими величинами и не могут быть первичными или вторичными друг к другу.

Микроволновая радиометрия не связана с бесконтактными измерениями температуры в оптическом-ИК диапазоне: подели АЧТ в виде полости с отверстием, по которым калибруют пирометры, не излучают в радиодиапаэоне, ..имея размеры на несколько порядков меньше длины радиоволны, в СВЧ моделях черного тела принимают специальные- меры для уменьшения оптического-ИК излучения (и градиента температур).

В п. 1.4 построена теория апертурных шумовых СВЧ излучателей, со свойствами черного тела, излучающего по закону Рзлея-Джинса. Теория разработана на основе предложенной эквивалентной схемы СВЧ черного тела для излучателей, в которых использованы наряду с эффектом полости принципы возбуждения и согласования волновых полей теории дифракции и теории антенн. Излучатели имеют нетрадиционную геометрию и уменьшенные размеры.

1) В качестве одной из реализаций СВЧ модели черного тела рассмотрен открытый конец одномодового полубесконечного волновода с хаотической поляризацией излучения. На основе точного решения ДА.Вайнштейна (методом Факторизации) найдены аналитические выра- • жения для коэффициента использования поверхности (КИП) антенны с прямоугольной и круглой апертурами. Эффективный размер открытого конца круглого и квадратного волноводов с критическими размерами равен площади элемента черного тела (6). [2]

2) С помощью разложения в степенные ряды диаграмм направленности по мощности фазированных апертур с равномерный и косинусои-дальным амплитудным распределением и диаграммы Ламберта (5) найдены угловые размеры, внутри которых диаграмма излучения СВЧ черного тела равна диаграмме Ламберта с погрешностями Др, Дк [3]

23Р = 2 1ДР [ла/(3« - (1-Др)/2]-1/2; Т

23х =АЛс /[а(1 - Дк)], а - размер апертуры. ] (10)

В смысле уравнений (10) справедливо выражение "диаграмма направленности СВЧ модели черного тела близка к диаграмме Ламберта".

3) Рассмотрена микроволновая модель АЧТ в виде антенны с согласованным генератором шума. Получено соотношение для определения эффективной площади модели, позволяющее исключить неточные измерения. Соотношение включает основной параметр антенны в приемном режиме - антенный фактор. Опробован метод измерения антенного-факто-

ра малой антенны типа электрического вибратора Герца в случае идеальной радиопередачи-(в-радиолокации) и.в ближней зоне.

4) На основе аналогии с беээховыми камерами и теории геометрической оптики предложена методика построения криволинейных и многогранных профилей полостных моделей черного тела [5-7].

5) Получено аналитическое выражение- для расчета апертурной модели АЧТ - нефазированной антенной- решетки (НФАР) [8].

В п. 1.5 с помощью статистического анализа полей получено и исследовано измерительное уравнение СВЧ радиометрии. Спектральная мощность, извлекаемая однополяризовэнной приемной- антенной из падающего на нее поля излучения модели черного тела, равна [9]

у

Рш = (1/ X ГИб)/ ПВсобЗи 2 соз251[С1-ш)/2 + тпсоз2п]йз, С11) э а 1=х

где [ьг/{л[ехрЬ£/кТСх,у)-1]>;

спектральная яркость В(х,у), Дж = \кТ(х,у)/л - в радиодиапазоне; Б - поверхность сферы, описанной вокруг приемной антенны; а - апертура шумового излучателя на поверхности .

На излучающем элементе апертуры о, включающем точку с координатами х, у, заданы: - угол между электрической осью элемента излучателя и ортом направления визирования антенны; П - вектор Пойнтинга вспомогательного поля, возбуждаемого приемной антенной, когда она работает в режиме передачи; 5 - угол между осью х и вектором собственной поляризации приемной антенны; р 5 при 1=х (для х-поляриэованной составляющей 51 = ] собственного вектора антенны);

л/2-5 при 1=у (для у-поляризованной составляющей); т - степень поляризации поля излучения; -у - угол между осью х и. вектором поляризации коррелированной составляющей излучения; С у при 1=х.(для х-поляризованной компоненты 41 = -{ коррелированной составляющей излучения);.

и л/2-7 при 1=у. (для у-поляризованной.компоненты).

Уравнение (11) имеет те же следствия, что и известные соотношения. Оно является более общим, так как позволяет учесть дополнительно важные параметры поля излучения - соотношение коррелированной и некоррелированной составляющих, распределение шумовой температуры и поляризации на излучающей апертуре..

Сформулированы параметры апертурных СВЧ моделей АЧТ [10]. X - средняя длина волны рабочего-диапазона излучателя; Ти (У,30 - диаграмма направленности излучателя;

Ти, ТшСх.и) - средняя и локальная шумовые температуры в апертуре; г - коэффициент черноты С поглощения) в апертуре;

Т=Ти /с - эффективная термодинамическая температура тепловой модели черного -тела; • сги, Би -' эффективная, геометрическая площади поверхности излучающей апертуры; ш - степень поляризации; КЗ - коэффициент эллиптичности;

•у - угол между векторами поляризации излучения и приема; р - радиус корреляции поля в апертуре;

01 « 4р2, - эффективная, геометрическая площади элемента; г 2. 201/А. - расстояние дальней зоны элемента излучающей апертуры; г) - кпд излучателя, г\и = Р^ /Рп ,

Ре - излученная мощность;

_ Рп - полная мощность, подведенная к излучателю;.

А = Тисти - обобщенный параметр шумового СВЧ излучателя; Ф - кпд эквивалентного черного тела по И. И. Киренкову пь = 2л скДА. /а4 а Т3) * 4,6*Ю-7 АЛ /СА.4 Т3). гр = тах(гр>) при Сг / М =3.920?, где а =5.6697*10~8 Вт/(м2К4) - постоянная Стефана-Больцмана; Сг =Ьс/К=1.4388*0. 01 м*К.

Во второй главе описаны принципы действия, конструкции и ре-, зультаты исследований апертурных микроволновых моделей АЧТ, разработанных "для эталона ГЭТ-127 и как образцовые средства измерений-на основе изложенных выше теоретических предпосылок.

П. 2.1 посвящен тепловым излучателям. Рассчитана и промоделирована в оптическом диапазоне форма многогранной полости, обеспе-. чивающая'коэффициент черноты, близкий к единице, при небольшом., коэффициенте черноты материала стенок полости [И], [12].

Исследованы различные средства поддержания изотерничности излучающей структуры из радиопоглотителя в- многокамерных тепловых . моделях [13-15]. Разработаны системы электропитания тепловых излучателей, регулировки и контроля локальных температур, технологии крепления термочувствительных элементов в материалах. Созданы, исследованы и отградуированы излучатель [15] с многокамерной излучающей структурой, включающий средства для градуировки, и тепловой излучатель ТШИ.

Излучатель ТШИ [11,12], возглавляющий государственный эталон

ГЗТ-127, выполнен в виде многогранной полости с квадратной апертурой. Полость .изготовлена из плоских стальных панелей. Изнутри панели покрыты теплостойким-материалом карборундом зеленым КЗ-150; обладающим небольшим коэффициентом черноты (е.» О,5), С наружной стороны от металлических.панелей установлено 48 проволочных спиральных нагревателей, скоммутированных- в . 18 автономно питаемых групп. В разных точках радиопоглощающего покрытия жестко заделаны спаи 29 хромель-алюмелевых -термопар типа ТХА и одна платиноро-дий-платиновая образцовая- термопара типа ТПП (напротив апертуры полости). Термоэдс каждой-термопары можно-изиерить независимо от других; Поверх нагревателей полость закрыта слоем утеплителя- каолиновой ваты толщиной 10 см и помещена в корпус.из листового алюминия. В отверстии полости-имеется теплоизолирующая радиопрозрачная пробка толщиной 10 см из каолиновой ваты.

Технические характеристики эталонного излучателя ТШИ:

рабочий диапазон температур, К.............300-800

погрешность измерения температуры 800 К/. ..0,6%, случайная--

коэффициент черноты (эксперимент)..........0.988+0.008

размер апертуры, мм ....................... 200x200

рабочий диапазон частот, ГГц ..............3,5 т 38

габариты, мм блок излучателя, ........... 2000x1350x1000

пульт управления............ 800x520x520

масса, кГ блок излучателя, ............. не более 200

пульт управления, ............не более 50

потребляемая мощность, кВт................не более 25

время выхода на режим, час................ 4

"(при.погрешности неизотермичности Т=800 К......1,5%, НСП)

Вп. 2.2 рассмотрены газоразрядные .излучатели; При; их-проектировании-были предложены и экспериментально исследованы приближенные модели,•поскольку, согласно проведённому-анализу научно-технической литературы, отсутствовали подходящие решения внутренних . и внешних задач о возбуждении линейными и-объемными источниками шу~ -мового поля.

Получено направленное высокотемпературное излучение в свободное пространство от генераторов плазмы с полым коническим катодом. Шумовую температуру- устанавливали регулированием напряжения на электродах и-давления газа (аргона),, а также введением паров кадмия. Предложена теоретическая модель, позволившая рассчитать и создать макеты излучателей для диапазона волн 7,5-15 см с шумовой температурой до 2*108 К. В излучателе-маяке - шумовую температуру

автоматически модулируют по заданному закону. [18-20]

Созданы излучатели на серийных газоразрядных генераторах шума-типа ГШ, представляющих собой стеклянную трубку с положительным■ столбом газового разряда в аргоне и имеющих шумовую температуру "18000 К. По методике, развитой в главе 1, рассчитаны формыполос-тей и профилей отражающих поверхностей для обеспечения эффективного "зачернения" излучения плазмы положительного столба газового разряда [16,17,21-27], Отработана оригинальная электрическая схема поджига и поддержания газового разряда в заданном количестве генераторов шума, в которой дроссель Фильтра переменной составляющей анодного напряжения использован для гашения релаксационных колебаний, поджигающим электродом-служат металлические части конструкции излучателя, функции баластного сопротивления переданы конденсаторам в схеме выпрямителя [22]..

Газоразрядный излучатель ШВИ-Г [21] в составе эталона ГЗТ-127 содержит газоразрядные генераторы шума типа ГШ-11, установленные внутри рупорообразного-отражателя параллельно стенкам рупора, анодами в одну сторону - в одной плоскости и в разные стороны - в противолежащих плоскостях; К горловине рупора подстыкована "горя- • чая нагрузка" в виде рупора, нагруженного на волноводы, в которые наклонно введены дополнительные ГШ; причем волноводы оканчиваются согласованными нагрузками из радиопоглотителя. Внутренние поверхности рупорообразного отражателя покрыты продольными гофрами переменной высоты, ГШ располагаются над низкими гофрами,' а разделяются высокими. Высота- и профиль поперечного сечения гофров в виде отрезков левой и правой спирали рассчитаны-так; -чтобы прямые лучи-одного ГШ не. попадали на соседний в той же плоскости, а лучи после первого отражения от стенок ближайших гофров уходили в пространство вне генератора шума.

При расширении диапазона длин волн эталона ГЗТ-127 в 8-мм область (1887) в его состав был введен 8-мн излучатель хаотической поляризации [22]. Излучатель выполнен в виде металлического диска покрытого кольцевыми канавками (замедляющей структурой), по радиусам которого размещены-трубки ГШ-6. Поверх трубок имеется металлический плоский экран, в котором над трубками прорезаны крестообразные щели под углом 45° к оси трубки. Мощность СВЧ излучения одной линейки щелей составляет 70% от мощности ГШ при его полном согласовании со свободным пространством йли 120% от мощности излучения того же ГШ без специальных согласующих устройств.

Технические характеристики эталонных газоразрядных излучателей:

■ ШВИ-Г ШВИ-Г-08:

шумовая температура, К......... 14000+168 3200+68

козффнииент чернота...........0.8 0. 5

неравномерность шуиовой

температуры в апертуре, дБ.....0. 2 2

рабочий диапазон частот, ГГц . .9,0*13 3?,0т39,0

размер апертуры, мм ........... 280x260 0 300

число ГШ, шт...................38 СГШ-11) 9 СГЫ-6)

габариты, мм: блок излучателя..... 400x490x570 410x410x200

стойка питания...... 600x510x1000x2 600x510x1000

масса, кГ: блок излучателя........40 42

стойка питания......... 100 50

потребляемая мощность, кВт ....1.6 0,3

Для определения чувствительности самолетного радиосолнечного секстанта в заводских условиях создан излучатель, имитирующий радиоизлучение Солнца на волне 2.3 см [23,24]. Излучатель "Солнце" ■■ выполнен з виде решэтхи элементов, каждый из которых представляет собой отрезок волновода квадратного сечения с короткозамыкающими■ поршнями на концах. По оси волновода установлена трубка ГЫ-5. В Еолноводв ьозбу.таотся продольная волна Еи. Шумовое поле излучается через резонансные поперечные щели., прорезанные-в одной из стенок волновода через полволны типа Еи, или через отверстие на месте этой стенки. Апертура излучателя 250x250 мм, шумовая температура и коэффициент черноты при излучении через щели около 10000 К, 0,6 (линейная поляризация), при излучении через отверстие 12800К, 0.7 ("поляризация, близкая к хаотической).

В п. 2.3 описаны излучатели на серийных полупроводниковых генераторах шума типа Г1Л1, прсдстоплягамх собой детекторную секцию на прямоугольном волноводе с лавишю-пролетным диодом и режиме обратного пробоя. Излучатели выполнены в виде решетки антенн, ках-дая из которых подключена к своему генератору шума (нефазирован-но'л антенной решетки) [20]. Излучатели питаются от стабилизатора тзка, обеспечивающего независимое включение каждого ГШП.

5 состав эталона ГЭТ-127 входит апертурныи излучатель типа Ш6И-П, представляющий собой решетку антенн в виде - кососрезанного открытого конца волновода квадратного сечения, который через согласующий трансформатор подсоединен к прямоугольному Фланцу ГШП. Излучатель состоит из 52 излучающих элементов (4 ряда по 13 штук) соестроенными стабилизаторами тока по числу ГШП, снабжен, индиви-

дуальной подстройкой и индикацией тока смещения каждого ГИЛ.

Для измерения парамётров антенн радиометрическим методом на-волнах 7.7-8.4 см изготовлен излучатель типа ЫВИ (горячий диск) в виде решетки из 169 спиральных антенн, размещенных равномерно на .■ круглой площадке диаметром 700 мм. По краю площадки имелось радио-поглощаицее обрамление шириной 20 см из материала "кварц". Для визуальной индикации исправной работы ГШП снаружи корпуса установлены 4 панели со светодиодами. загорающимися при обрыве или корот-■ ком замыкании ГШП.

Технические характеристики эталонного ШВИ-П образцового ШВИ

диапазон частот. ГГц......9.0-9.8 3,5-3,9

размер апертуры, ми.......340x300 0 700

шумовая температура,' К____200000+7220 200000+8500

поляризация...............линейная круговая

габариты, мм..............400x500x500 0 1000x400

масса. кГ.................не более 35 не более 80

потребляемая мощность, Вт..не более 50. не более 300.

Отклонение экспериментальных значений шумовых температур от расчетных, полученных в соответствии с п.1.4.5, не более 7%.

Разработаны антенны для НФАР с управляемой поляризацией в" круглом волноводе [29] и в виде рупора, возбуждаемого от коаксиального фидера. Предложены конструкции НФАР с малыми электрическими связями и с электрическим, управлением поляризацией [30]. -Третья глава посвящена калибровке радиометрического тракта. В п. 3.1 с учетом национальных систем обеспечения единства и точности измерений в области СВЧ радиометрии предложена система калибровки, включающая следующие-этапы*., калибровку радиометра как абсолютного энергетического измерителя (градуировку шкалы), аттестацию первичного источника сравнения, сличение с излучателями, прошедшими метрологическую аттестацию.

В п.3. 2 рассмотрены вопросы калибровки собственно радиометра. • Анализ Формулы (3) показал, что при измерениях с покошью некалиб-■ рованного радиометра отношений радиояркостей получают недостоверные результаты, особенно с неохлаждаемым радиометром [45].

Предложено устройство для градуировки радиометра, позволяющее в методе ступенчатого накопления мощности излучения исключить накопление ошибки измерения, обусловленной ограниченной чувствительностью радиометра и нестабильностью аппаратуры [31,36].

Предложена методика расчета полосы частот радиометра для измерений параметров излучений, слабо контрастных на Фоне окружающей

среды в нормальных условиях, например, температуры живой ткани! на. основе формулы Планка и полиномов Вибельта показано, что в интервале частот от Г1 = Г+ДГ до сосредоточена поля 8 поверхностной плотности-мощности (Н£-_о), излучаемой АЧТ в интервале Г т О:

5 = СПп-о - Яг2-О)/ЯР-О = _ г23)/?з = Ш2 дГ +

При £=1500 11гц и АГ= 100 МГц получено о =40.2%; б =1 достигается при АГ/Г ~ 0,17. На основе теории Шмидта-Эккерта об отражательной способности гладких металлов-предложена методика проверки'чувствительности радиометра для измерения криогенных температур.

И. 3.3 цисв-тл:н аттестации первичного источника сравнения, состоящей в определяй!!'/ эффективной термодинашпсской температуры и коэффициента черноты излучателя и приписывании -шумовой температуры на основе соотношения Тш = еТ.

Предложено устройство для непосредственного измерения прос- -транственного._распределения коэффициента черноты апертурных - СВЧ излучателей, в котором исключен традиционный этап измерений коэффициента отражения объекта [37]. Разработан-и -прошел опробование метод "подсветки" для измерения радиационных параметров излучате- . лей купа [38]. На базе метода создан прецизионный излучатель [15], аттестован первичный эталонный излучатель ТШ. Основной вклад в погрешность СНСП) шумовой температуры тепловых излучателей, в том числе ТШИ вносит наличие градиентов температуры полости.

Для тел с большим коэффициентом отражения ранее не существовало в достаточной мере адекватных моделей расчета радиационных параметров. Получены аналитические выражения для определения радиационных параметров слабо поглощающего тела, покрытого полупрозрачный :слоем,, температура которого может отличаться от температуры тела.

Описаны методы измерения радиационных параметров апертурных излучателей с помощью реаерберационной камеры,. сочетающие в себе точность измерений в свободном пространстве с- помехозащищенность» измерений.в беззховой камере,при заметно меньшей-стоимости [39,40].

В п. 3.4 описан метод динамической калибровки радиометра- с ан-теш'.ой [41], позволяющий заметно уменьшить погрешность за счет неизотерничности излучателя. Метод состоит в следующем.

Пусть антенна направлена на апертуру "черной" полости, стенки которой нагреваются нсизотермично. Излучатель подвергают двум циклам принудительного нагрева до получения близкого показания радиометра и двум циклам свободного охлаждения. (Для охлаждаемого излучателя изменения температуры происходят в обратном направле-

нии.) В каждой цикле нагрева устанавливают разные температуры нагревателей, причем в отдельных циклах порядок убывания температуры в момент выключения нагревателей должен быть различным. Во время циклов свободного охлаждения производят последовательный ■ опрос териопреобразователей (от каждого не менее- двух точек за цикл) и < снимают йе менее двух показаний радиометра за цикл охлаждения. Показания фиксируют вместе с моментом времени и, считая, что охлаждение идет по экспоненциальному закону во времени, строят два семейства графиков зависимости показаний термопреобразователей и радиометра "от времени.

Пусть в полости имеется H термопреобразователей, фиксирующих ■ температуру M локальных участков внутренней поверхности, показание радиометра в момент времени ti первого цикла охлаждения равно

И M

Pi = ris 2 eu Tu , причем 2 со = 1. j=i j=i где л -кпд антенны; е - коэффициент' черноты полости; си -эффективный угловой коэффициент J-ro локального участка внутренней поверхности- полости, не зависящий от температуры; Tij - температура, зафиксированная-^ термопреобразователем в i-й момент времени.

По графикам второго цикла охлаждения найдем показание радиометра Pi. Обозначив этот момент времени измерения ti^ri, получим аналогичное выражение для Pi+xi (в предыдущем выражении индекс i заменяем индексом i+xi). M

Из равенства Pi =Pi+ti следует 2 си cTi -Ti-^tn = о.

j=I

Аналогично построим еще уравнения для других моментов времени ti и решим полученную систему линейных уравнений относительно си. После вых'ода излучателя на рабочий режим можно вычислить эффективную температуру полости для-любого показания радиометра по одновременным показаниям териопреобразователей Tj.

Описанная методика применена для аттестации излучателя ТШИ и позволила снизить погрешность шумовой температуры эталона ГЗТ-127 на 30% благодаря исключению важной составляющей погрешности, обусловленной неизотермичностью нагрева излучающей структуры в известных методах.

В п.3.5 рассмотрены вопросы сличения с излучателями, прошедшими метрологическую аттестацию. На основе анализа механизма возникновения погрешностей предложен и опробован при аттестации эталона алгоритм сличения разных уровней мощности излучения, дающий

наиболеь точное значение уровня неизвестного излучения [32].

По у;н-ви'лн:й радиометрических измерений определялись излучатель ш го свойства апортурних моделей. Предложена методика сличения----звпопоимеп на иг дых расстояниях излучателей с одинаковыми и разными разпэраия апертур. С поиоть» радиопоглощашего тубуса (полости), • охрчтывевшего кромку апертуры антенны, имитировано свободное пространство, исключено влияние окружающих предметов,- формы диаграммы направленности антенны, дифракции на краях, неточности юстироки излучателей и различия размеров апертур. Опробован алгоритм обработки с по;:сеья ПВВН изнерешкх распределений интенсивности по апертуре во временной и частотной областях на основе финитных функций с расчетом систематической и случайной погрешности. [42]

Методика положена в основу двух нормативных документов [34], [35]. Аттестованный по методике излучатель "Солнце" прошел сличение с Солнцем. Расхождения интенсивностей излучателя и Солнца не обнаружено-(-погрешность приемника радиосолнечного секстанта м3%).

На основе свойства криволинейных - отражающих поверхностей- • с ' параболическим и эллиптическим профилем разработано-устройство-для . непосредственного сравнения излучателей с разными размерами апертур, что позволяет измерять (в не рассчитывать) все необходимые параметры исследуемого излучателя [433.

Предложено устройство для автоматизации измерений СВЧ радиометром - измерения затуханий поляризационными аттенюаторами. Угол поворота ротора аттенюатора преобразуется в частоту, измеряемую -цифровым частотокероп, подключенным к ПЭВМ. Для градуировки аттенюатора применен "метод независимого удвоения мощности СВЧ" с помощью модуляционного-радиометра. Для определения погрешности точек шкалы аттенюатора необходима калибровка- радиометра. Устройство ■ не уступает по точности аттенюаторам с визуальной шкалой.

Предложено и опробовано устройство для измерения нестабильности шумовой температуры излучателей между поверками с целью определения необходимости проведения очередных - сличений апертур- -них излучателей с моделью черного тела. Такие измерения гарантируют минимальную стоимость метрологического обслуживания [44].

В п.3.6 описана методика измерения поляризационных характеристик апертурни/. излучателей на близком расстоянии от антенны, • повышающая точность сличений путем исключения ошибки поляризационного рассогласования. Радиопоглощающие обрамления антенны и излучателя исключают влияние окружающих предметов, Формы-диаграммы направленности антенны, дифракции на краях, неточности юстироки из-

лучателей. Погрешность эксперимента составляет 2-7%.

В п. 3.7 рассмотрены'составляющие случайных и систематических погрешностей в уравнениях сличения. Наиболее точные измерения проводят с помощью модуляционного радиометра с нуль-индикацией, в- ко---■ торой вспомогательный генератор вша-имеет температуру не меньше, чек у сличаемых излучателей. В случае, "когда один или оба сличаемых излучателя имеют температуру больше, чем у генератора шума, для повышения точности измерений следует использовать на сигнальном входе радиометра особо высокоточный аттенюатор.

Четвертая глава посвящена применениям СВЧ радиометрии в антенной технике. В п.4.1 показана тесная взаимосвязь СВЧ радиометрии с антенной теорией, техникой,. измерениями параметров" антенн. Точность измерений радиометром с антенной в большой, мере зависит от параметров антенны. Параметры антенны, измеренные классическими методами при квазимонохронатическом сигнале, могут заметно - из. мениться при расширении полосы приема и изменении спектра сигнала. Радиометрические методы обеспечивают измерение параметров антенн в заданной "•частотной полосе исследуемого излучения.

Предложена-поверочная схема, связывающая СВЧ радиометрию, использующую горячие излучатели, с узаконенными в метрологии абсолютными контактными температурными измерениями и -измерениями внешних энергетических параметров антенн относительным методом [55].

В п. 4.2 рассмотрены методы измерения с помощью модуляционного радиометра внешних энергетических параметров антенн. При использовании горячего диска в известных радиометрических методах вместо "черных дисков" можно не учитывать влияние излучения земли, атмосферы, фона за диском, космического излучения, дифракции на краях диска.

Сравнительный анализ радиационных, свойств черного диска, излучателя в виле направленной антенны,- возбуждаемой - высокотемпера-•'турным генератором шума, и- горячего диска - нефазированной • антен-• ной решетки с индивидуальными ГШ показал, что последний наилучшим р.бразок приближается к черному диску.

По сообщению заказчиков, при использовании аттестованного: по . эталону "горячего черного диска" (ШВЮ в традиционной методике вместо "черного диска" экспериментально получено расширение динамического" диапазона измерений на 25 дБ и повышение точности ра 5%.

Предложены новые методики измерения- модуляционным радиометром коэффициентов полезного действия, усиления, рассеяния и омических потерь антенны с помощью "горячих" излучателей [46-50], в

которых можно изменять размеры апертуры и (или) величину шумовой' температуры. Па сравнения с методом "черного диска" точность повышается в 1,5-2 раза.

В п.4.3 развит корреляционный метод антенных измерений, позволявши измерять при помощи "горячих" излучателей амплитудно-фазовые распределения поля вблизи раскрыва на нескольких частотах за один проход приемного зонда [51] и диаграммы направленности [52] с точностью, повышенной в 7-10 раз по сравнению с измерением в схеме мультипликативного интерферометра.. Повышение точности обусловлено возможностью безнннриионного переключения "горячих" излучателей, что позволило заменить в качестве измерителя- нелинейный корреляционный радиометр калиброванными аттенюаторами.

В п. "4.4 описана конструкция проволочной антенны дециметрового диапазона, фокусирующей электромагнитное поле в локальном слабо поглощающем объеме- (внутри отрезка трубки) и согласованной с этим полем. Антенна может использоваться для радиометрического диагностирования, гипертермии, контроля температур в промышленных установках с жидкими теплоносителями и .теплосетей [53].

В п.4.5 предложен способ-поэлементного контроля Формы параболического зеркала с помощью шумового пилот-сигнала. В способе обеспечивается минимальное рассеяние СВЧ мощности, что снижает влияние переотражений от окружающих прелметоз. Снята проблема затенения поля, отраженного от зеркала. Разъюстиронка электрической оси облучателп-приемника минимизируется самим способом измерения. Использованы высокостабильные по принципу действия источник (генератор шума) и приемник (СВЧ радиометр). Разрешающая способность (менее Гмм) устройства-;. реализующего предложенный способ, определяется з основном чувствительностью-приемника.- [54]

. В n.4.G с позиции использования в радиометрическом тракте рассмотрены интерференционные волноводние устройства, характеризующиеся наличием многомодового- регулярного- волновода связи между двумя неоянорояностяии. Для расчета предложен- строгий метод'.- синтезирована обобщенная матрица рассеяния полноводного устройства с несколькими волноводами связи произвольной длины, решена ключевая задача для Н-плсскостных устройств-методом Факторизации, разработан единый пашияий алгоритм расчета волнозодного разветвления в Н-плоскости с конфигурацией любой Формы. [56-59]

Произведено модельное . (с помощью ЭВМ) и экспериментальное исследование диапазонности антенно-фмдврных устройств* Н-плоскост-ного волаоводно-щелевого моста, а также включающих, этот мост Фа-

зовращателя и антенны круговой поляризации. Показано, что интерференционные волноводные устройства могут применяться в радиометрическом тракте при ширине полосы 20- 25% от значения центральной частоты; они обладают малыми потерями и потому предпочтительны- в. высокочувствительных радиометрах.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы.

1. Разработаны теоретические предпосылки обеспечения достоверности и точности измерений параметров собственного излучения тел в СВЧ радиометрии. Обоснована необходимость калибровки радиометра с антенной при помощи расчетного излучателя. Создана теория расчетного излучателя - СВЧ модели черного тела, включающая.аналитические соотношения: для определения размеров элемента- черного : тела; для коэффициента использования поверхности апертурной антенны, включая КИП круглой и квадратной апертур с критическими размерами; для определения величины сужения ДН микроволнового элемента черного тела по сравнению с диаграммой Ламберта; для определения-антенного Фактора методом двух антенн; для вычисления эффективной площади микроволновой модели АЧТ в виде, электрически малой антенны. возбужденной от.согласованного генератора шумаг для построения профилей полостных моделей черного тела; для расчета апертурной микроволновой модели АЧТ - нефазированной антенной решетки.: Получено измерительное уравнение СВЧ радиометрии, обобщающее известные соотношения. Сформулированы параметры апертурных-микроволновых моделей АЧТ.

2. На основе теории расчетного СВЧ излучателя- разработаны и исследованы оригинальные по конструкции апертурные микроволновые модели АЧТ; тепловые излучатели в виде нагреваемой полости и многокамерные модели черного тела; газоразрядные излучатели на эффек-. те полого катода,, на газоразрядных трубках внутри металлической полости, 'в виде решетки излучающих элементов, содержащих каждый газоразрядную трубку в металлическом волноводе; полупроводниковые излучатели в виде нефазированной антенной решетки с управляемыми поляризацией,., размером апертуры и шумовой температурой.

3. С учетом теоретических предпосылок создана система методов калибровки радиометрического тракта, обеспечивающая достоверность и точность измерений параметров собственного излучения тел, включающая следующие этапы: калибровку радиометра как абсолютного энергетического измерителя С градуировку шкалы), аттестацию первичного источника сравнения, сличение с излучателями, прошедшими мет-

рологическую аттестацию.

Разработана методика градуировки шкалы радиометра с исключением накопления ошибки измерения,"обусловленной ограниченной чувствительностью радиометра и- нестабильностью аппаратуры, расчета и проверки чувствительности'радиометра для. измерений температуры живой ткани и криогенных температур. Аналитически показано, что при измерениях с помощью некалиброванного радиометра можно получить недостоверные значения отношений радиояркостей.

Разработаны оригинальные методы и устройства для измерения радиационных параметров апертурных излучателей; метод динамической калибровки радиометра с антенной при помощи модели неизотермического черного тела; методики сличения излучателей с- разными размерами апертур (на основе уравнения радиометрических измерений) и сильно отличающимися шумовыми температурами; устройства для измерения нестабильности шумовой температуры излучателей между поверками, для измерения поляризационных характеристик апертурных излу- -чателей;-устройство автоматизации измерения затуханий-прецизионными поляризационными аттенюаторами.-

Теоретические предпосылки подтверждены при экспериментальных исследованиях и аттестации апертурных моделей, при калибровке ра-диокитрэ'с антенной но аттестованным моделям, в натурных испыта-■ ниях при сличении имитатора излучения Солнца' с излучением светила.

4. Построена поверочная схема, основанная на фактически существующих метрологических связях СВЧ радиометрии (при использовании горячих излучателей) с узаконенными абсолютным контактным измерением температуры и- определением внешних электродинамических -параметров антенн относительным методом.

С целью-повышения точности измерений с помощью . радиометра с антенной разработаны на основе именно "горячих" излучателей прин- • ципиально новые методики измерения коэффициентов полезного- действия, омических потерь, усиления и рассеяния, диаграммы направленности -антенны и амплитудно-фазовых распределений поля вблизи . раскрыва на- нескольких частотах за один проход приемного зонда. По сравнению с известными методами при измерениях параметров антенн-получены более высокие точности, расширены полоса рабочих частот и динамический диапазон.

Описана оригинальная конструкция проволочной антенны дециметрового диапазона для радиометрического-диагностирования, для гипертермии, для оперативного и долговременного контроля температурного режима промышленных установок с жидкими теплоносителями и »

теплосетей. Предложен оригинальный способ поэлементного контроля Формы параболического зеркала с помощью шумового пилот-сигнала.

С точки зрения- применимости в радиометрическом тракте рассмотрены интерференционные волноводные устройства, характеризующиеся наличием иногоиодовых' регулярных волноводов связи между неодно-родностями. Для расчета разработан строгий метод и создан единый машинный алгоритм расчета волноводного разветвления в Н-плоскости с конфигурацией любой формы, содержащий - тесты отсутствия сбоев.

Исследована с помощью ЭВМ . и экспериментально диапазонность некоторых антенно-фидерных устройств, включающих регулярные волноводы связи. Показано, что интерференционные волноводные . устройства могут применяться в радиометрическом тракте при ширине полосы 20-25%- от значения центральной частоты; они обладают малыми потерями и потому предпочтительны в высокочувствительных радиометрах.

Результаты экспериментальных исследований подтверждают высокую, эффективность разработанных теоретических предпосылок.

Совокупность научных и практических результатов, изложенных в диссертации, можно рассматривать как решение следующей научной проблемы, ранее не решенной: теоретическое обоснование и создание комплекса прецизионных устройств и методик высокоточной калибровки СВЧ радиометра с антенной для измерения параметров излучений, превышающих естественный фон в нормальных условиях (с шумовыми температурами свыше 300 К до 1О5 К).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Бутакова С. В. СВЧ радиометрия. Метрологическое обеспечение. Место среди других видов измерений // Укра1нський метролог1чний журнал.-1996.- No 2.- С.31-35.

2. Бутакова C.B. Открытый конец волнов'ода как элемент модели чер-. ного тела // Физические методы исследования прозрачных неодно-родностей.- И. : Моск.дом науч.-техн. пропаганды, 1985.-С. 46-50.

3. Бутакова С. В. Широкоапертурные СВЧ-излучатели шума // Обзорная инф. - М. : ВНИИКИ, Госстандарт. Сер. Образцовые и высокоточные СИ. -1987. -Вып. 1,- 68 с. Библ. 130 наимен.

4. Бутакова С. В. Апертурные шумовые излучатели в микроволновой радиометрии. Обзор. // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники.-1997.-Mo 4.- С. 3-26. Библ. 137 наим.

5. Butakova S.V. Anechoic Chamber Profiles Synthesis. Proc. of Int. Conf. on Antenna Theory & Techniques ICATT'95. Kharkov State

Technical University of Radio Electronics. Kharkov, the Ukraine. 1995, November 21-23.-P. 81-82.

6. Бутакова С. В. Анализ Формы равномерно"нагретой-полости:с отверстием типа "черное тело" и зеркальным отражением стенок //Исследования в области тепловых и температурных измерений.-Ленинград: ВНИИМ.-1876. - Вып. 202(262). - С.87-79.

7. Бутакова С. В. Безэховые камеры с гладкими криволинейными профи- . лями//Изв. ВУЗов. Радиоэлектроника,- 1996.-Т.39, No 10.-С.89-76.

8. Бутакова С. В. К расчету микроволновых излучателей шума в виде нефазированной. антенной решетки: // Исследования- в области высокотемпературных измерений. - Ленинград: ВНИИМ. - 1984.-С.45-56.

9. Бутакова С. В. О мощности, извлекаемой ' приемной апертурой из падающего на нее поля излучения модели черного тела // Исследования в области высокотемпературных измерений,- Ленинград: НПО ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. -1986. - С. 64-75.

10. Бутакова С. В. - Характеристики поля излучателей СВЧ шуиа// Измерения высоких температур и диагностика плазмы.- Ленинград» ВНИИМ им. Д. И. Менделеева. -1978.-,С. 13-29.

11. Бутакова С. В. Расчет Формы полости тепловой модели черного тела в СВЧ диапазоне // Методы и средства высокоточных спектрометрических и радиометрических измерений.-Ленинград: Энергия. - 1980.-С. 57-61.

12. А,с. 786482 СССР. Тепловой излучатель / Бутакова С. В. - Опубл. Б. И.-1982. - No 5. Приоритет от 10.5.77.

13. А.с. 766236 СССР. Тепловой излучатель /Бутакова С. В., Жила И. Е,-1980. Приоритет от 3.5.78.

14. А.с. 786483 СССР. Тепловой излучатель / Бутакова С.В., Солодухо В. А.- 1980.' Приоритет от 2.7. 79.

15. А.с. 1163721 СССР. Устройство для калибровки широкоапертурных ■ СВЧ излучателей / Бутакова С. В. , Жила И.Е. - 1985. Приоритет от 20.12:79.

16. Бутакова С-В. Широкоапертурный шумовой СВЧ излучатель типа"чер-ное тело" с яркостной температурой 10000 К // Изв.ВУЗов. Радио' Физика.- 1684.- Т. 27, Но П.- С. 1431-1435.

17. Butakova S. V. Slot Gas Discharge SHF Noise Radiator// 6th Int. Crimean Conf. "Microwave & Telecommunication Technology". 1996. Sept. 16-19. UEBER. Sevastopol, the Ukraine. Abstracts of Papers.-P.21.

18. A.c. 1362554 СССР. Газоразрядный генератор шума /Бутакова С.В., Зайцев В. П.- Опубл. Б. И.-1987. - No 42. Приоритет от 26.12.83.

19. A.c. 1205652 СССР. Излучатель "черное тело" / Бутакова C.B., Зайцев В. П.- 1885. Приоритет от 25.6.84.

20. A.c. 1526365 СССР. Шумовой плазменный излучатель/Бутакова C.B., Зайцев В. П., Орлов М. В. - 1989. Приоритет от 14.3.88.

21. A.c. 606418 СССР. Излучатель "черное тело" с широкой апертурой / Бутакова C.B.- Опубл. Б. И.-1979, No И. Приоритет от 1.6.76.

22. A.c. 1170876 СССР. Излучатель "черное тело" / Бутакова C.B., Жила И. Е., Ильинский А. П. -Опубл. Б. И. -1986. Приоритет от 30. 5.83.

23. A.c. 1092698 СССР. Шумовой СВЧ излучатель/Бутакова C.B.- Опубл. Б. И.-1984,- No 18. Приоритет от 22.8.77.

24. А. с. 1173877 СССР. Микроволновый излучатель / Бутакова С. В., Карандеев Н. П., Рубинов Я. Б., Иванов Ю. В., Броун 0. А., Шпортун В. Г. -1985.- Приоритет от 29.11. 83.

25. A.c. 1545736 СССР. Излучатель "черное тело" / Бутаков К. А;,. Бутакова С.В, Лесников В, И., Кухарчук Б.Н.- 1989. Приоритет от 29. 6. 88.

26. A.c. 995677 СССР. Генератор шума / Бутакова С.В..Бутаков К. А.-1982. Приоритет от 8.4.81.

27. A.c. 811965 СССР. Излучатель черное тело / Бутакова C.B., Михаль 0. Ф.- 1980. Приоритет от 3.12.79.

28. A.c. 786803 СССР. Антенная-решетка /Бутакова С.В.-Опубл. Б.И.-1982.-No 5. Приоритет от 8.2.77,

29. A.c. 1485336 СССР. Антенна / Бутакова C.B., Бутаков К. А., Ковальцов А. Н. - Опубл. Б.И.-1989 No 21. Приоритет от 12.6,86.

30. A.c. 1241327 СССР. Антенная решетка /Бутакова С.В., Жила И. Е., Клюзнер Г. Л.,Ляховский А. Ф. - Опубл. Б. И.-1886 No 24. Приоритет от 5.8.83.

31. Butakova S.V. SHF Radiometers Calibration //Proc.of 6th Int. Symp. on Recent Advances in Microwave Technology (ISRAMT'95).-Kiev.-1995.-V. 2,- P. 666-669.

32. Бутакова С. В. Сравнительный анализ алгоритмов измерения высоких радиояркостных температур при помощи низкотемпературной' модели черного тела // Метрология.-1990.-No 7.-С.43-49.

33. ГОСТ 8.421-81. Государственный специальный эталон и гос. поверочная схема для средств измерений температуры в диапазоне 1000 -100000 К по излучению в микроволновой области спектра.-Изд.стандартов СССР.-1981. (Составители Иосельсон Г.Л., Бутакова С. В. >.

34. МИ-823-85. Методические указания. Излучатели, широкоапертурные высокотемпературные.Методика поверки. Составитель Бутакова С. В.

Указатель НТД в области метрологии .~М.: Изд. стандартов.- 1986.

35. МИ-1242-86. Методические указания. ГСИ. Излучатель "Сириус". Методика поверки. Составитель Бутакова С.В. Указатель НТД в области метрологии,- М. : Изд. стандартов,- 198?.

36. А. с. 1848156 СССР. Устройство для измерения температуры тел по их собственному микроволновому излучению /Бутакова С.В., Бутаков К. А. , Ковальцов А. Н. - Опубл. Б. И.-1991,- No 1?. Приоритет от 13.9.89.

37. A.c. 739348 СССР. Устройство для определения угловой зависимости степени черноты излучателей шума / Бутакова С. В.- Опубл.

Б. И.-1980. - No 21. ' Приоритет от 1.12.7?.

38. A.c. 931004 СССР. Способ измерения истинной температуры объекта / Бутаков' К. А., Бутакова C.B.- 1982. Приоритет от 16.12.80.

39. A.c. 776189 СССР. Способ определения истинной температуры излучателей шума / Бутаков К.А., Бутакова C.B.- 1980. Приоритет от 1.2.79.

40. А. с. 688553 СССР. Способ определения коэффициента черноты излучателей шума / Бутакова C.B. - Опубл. Б. И, -1979. - No 36.

Приоритет от 1.7.7?.

41. А. с.135594? СССР. Способ определения кпд антенны/Бутакова C.B., Бутаков К. А. , Кузнецов H.H. - Опубл. Б. И,-1987.-No 44. Приоритет от 25. 2. 85.

42. A.c. 673937 СССР. Устройство для калибровки широкоапертурных излучателей шума /Бутакова С.В.-Опубл.Б.И.- 1979.-No 26. Приоритет от 21. 7. 76.

43. A.c. 1348504 СССР. Устройство для калибровки широкоапертурных излучателей шума / Бутакова C.B., Бутаков К. А., Кузнецов H. М. -1987. Приоритет от 16.5.84.

44. A.c. 1157481 СССР. Устройство для измерения нестабильности- радиационной температуры широкоапертурных СВЧ излучателей / Бутакова C.B. Опубл. Б. И.-1985. - No 19. Приоритет от 30.5.83.

45. Бутакова С.В,- Измерение радиационных температур-теплового излучения с помощью некалиброванных СВЧ радиометра и. пирометра // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. -1996,- No 4,- С. 75-79.

46. Бутакова C.B. Об использовании "горячих" излучателей•для измерения параметров антенн радиометрическим методом. Обзор //Дел. ВИНИТИ 11.5.84. No 3011-84 ДЕП. Аннот. в Изв. ВУЗов Радиоэлектроника.- 1884.- Т. 2?, No 11.- С. 59.

47. A.c. 924627 СССР. Способ определения кпд антенны/ Бутакова.С. В. ,

Бутаков К. А. , Шелегов Л. П. - Опубл. Б. И.-1982.-No 16. Приоритет от 24.11.78.

48. A.c. 1037192 СССР. Способ измерения коэффициента усиления антенн/ Бутакова С. В., Бутаков К. А. - Опубл. Б. И.- 1983.- No 31. Приоритет от 23. 4. 82.

49. A.c. 1239645 СССР. Способ определения коэффициента- рассеяния антенны / Бутакова С.В., Бутаков К. А., Шелегов Л. П. -Опубл. Б. И. -1086,- No 23'. Приоритет от 24.7.84.

50. А. с. 1228044 СССР. Устройство для определения омических потерь антенны /Бутакова С.В,, Бутаков К.А., Кузнецов H. М. - Опубл. Б. И.-

1986. No 16. Приоритет от 24. 3.83.

51. A.c. 1721547 СССР. Способ определения амплитудно-фазового распределения поля антенны в диапазоне частот / Бутакова С. В., Бутаков К.А., Лесников В.И.- Опубл. Б. И.-1992,- No 11. Приоритет от 3.1.90.

52. A.c. 1355949 СССР. Способ определения диаграммы направленности антенны / Бутакова С. В., Бутаков К.А., Лесин Н.И. - Опубл. Б.И.-

1987. - No 44. Приоритет от 23.9.85.

53. A.c. 1264258 СССР. Проволочная антенна / Бутакова C.B., Бутаков К. А., Кузнецов Н. И. - Опубл. Б. И. -1986. - No 38. Приоритет от 22.12.83.

54. A.c. 1545269 СССР. Способ контроля поверхности параболического отражателя / Бутакова С.В., Бутаков К. А. , Лесников В. И. - Опубл. Б. И. - 1990.- No 7. Приоритет от 2.6.87.

55. Бутакова С. В., Серяков Ю. Н.-, Шабанов Р. И. Калиброванные источники шумового радиоизлучения для антенных измерений //Антенны. -1986.- No 33.- С. 42-54.

56. Бутакова С.В. Особенности расчета на ЭВМ матрицы рассеяния разветвления прямоугольных волноводов в Н-плоскости //Антенны: Связь.- 1970.- No 8. - С.47-64.

57. Бутакова С. В. К расчету Н-ллоскостного ступенчатого сочленения прямоугольных волноводов // Антенны,- 1971.- No 13.- С, 56-70.

58. Бутакова С.В. Н-плоскостной свернутый волноводный тройник как делитель и переключатель мошности//Радиотехника. -Харьков: ХГУ. -1981.- Вып. 56.-С. 38-44.

59. Бутакова С.В. Исследование сложных волноводных соединений с одной или несколькими областями связи // Антенны.-1969.-No 5.-С.140-154.