книги из ГПНТБ / Фрум К. Скорость света и радиоволн

152

Глава 9

И с к о м о е

р а с с т о я н и е находят следующим о б р а з о м : сначала

о п р е ­

д е л я е т с я , какую ч а с т ь

э т о г о

р а с с т о я н и я с о с т а в л я е т

ч е т в е р т ь

волны

напряжения

модуляции

( 2 , 5

м ) , з а т е м о п р е д е л я е т с я

полное

число

ч е т в е р т е й волн и з м е н е н и е м

ч а с т о т ы модуляции небольшими

п р о п о р ­

циональными

ш а г а м и ,

с о п р о в о ж д а е м ы м и с о о т в е тст в у ю щ им и

и з м е р е н и я -

Р и с .

9.5.

Фотоприемник

Нуль-

инВикатар

/Цифровой

Ъ иноикатор

Кварцевый

генератор

ми

ф а з ы .

Э т о т

способ аналогичен

"методу

ч а с т е й " ,

и с п о л ь з у е м о м у

в оптической интерферометрии для определения порядка

и н т е р ф е р е н ­

ции. По

существу

т а

же процедура и с п о л ь з у е т с я

при измерении

р а с ­

стояний

м е т о д а м и

м е к о м е т р а ,

описанного

в

г л .

1 2 ,

и

т е л л у р о м е т р а .

описанного в

г л .

1 0 .

4 . У л ь т р а з в у к о в о й м о д у л я т о р с в е т а

Каролюс

и

Х е л м б е р г е р

/ 5 8 /

р а з р а б о т а л и модулятор,

и с п о л ь з у ю ­

щий

дифракцию

с в е т а при е г о

прохождении

ч е р е з

у л ь т р а з в у к о в ы е

с т о я ч и е

волны,

о б р а з у е м ы е

в

ч е т ы р е х х л о р и с т о м

у г л е р о д е ,

в п а р а ф и ­

новом

или

силиконовом м а с л а х к в а р ц е в ы м и

вибраторами,

п о г р у ж е н н ы ­

ми

в

эти

жидкости .

С к о р о с т ь

з в у к а

в

э т и х

жидкостях

порядка

1 к м / с ,

т а к

ч т о р а с с т о я н и е

м е ж д у

стоячими

волнами было

около

0 , 1 м м

при

ч а с т о т е

возбуждения 1 0

МГц.

На рис . 9 . 6

п о к а з а н а принципиальная

с х е м а

э т о г о

м о д у л я т о р а .

Монохроматический с в е т , необходимый

в

э т о м с л у ч а е ,

п о л у ч а е т с я

при помощи интерференционного фильтра, помещенного

м е ж д у ртутной

лампой

L

и

первой

щелью

Sy

З а т е м

с

помощью

линзы

L t

луч

с в е ­

т а п р е в р а щ а л с я

в

параллельный пучок,

проходящий

ч е р е з

у л ь т р а з в у ­

ковую

ячейку . Получающаяся

в р е з у л ь т а т е

э т о г о

фраунгоферовская

Методы, использующие

модулированные

лучи

1 5 3

дифракционная картина фокусировалась

линзой L 2

на щель

S2-

Н а и ­

более удачный г е н е р а т о р стоячих

волн

использовал

два

синхронно

колеблющихся к в а р ц е в ы х кристалла

и Q2, смонтированных,

к а к

показано

на рис . 9 . 6 .

Видно, что

в о т с у т с т в и е

стоячих

волн

в е с ь

с в е т от

источника

пройдет ч е р е з

щель

S 2 .

Однако при

наличии

стоячих

волн с в е т ,

проходящий

ч е р е з

$ 2 , п о д в е р г а е т с я

амплитудной

модуляции с удвоенной ч а с т о т о й

к в а р ц е в ы х

вибраторов,

к о т о р а я с о ­

ставила

1 9 МГц при

измерении

скорости с в е т а ,

описанном

К а р о л ю -

Цнтерференцианныи

фильтр

Щель

Делитель

света

П5„ _

BD,

Ультразвуковая

ячейка

с кварцевыми

кристал­

лами Qj и Qz

Р и с .

9.6.

с о м

и

Х е л м б е р г е р о м в

1 9 6 6

г .

Значительная

работа

была

п р о в е д е ­

на

при

р а з р а б о т к е модулятора,

обеспечивающего получение

д о с т а т о ч ­

но

однородной с и с т е м ы

стоячих

волн

/ 5 8 / .

На рис . 9.7

приведена

полная

б л о к - с х е м а

э к с п е р и м е н т а по

и з ­

мерению

скорости с в е т а . Д е л и т е л ь

с в е т а

BD, }

расположенный

з а

щелью

S2

(рис.

9 . 6 ) ,

и с п о л ь з о в а л с я для

получения

опорного

с и г н а ­

ла,

п о д а в а е м о г о

на к а т о д фотоумножителя .

Ф а з а э т о г о

сигнала

м о г л а

и з м е н я т ь с я

с помощью

микрометрически

н а с т р а и в а е м о й

линии

с в е т о ­

вой з а д е р ж к и . "Измеряющий

с в е т "

проходил ч е р е з

делитель

с в е т а

BD,

к базовой линии

длиной

4 8

м .

Для отражения

с в е т а

от

каждого

и з

концов

этой

б а з ы и с п о л ь з о в а л а с ь

с и с т е м а

двойных з е р к а л .

Второй

делитель

с в е т а

BD , расположенный

перед

фотоумножителем,

служил

для

совмещения

модулированного с в е т а ,

идущего

от

о т р а ж а т е л е й

б а ­

зовой

линии, со

с в е т о м , прошедшим

р е г у л и р у е м у ю

линию световой

з а д е р ж к и . Выходной с и г н а л

фотоумножителя на ч а с т о т е

1 9

МГц

в ы ­

делялся

с о о т в е т с т в у ю щ и м фильтром

и и з м е р и т е л ь н ы м

у с т р о й с т в о м .

Видно,

что

если модулированный

с в е т , отраженный

от

б а з ы ,

п р и ­

ходит на фотоумножитель в ф а з е со

с в е т о м , прошедшим

ч е р е з

линию

световой

з а д е р ж к и , компонента

т о к а

фотоумножителя

с ч а с т о т о й

1 9

МГц

будет м а к с и м а л ь н о й .

Э т а

компонента

будет

минимальной,

если

у к а з а н н ы е

лучи с в е т а

приходят

в

противофазе .

С

целью

п о л у ч е ­

ния

высокой ч у в с т в и т е л ь н о с т и

при

настройке

фазы модуляции

было

154

Глава 9

необходимо в е с ь м а тщательно

балансировать

интенсивности

обоих

с и г н а л о в .

Д л я

э т о г о

и с п о л ь з о в а л с я подходящий нейтральный

фильтр,

расположенный

на пути с в е т а ,

идущего

от базовой

линии. Т а к и м

о б ­

р а з о м , м о г л о о п р е д е л я т ь с я

и з м е н е н и е

длины

линии

световой

з а д е р ж ­

ки м е н е е ч е м

на

0 , 1

м м ,

что

и я в л я е т с я т о ч н о с т ь ю и з м е р е н и я

п о л о ­

жения концевых

т о ч е к базовой

линии. М е т о д

и з м е р е н и я длины волны

с о с т о я л в

настройке

на минимум выходного

сигнала

фотоумножителя

на ч а с т о т е

1 9

МГц.

1

г

1 -

стандарт частоты, 2 -

радиочастотный генератор,

3 -

ультразвуковой

мо­

дулятор, 4 -

нейтральный

фильтр,

5 -

суппорт, 6 -

рассеиватель,

7 -

фотоум­

ножитель, 8 - радиочастотный

фильтр,

9 - радиочастотный детектор, 10 -

ис­

точник

света

..)/,,

М2,

M3 и MА -

заркала.

Поскольку б а з о в а я

линия

была короткой,

е е

длину

можно

было

и з м е р и т ь с

высокой

точностью, используя м е т о д В я и с я л я

/ 8 9 / .

Э т о т

м е т о д , основанный

на

оптической

интерферометрии,

описан

в

г л .

1 2 .

Оцененная

ошибка

измерений длины с о с т а в и л а

i

l -

Ю -

7 .

О с т а т о ч н а я неопределенность,

возникающая

з а с ч е т

поправки

на

п о к а з а т е л ь

преломления

в о з д у х а ,

была

низкой

в

с в я з и

с

простотой

измерений

давления,

т е м п е р а т у р ы

и влажности в о з д у х а . Ошибка

п о ­

правки на п о к а з а т е л ь

преломления

оценивалась в t. 1 ' Ю - 7 -

Окончательный

р е з у л ь т а т

измерений

скорости

с в е т а

дал

в е л и ч и ­

ну

с = 2 9 9

7 9 2 , 1

0,2

к м / с . В

последующем

была

обнаружена

Методы, использующие

модулированные

лучи

1 5 5

ошибка в

определении

длины базовой

линии / 6 / .

Скорректированное

с у ч е т о м

этой ошибки

значение

скорости

с в е т а

о к а з а л о с ь

р а в н ы м

г 0

-

299 792,44 * 0,2

к м ' с .

Приведенный предел

ошибки

был

получен приблизительно

и з

1 4

ООО

измерений, усредненных

по

2 7 8

группам

по

5 0

измерений

в

каждой.

Последующая

коррекция

значения скорости

с в е т а ,

п о л у ч е н ­

ного для

базовой линии

длиной

4 8

м , подчеркивае т

з н а ч и т е л ь н ы е

трудности, которы е м о г у т в с т р е т и т ь с я

при точном

измерении

длины

даже для

таки х относительно коротких

расстояний .

Г л а в а

1 0

1 .

В в е д е н и е

Хотя

и з м е р е н и я

с

помощью

т е л л у р о м е т р а ,

в ч а с т н о с т и

на

б а з е

Б р и т а н с к о г о к а р т о г р а ф и ч е с к о г о

управления

в Р и д ж У эй,

позволили

т о ч ­

но определить с к о р о с т ь распространения микроволн, наибольшее

з н а ­

чение

э т о т прибор

и м е е т

при

г е о д е з и ч е с к и х и з м е р е н и я х

р а с с т о я н и й .

Т е л л у р о м е т р

был

и з о б р е т е н

Уэдли

-

сотрудником Организации

н а у ч ­

ных

и

промышленных

исследований

( Ю А Р ) . О

необходимости

с о з д а ­

ния

т а к о г о прибора з а я в и л в

1 9 5 4

г .

полковник Б а у м а н

-

директор

Т р и г о н о м е т р и ч е с к о й

службы

Южно-Африканской

Р е с п у б л и к и . П р е д п о ­

л а г а л о с ь

р а з р а б о т а т ь

микроволновую

с и с т е м у

с

радиусом

действия

3 0

к м

и

б о л е е , имеющую

т о ч н о с т ь

выше

1 • 1 0 - 5 и

способную

р а б о ­

т а т ь в

дневное

в р е м я

и при

наличии

т у м а н а ,

когда

оптические

м о д у ­

ляционные м е т о д ы

неприменимы

и з - з а

п о т е р ь

с и г н а л а .

В 1 9 5 6

г .

была

с о з д а н а компания

" Т е л л у р о м е т р "

(ЮАР)

с

целью

создания

и выпуска на основании правительственной

лицензии

к о м м е р ­

ч е с к о г о

типа прибора. Потребность мирового

рынка

в

т а к и х приборах,

оцененная приближенно, в

э т о

в р е м я

с о с т а в и л а

около

2 5 0 приборов.

К 1 9 6 7

г .

было

продано

б о л е е

6 0 0 0

т е л л у р о м е т р о в .

Такой

з н а ч и ­

тельный

спрос

возник

б л а г о д а р я э н т у з и а з м у ,

с к о т о р ы м

топографы

приняли

э т о т прибор,

и с п о л ь з у я

е г о

для

и з м е р е н и я

сторон

т р е у г о л ь ­

ника в з а м е н

традиционного м е т о д а и з м е р е н и я

у г л о в , о т с ч и т ы в а е м ы х

от

одной

или двух тщательно и з м е р е н н ы х образцовых

г е о д е з и ч е с к и х

б а з о в ы х

линий.

Т е л л у р о м е т р о т л и ч а е т с я от г е о д и м е т р а и с п о л ь з о в а н и е м в м е с т о

с в е т о в ы х волн

микроволнового

излучения .

Это

излучение

м о д у л и р у е т ­

с я ч а с т о т о й

1 0

МГц

и п е р е д а е т с я

с помощью

небольшой

п а р а б о л и ­

ческой

антенны

к

удаленной

принимающей

у с т а н о в к е ,

к о т о р а я

с р а в ­

нивает

фазу

сигнала

с

фазой

в н у т р е н н е г о

г е н е р а т о р а

и з а т е м

п е р е ­

д а е т информацию

о ф а з е на

основную

станцию . Т а к и м

о б р а з о м ,

фаза

полного

сигнала,

принятого

от

удаленной

станции, в е д е т

с е б я

т а к , к а к

будто

модулирующее

колебание

с

частотой

1 0

МГц

пассивно

о т р а ж а ­

е т с я н а з а д

к передающей

станции

с

незначительной

постоянной

ф а з о ­

вой

ошибкой. Д е й с т в и т е л ь н о ,

передающая

и удаленная

станции

в з н а ­

чительной степени

идентичны.

П е р в о н а ч а л ь н а я

м о д е л ь

Уэдли

р а б о т а ­

ла

на

длине

волны 1 0

с м

(3

ГГц),

однако в

более

поздних

в а р и а н т а х

Теллурометр

157

и с п о л ь з о в а л а с ь

длина

волны

3

с м

( 1 0

ГГц) . Недавно

( 1 9 6 7

г . )

к о м ­

пания

" Т е л л у р о м е т р "

объявила

о создании прибора

в ы с о к о г о

р а з р е ­

шения,

р а б о т а ю щ е г о

с

несущей

длиной

волны

8, 6

м м

( 3 5 ГГц) .

2 . М е т о д и з м е р е н и я

В п е р в ы е

т е л л у р о м е т р

был описан

в

1 9 5 7

г .

/ 9 1 / . Р е з у л ь т а т ы

и з м е р е н и я с к о р о с т и

распространения микроволн

были

опубликованы

в

следующем

году / 9 2 / ,

а э л е к т р о н н ы е

принципы р а б о т ы

т е л л у р о м е т -

ра

описывались

д е т а л ь н о

в

специальной

с т а т ь е

/ 9 3 / .

П е р в о н а ч а л ь н а я

м о д е л ь

п р е д н а з н а ч а л а с ь

для

и з м е р е н и я

р а с с т о я ­

ния

в

футах и и с п о л ь з о в а л а

в к а ч е с т в е

основного

с т а н д а р т а

ч а с т о т ы

к в а р ц е в ы е г е н е р а т о р ы

с ч а с т о т о й

около 1 0

МГц. Несущий

м и к р о в о л ­

новый

с и г н а л

б р а л с я

от маломощных клистронных г е н е р а т о р о в ,

ч а с ­

тот а

которых

м о д у л и р о в а л а с ь

с помощью с т а н д а р т н ы х

к в а р ц ев ы х

г е ­

нер а то р ов . Необходимо было

у с т р а н и т ь

искажающее

влияние

о т р а ж е ­

ния микроволнового луча от Земли

на

и з м е р е н и е

ф а з ы на

ч а с т о т е м о ­

дуляции. З т о

д о с т и г а л о с ь

и з м е н е н и е м

ч а с т о т ы

клистрона на

в е л и ч и ­

ну, необходимую для периодического и з м е н е н и я

э т о г о

влияния

в п о ­

ложительную или отрицательную сторону по отношению к среднему

(неискаженному)

состоянию . Т а к а я

м е т о д и к а

и с п о л ь з о в а л а с ь

во

в с е х

т е л л у р о м е т р а х .

На

рис . 1 0 . 1 п р е д с т а в л е н а

б л о к - с х е м а

т е л л у р о м е т р а .

Исходная

модулирующая

ч а с т о т а

1 0 МГц на

основной

станции

п о с л е

п р е о б р а ­

з о в а н и я на удаленной станции приводит

к возникновению

фазовой

к а р ­

тины

( А ), повторяющейся

примерно к а ж д ы е

5 0

футов.

О к о н ч а т е л ь ­

ная

т о ч н о с т ь

определения ф а з ы

с о с т а в л я л а

примерно

1 0

,

или 1,5

д ю й ­

м а .

Р а з н о с т ь

м е ж д у о т с ч е т о м

ф а з ы этой модуляционной

к а р т и н ы

и

о т с ч е т о м ф а з ы на ч а с т о т е 9 , 0 0 0 МГц

(картина

D )

приводит

к п о ­

явлению фазовой картины, повторяющейся к а ж д ы е

5 0 0 футов .

А н а л о ­

гичным о б р а з о м

фаза

с и г н а л а

{Л - С

) п о в т о р я е т с я

к а ж д ы е

5 ООО фу ­

тов,

а

ф а з а с и г н а л а

(А г- В

)

-

к а ж д ы е

5 0

ООО футов .

Т а к и м

о б р а ­

з о м , в н а ч а л е

о п р е д е л я е т с я

ч а с т ь интервала

в

5 0

футов,

а

з а т е м

с п о ­

мощью

п о с л е д о в а т е л ь н ы х

приближений

- целое

число

т а к и х и н т е р в а ­

лов . По с у щ е с т в у такой же

м е т о д получения

порядка

интерференции

и с п о л ь з у е т с я

в г е о д и м е т р е

(гл . 9 )

и м е к о м е т р е

(гл .

1 2 ) .

Хотя длина

дистанции

о п р е д е л я е т с я

с помощью

и з м е р е н и я

в р е ­

менной или фазовой з а д е р ж к и волны с

ч а с т о т о й ' 1 0

МГц п о с л е

п р о ­

хождения ею двойного

пути,

т е х н и ч е с к и е требования к и з м е р е н и я м

у д о в л е т в о р я ю т с я

б л а г о д а р я

особой

модификации

у с т а н о в к и ,

пояснить

которую необходимо лишь для фазовой

картины А . Выходной сигнал

модуляции на ч а с т о т е

1 0

МГц с м е ш и в а е т с я

на удаленной

станции

с

модулирующим

сигналом

на ч а с т о т е

9 , 9 9 9

МГц, о б р а з у я

р а з н о с т ь

ч а с т о т

1 кГц. Фаза

этой

ч а с т о т ы

з а в и с и т от

фазы

п р и н и м а е м о г о с и г -

158

Глава

10

нала на

ч а с т о т е

1 0 МГц. После

усиления сигнал

с ч а с т о т о й

1 кГц

и с п о л ь з у е т с я

для частотной

модуляции

п е р е д а в а е м о г о

сигнала

с

ч а с ­

тотой

9 , 9 9 9

МГц. Когда

э т о т

с и г н а л

п р и н и м а е т с я

на

основной

с т а н ­

ции, т а м

вновь

формируется

р а з н о с т н а я

ч а с т о т а

1

кГц, к о т о р а я

с о ­

держит

в

с е б е

з а д е р ж к у

фазы волны

на

ч а с т о т е

9 , 9 9 9

МГц в

д о б а в ­

ление

к

фазе

сигнала

модуляции

на

ч а с т о т е

1

кГц. На

обеих

с т а н ц и ­

ях

используются

приемники

супергетеродинного

типа

с

промежуточной

ч а с т о т о й 3 3 МГц. Об е несущие

ч а с т о т ы

отличаются

друг

от

друга

на

3 3

МГц, та к чт о каждая

из

них служит

в к а ч е с т в е

м е с т н о г о

г е ­

теродина,

с к о т о р ы м

с м е ш и в а е т с я

принимаемый

с и г н а л .

П у с т ь /

- ч а с т о т а

модуляции

( 1 0

ААГц)

основной станции

,

/ г

-

ч а с т о т а модуляции

удаленной

станции

( 9 , 9 9 9

МГц) , /

-

р а з -

Модулирующие

9,999

кристаллы

Дипольныи

Удаленная

SI МГЦ

10.000

Основная

излучатель

t_ 10,001

станция

станция

МГц

МГц

„

I

9.9S0

Клистрон

Клистрон

9,989

МГЦ

9.900

2800 МГц

2833 МГц

МГЦ

9,899

МГЦ

Микроволно­

-

А

-

МГЦ

УПЧ

9,000

I

Телефон

УПЧ вый детектор

Телефон

8,999

МГц

ЗЗМГЦ

ЗЗМГЦ

МГц

I

Амплитуд­

ишплитуо-

Частотный

импульс

I

Ѵчйстотный

/кГц

'—[дискрими­

ный

\ный

дискрими­

натор

детектор

I

детектор

натор

импульс

/кГц

Синусоидальная

ÔI

адЦепь сформи­

/кГц

Цепь

формирова­

Электронно-

(f~~}\\_

ния

круговой

Синусоидальная

рования

лучевая

Л \

/

) г

развертки

импульсов

трубка^

волна

Разрыв в круговой

развертке,

соответствующий

фазе

принимаемого

импульса

Р И С, 10.1

ностная

ч а с т о т а

( 1 кГц), Т / 2

-

в р е м я з а д е р ж к и

сигнала

при

его р а с ­

пространении м е ж д у

станциями

в

одном

направлении. При э т о м

и з м е ­

нение

ф а з ы

з а

с ч е т т о л ь к о

первого

прохождения

е с т ь

2 л / т Т/2

,

а и з ­

м е н е н и е

фазы

з а

с ч е т обратного

пути

равно 2 л /

Г/2 .

К

этой

в е л и ­

чине

д о б а в л я е т с я

и з м е н е н и е

фазы

з а

с ч е т модуляции

сигнала

с

ч а с ­

тотой

1

кГц, которое

равно

2 л /

Т/2 .

Т а к и м о б р а з о м ,

полный с д в и г

ф а з ы на основной станции

е с т ь

пП/т+

[r + Q.

А

та к ка к fс=

fm~

frt

окончательный

сдвиг

ф а з ы р а в н я е т с я

величине

2лf

Т,

к о т о р а я

м о г л а

бы б ы т ь получена для основной

волны

с ч а с т о т о й

fm>

просто

о т р а ­

женной

от удаленной

станции . П р е и м у щ е с т в о

введения

сдвигов

фазы

Triujjio.vcmp

на

ч а с т о т е

модуляции

в 1 кГц

с о с т о и т

в

т о м ,

что н е у с т р а н и м ы е

ф а ­

з о в ы е

сдвиги

в

приемном

у с т р о й с т в е

м о г у т быть

с д е л а н ы

н е и з м е н ­

ными

h м а л ы м и

по

величине . Кроме

т о г о , использование

п е р е д а т ч и ­

ка

на

удаленной

с т а н ш ш

приводит

к

р е з к о м у увеличению

ч у в с т в и т е л ь ­

ности. О с т а т о ч н ы е

ф а з о в ы е

ошибки

в

данной

с и с т е м е

Уэдли

устранил

следующим

о б р а з о м .

Ч а с т о т а

удаленной

с т а н ш ш

Іг

м о г л а

и з м е н я т ь ­

ся

от

9 , 9 9 9

до

1 0 , 0 0 1 МГц,

т а к

что

и з м е н е н и е

фазы

с р а в н и в а е ­

м ы х ч а с т о т

з а с ч е т первоначальной

модуляции

при изменении

р а с с т о я ­

ния м е ж д у станциями

м о г л о

м е н я т ь

свой

з н а к .

Однако

при

э т о м

и з ­

меренный сдвиг

ф а з ы

з а

с ч е т

лишь

з а д е р ж к и с р а в н и в а е м ы х

с и г н а л о в

о с т а е т с я

т е м

же с а м ы м .

Выражение

для

полного

и з м е р я е м о г о

с д в и ­

г а

фазы

для

фазовой

картины

.-|

и м е е т

вид

nT[-f

— fr

+ / с

] =-2тт[тТ.

И з м е н е н и е фазы фиксируется на

круговой

шкале

э л е к т р о н н о - л у ч е ­

вой

трубки . Е с л и в

первом

с л у ч а е

о т м е т к а

при

увеличении

дистанции

в р а щ а е т с я

по

часовой

с т р е л к е , т е п е р ь

она

будет

в р а щ а т ь с я

против

часовой

с т р е л к и . С р е д н е е

фазовых

измерений

картин

+.4

и

_.(

с в о ­

бодно от большинства внутренних ф а з о в ы х

ошибок. Р е в е р с и в н ы й

о т ­

счет

о б е с п е ч и в а л с я

т а к ж е

для

положительной

п

отрицательной

ф а з о ­

вых

картин

с т е м ,

чтобы

у с т р а н и т ь

влияние некоторого

э к с ц е н т р и с и ­

т е т а

индикатора . Д л я

этой

цели фаза

ч а с т о т ы

сигнала сравнения,

с н и ­

м а е м о г о

с

к р и с т а л л и ч е с к о г о д е т е к т о р а

удаленной

станции,

м о г л а

п е ­

р е в о р а ч и в а т ь с я

з а с ч е т

переключения

полярности

диода.

Б ы л о

о б н а ­

ружено,

что

" о т р и ц а т е л ь н ы е "

знаки

не я в л я ю т с я необходимыми для

фазовых

картин

И, С

и

0,

т а к к а к

они

получаются

из

фазовой

к а р ­

тины

Л

и

при

э т о м с и с т е м а т и ч е с к и е

ошибки

и с к л ю ч а ю т с я .

В п е р ­

вом

т е л л у р о м е т р е Уэдли

с р а в н и в а е м а я

волна

в о з в р а щ а л а с ь

от

у д а ­

ленной станции в виде импульса на

рекуррентной

ч а с т о т е

1

кГц

и

фиксировалась на электронно - лучевой

трубке

как

р а з р ы в

в

круговой

р а з в е р т к е , сформированной

с помощью

основного

сигнала

сравнения

с частотой

1

кГц. С х е м а

т е л л у р о м е т р а

включала

в с е б я

т а к ж е

д в у ­

сторонний

радиотелефон .

М а т е м а т и ч е с к и й

а н а л и з

первого

процесса

преобразования з а к л ю ­

ч а е т с я

в

следующем .

П р е д п о л а г а е т с я ,

что

сильный м е с т н ы й

ч а с т о т н о -

модулированный

с и г н а л с м е ш и в а е т с я

с п р и н и м а е м ы м

ч а с т о т н о - м о д у ­

лируемым с и г н а л о м .

Пусть

эти с и г н а л ы

пропорциональны

с о о т в е т ­

ственно

ехр

[jUdl

+ m sin

üt)],

ехр [/((о 1 '

+

sinfl'i)],

г д е

I

-

в р е м я ,

а>

и

<о1

- к р у г о в ы е

несущие

ч а с т о т ы ,

П

и

fi'-кру­

г о в ы е ч а с т о т ы

модуляции

(ш >

П > ÎÎ1

) . Т о г д а

с и г н а л разностной

1 6 0

Глава

10

ч а с т о т ы

будет

пропорционален

/ = ехр

[ j(u)t-

со]

! -І-ШЭІІІШ. - m 1 sinQ4)] .

(10.1)

Это

выражение м о ж е т

быт ь

записан о

ч е р е з

б е с с ѳ л е в ы

функции в

виде

/ =

е х р [ / ( ш - й , ; ) і

]

S

У

»

ехр (/„Q/.)

£

/

( - m 1 )

ехр

(,ѴП'<).

(Ю.2)

П = — С О

I'

I

J

*

; . ' = _

с о

Используя обозначения

Уп =(- 1)" У _„

и

]п(х)

= (-1)" У„ (—х)

и п о л а г а я

П - П 1 = р> можно

определить

/

почленным

перемножение м

двух

р я ­

дов,

являющихся

р е з у л ь т а т о м

суммирования

в уравнении

( 1 0 . 2 ) .

О с ­

т а в л я я

лишь

члены

с

ч а с т о т а м ! со -со\

со -со 1

± р, со - ш 1

±2 ри

т . д . ,

п о п а ­

дающими в полосу пропускания усилител я промежуточной

ч а с т о т ы ,

получим

/ = У 0 (ш)У о иі')

схр

[j(ûj-ù)^)t

(У , ( ш ) . / , ^ 1 ) ]

ехр [ Д ы - ш 1

+p)t]

+

-•-ехр [ / ( щ - c ü 1

- р)']+У 2 (ш)

У 2 ( т ' )

{ ехр [/'(oj-oj1

+2р)*] +

+

ехр [/•С(ц_(уі _ 2 р ) / ]

J

+

. . . .

(Ю.З)

Уравнени е

( 1 0 . 3 )

п о к а з ы в а е т ,

что

сигнал на

промежуточной

ч а с ­

т о т е

ш

_

модулирован

по

амплитуде

разностной

частотой

р = £ 2 - 0 '

и ее

г а р м о н и к а м и .

Процент

модуляции

на

основной ч а с т о т е

р

р а ­

вен

[У, (m)/, (m1)] '[У0(-'»)У о''"!]-

а

процент

искажения

этой

м о д у л я ­

ции

за

с ч е т второй гармоники

равен

\!2(т)

І^т"*)}^],{т)

J ^

)

] ,

Б о л е е

высоки е

гармоники при

низком

индексе модуляции

н е с у щ е с т в е н ­

ны.

Для

т=т1=1

можно

получить модуляцию

глубиной

2 7

при

6% и с ­

кажений

з а с ч е т

второй

г а р м о н и к и .

Дл я

m = »і 1 =0,5укаэанные

в е л и ч и ­

ны равны

с о о т в е т с т в е н н о

7

и

1,3%.

Т е л л у р о м е т р

р е г у л и р у е т с я

т а к ,

чтобы

р а б о т а т ь

межд у

этими

п р е д е л а м и .

3 .

И з м е р е н и я

скорости

На

рис .

1 0 . 2

представлен а

фотография

первог о т е л л у р о м е т р а ,

у п р а в л я е м о г о

У э д ш .

Микроволновая

з е р к а л ь н а я антенна и м е л а

в

д и а ­

м е т р е

около

4 5

с м . Высокий

п о к а з а т е л ь преломления

водяного

пара

о к а з ы в а е т з н а ч и т е л ь н о е

влияние

на

распространени е

сигналов

на

р а ­

д и о -

и

микроволновых

ч а с т о т а х

( г л .

3,

р а з д . 6 ) .

На

оптических

ч а с ­

т о т а х

э т о т п о к а з а т е л ь

преломления

в е с ь м а

незначительно

о т л и ч а е т с я

от п о к а з а т е л я преломления

сухого

воздуха,

т а к что

для

изменени я

п о к а з а т е л я преломления

воздуха

на

1

- Ю - 6

необходимо

и з м е н е н и е