Способ одноканального супергетеродинного анализа спектров радиосигналов в реальном масштабе времени

ОП ИСАН И ИЗОБРЕТЕН И Секта Советских оттиалистичесних Республикт"тф:,Ф ф." х ависимое от авт. свидетельстваКл. 21 е, 11/20 Заявлено 11,И 1.1965 ( 1021476/26-9)с присоединением заявки1 ПК б 01 гДК 621,317.7,57(088.8 норитет Комитет по аела изобретений и ы еньОпубликовано 08.1 Х,1967. Бюл Дата опубликования описания при Совете МикисСССР 6.Х 1,1967 Авторыизобретения С. И, Боровицкий и В. И. Тгерск Заявитель СПОСОБ ОДНОКАНАЛЬНОГО СУПЕРГЕТЕРОДИННОАНАЛИЗА СПЕКТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ В РЕАЛЬНМАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ 25 Настоящий способ относится к способам одноканального анализа спектров радиосигналов в реальном масштабе времени.В известных способах анализа в реальном масштабе времени увеличение относительной разрешающей способности, особенно в области низких частот при абсолютной разрешающей способности порядка единиц и долей герц, приводит к значительному усложнению анализирующих систем. В частности, при создании 1 многоканальных фильтровых анализаторов для этого требуется наличие весьма сложных кварцевых или электромеханическнх фильтров с высокой идентичностью в сочетании с громоздким коммутирующим устройством, а при ис пользовании рециркуляторов (как для предварительного сжатия сигнала, так и при непосредственном получении спектра в системах со сдвигом частоты в кольце обратной связи) неооходимы линии задержки с прецизионны ми характеристиками и задержкой порядка нескольких миллисекунд. При этом коэффициент передачи кольца обратной связи рециркулятора обычно не должен отличаться от единицы более чем на 10 - 3, Использование для получения указанной разрешающей способности дисперсионных анализирующих устройств в реальном масштабе времени также затруднено, так как требует получения в дисперсионных линиях весьма больших коэффи- чо циентов сжатия (порядка нескольких тысяч) при перепадах задержки в рабочей полосе линии порядка единиц и десятков секунд.В предложенном способе устраняется необходимость использования для анализа спектров в реальном масштабе времени, как большего числа сложных фильтров с коммутатором для многоканальных систем, так и сложных прецизионных линий задержки для одноканальных систем за счет того, что входной сложный сигнал преобразуется в последовательность многочастотных радиоимпульсов с линейно изменяющейся со временем частотой заполнения, которые соответствуют последовательным выборкам входного сигнала, а затем для сжатия во времени этих радиоимпульсов используется система спинового эхо.Известно, что, если на образец вещества, обладающего хорошо выраженным ядерным магнитным или электронным парамагнитным резонансом, помещенного в постоянное неоднородное магнитное поле, подать перпендикулярно постоянному полю магнитное поле радио- импульса относительно большой длительности с частотой заполнения, линейным образом изменяющейся во времени в интервале Ларморовских частот образца (уоо,у 10 о+тхоо 1 ), а затем через некоторое время после начала этого импульса подать таким же образом на образец второй вспомогательный радиоимпульс, частота заполнения которого линейным образом изменяется со временем в том же интервале со скоростью, вдвое большей скорости изменения частоты первоначального импульса, то после окончания второго импульса в радиочастотной катушке, внутри которой помещен образец, наведется сжатый во времени спиновой эхо-отклик на первый импульс длительностью 2 л/Ло, где Ло - интервал изменения частот импульсов, Здесь у - парамагнитное отношение атомных ядер или спинов электронов (Но, Но+ЛНо) к интервалу изменения постоянного магнитного поля.При слабых сигналах система спинового эхо будет линейной и, если первоначальный сигнал состоит из ряда перекрывающихся во времени радиоимпульсов с одинаковым образом линейно изменяющейся во времени частотой заполнения, то после приложения вспомогательного сигнала, переворачивающего фазу процессии векторов намагничивания отдельных точек образца, в катушке наведутся раздельные во времени сжатые эхо-отклики, амплитуды которых будут пропорциональны амплитудам соответствующих сигнальных импульсов.Исследуемый сигнал представляет собой обычно суперпозицию ряда синусоидальных напряжений. После его преобразования в течение одной выборки к образцу будет приложен ряд перекрывающихся во времени радио- импульсов с частотами заполнения, линейным образом изменяющимися со временем с одинаковой скоростью, но от различных начальных частот. Для получения спиновых эхо-откликов существенны лишь те частоты этих радиоимпульсов, которые имеют общие интервалы изменения частот заполнения, совпадающие с интервалом изменения частоты вспомогательного радиоимпульса и с полосой Ларморовских частот образца. Длительности остальных участков радиоимпульсов должны быть много меньше длительности т указанных выше частей импульсов. Расстояния между эхо-откликами во времени равны интервалам между такими моментами времени в исходных сигналах, которые соответствуют одинаковым частотам заполнения радиоимпульсов. Эти интервалы, в свою очередь, пропорциональны начальным частотам радиоимпульсов; наложения эхо-откликов на временной оси будут соответствовать положениям составляющего спектра сигнала на частотной оси. Поскольку далее длительность эхо-откликов равна Л 1=2 л/Ла= =2 л/эт, где э - скорость изменения частоты, а расстояние между центрами откликов на временной оси равно Ло /э, где Ло - расстояние по частоте между соответствующими составляющими спектра, то разрешающая способность для сигналов одинакового уровня определится величиной Ло,= 2 л/т. Анализ в реальном масштабе времени будет осуществлен, если воспроизводятся спектры последовательных выборок входного сигнала. При этом для исключения сколько-нибудь значительной 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 потери информации интервал времени между, соответственно, концом и началом соседних выборок, который слагается нз полного време. ни генерирования откликов и нерабочих частей сигнальных радиоимпульсов, должен быть много меньше длительности выборки. Для выполнения этого требования девиация частоты основных сигнальных и вспомогательного радио- импульсов, а также интервал Ларморовских частот образца выбираются значительно большими, чем ширина спектра исследуемого сигнала.Спектры выборок сигнала воспроизводятся оез существенных искажений, если время релаксации в образце значительно больше т. Поэтому для того, чтобы к началу цикла анализа каждои последующей выборки векторы намагничивания в рабочем объеме образца успели вернуться к состоянию равновесия, после каждого цикла производится замена рабочего вещества, которое циркулирует по замкнутому контуру и в котором за время полного оборота по контуру релаксационные процессы успевают затухнуть.Для жидких веществ может быть, например, использован синхронизуемый с частотои циклов анализа пульсирующий насос.Оцепим приближенно разрешающую способность для таких веществ, как вода или глицерин со временем релаксации протонов порядка десятков секунд: т можно выбрать по. рядка единиц или десятков секунд и получить абсолютную разрешающую способность порядка единиц и долей герц, При Но=400 э и ЛНо= 20 э интервал Ларморовских частот составляет 80 кгпв при средней частоте 1,7,игц, Если нерабочее время анализа составляет 1/.о длительности выборки, то полоса анализируемых частот будет не менее 2000 гц.Блок-схема реализации предложенного способа приведена на чертеже.Исследуемый сигнал через усилитель 1 по. ступает на смеситель 2, куда от гетеродина 3 подастся последовательность радиоимпульсов с липейноизмепяющейся во времени частотой заполнения и скважностью, близкой к единице. Сигнал промежуточной частоты после предварительного усиления в усилителе 4 поступает на радиочастотную катушку б, внутри которой находится рабочий объем образца. Частоты повторения гетеродинных импульсов задаются стабильным генератором б. Одновременно с началом гетеродинного импульса синхронизирующие сигналы от модулятора гете- родина 7 через каскады электронных задержек 8 и 9 поступают на модулятор вспомогательного сигнала 10 и пульсирующий насос 11, обеспечивая требуемый момент начала вспомогательного сигнала и запуск пульсирующего насоса 11 после воспроизведения спектра очередной выборки сигнала. С выхода генератора 12 вспомогательный сигнал подается на радиочастотную катушку, а наведенные после его окончания эхо-отклики через усилитель 1 З подаются для воспроизведения на осциллогра201528 ставитель В, Максимовехред Т, П, Курилко Корректоры В. В, Крылови Е. Н, Гудзов Редактор Д. Пенькова аказ 3464,6 Тираж 536 ПодписноеИИИПИ Комитета по делам изоорстений и открытий при Совете Министров СССРМосква, Центр, пр. Серова, д. 4 ипографил, пр. Сапунова, 2 фическую трубку 14. Развертка на трубку поступает от генератора 15, запускаемого после окончания вспомогательного сигнала. Одновременно с этим стробирующие импул сы с выхода генератора 16 открывают на время развертки усилитель 1 т.Для создания неоднородного магнитного ноля используется постоянный магнит 17 с переменным зазором между полюсами. Предмет изобретения1. Способ одноканального супергетеродинного анализа спектров радиосигналов в реальном масштабе времени, использующий преобразование входного сигнала в последовательность многочастотных радиоимпульсов с линейно изменяющейся во времени частотой заполнения и скважностью, близкой к единице, от,гичаюгггиг 1 ся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и упрощения анализа, магнитным полем указанных радиоимпульсов воздействуют на образец вещества,обладающего хорошо выраженным ядерным магнитным или электронным парамагнитным резонансом и помещенного в неоднородное потоянное магнитное поле, перпендикулярное 5 указанному радиочастотному полю, на который затем для образования спиновых эхо-откликов, определяющих спектры выборок сигналов, подают с задержкой относительно первоначальных, вспомогательные радиоимпульсы с 10 частотой заполнения, изменяющейся во времени по линейному закону со скоростью, вдвое большей скорости изменения частоты первоначальных радиоимпульсов, причем после каждого цикла анализа производят перемещение 15 рабочего вещества по замкнутому контуру.2. Способ по п. 1, отличаюигггйся тем, что вкачестве рабочих веществ в диапазоне звуковых и инфразвуковых частот используют ядерные парамагнетики, например, воду, глицерин, 20 жидкий гелий 3, а в диапазоне радиочастот иСВЧ используют электронные парамагнетики, например, кремний с добавками фосфора,