Радиоспектрограф

Социалистических ИЗОБРЕТЕНИЯ по 815671 К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт, свид-ву - (22) Заявлено 280429 (21) 2772894/18-21 с присоединеиием заявки йо(51) М. Кл. 6 01 й 23/16 Госуддрствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий,757 (088,8) Дата опубликования описания 230381(72) Авторы изобретения Ю.Д Панфилов и В.А.Тихомиров Горьковский ордена Трудового Красного Знамени йаучно исследовательский радиофнзический институт( 5 4) РАДИОСПЕКТРО ГРАФ Изобретение относится к радиоизме" рительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для радиоастроно. мических спектральных измерений, в частности для последовательного и непрерывного измерения тонкой структуры частотных спектров мощности предвсплескового и всплескового радиоизлучения Солнца.Известны радиоспектрографы парал О лельного и последовательного аиализа, вьнолненные по принципу модуляционного радиометра. Онн содержат высокочувствительный супергетеродинный приемник, анализатор спектра и блок регистрации. Радиоспектрограф параллельного анализа включает в себя многоканальный анализатор спектра с узкополосными фильтрами, настроенными на частоты ы , где- число 2 О каналов анализа. На выходе каждого канала регистрируется сигнал, пропорциональный мощности электрических колебаний, прошедших через фильтр, Такое устройство позволяет одновре менно наблюдать несколько составляющих спектра мощности радиоизлучения,Солнца Ь 1 Однако исследования тонкой струк-. туры спектра в широкой полосе частот 30устройства параллельного анализа неприменимы ввиду конструктивной слож" ности и трудности калибровки многоканальных анализаторов. Известен также радиоспектрограф, который представляет собой супергетеродинный радиометр модуляционного типа, автоматически перестрайваемый по частоте в диапазоне 4-7 ГГц. Радиоспектрограф содержит генератор опорного напряжения и последовательно соединенные модулятор, вентиль, смеси- тель с перестраиваемым гетеродином, блок промежуточной частоты, блок.низ" кой частотыи блок регистрации 2 .,Недостатком устройства является невозможность измерения тонкой структуры спектра всплесковой компоненты.Цель изобретения - расширение диапазона анализа. Поставленная цель достигается тем, что в радиоспектрограф, содержащий последовательно соедчненные модулятор, вентиль, смеситель, связанныйгетеродином и усилитель промежуточной частоты, а также блок демодулйдин и фильтрации, вход которого подключен к выходу генератора опорного нап- иряжения, а выход - к блоку регистрации, дополнительне введены блок индикации всплеска, коммутатор, ключ иблок синхронизации, включенный междууправляющим входом гетеродина и выходом блока индикации всплеска, который одновременно подключен ко входамключа индикатора и коммутатора, одинвход которого соединен со вторым входом блока демодуляции и фильтрации,другой выход подключен ко второмувходу блока регистрации, а вход соединен с выходом усилителя промежуточной частоты и со входом блока индикации всплеска, при этом второй входключа подключен к выходу генератораспоротого напряжения,а егО выход Соединен со входом модулятора, второйвход которого является входом устройства.Кроме того, блок индикации всплескасодержит два блока сравнения, диффе Оренцирующую цепь, источник опорногонапряжения и сумматор, причем входыпервого блока сравнения и дифференцирующей цепи объединены и являются входом блока, второй блок сравнения вклю чен между выходом дифференцирующейцепи и одним из входов сумматора, второй вход которого подключен к выходупервого блока сравнения, а выходыисточника опорного напряжения подключены ко вторым входам обоих блоковсравненияНа чертеже изображена блок-схемарадиоспектрографа,Радиоспектрограф содержит модулятор 1, выход которого через вентйль2 соединен с сигнальным входом смесителя 3. К гетеродинному входу смесителя 3 подключен гетеродин 4, перестраиваемый в диапазоне 8-12 ГГц. Блок5 синхронизации при отсутствии сигнала с блока 6 индикации всплескаизменяет скорость перестройки гетеродина 4 в пределах 5-300 МГц/с, ав присутствии сигнала с блока 6 впределах 3-30 ГГц/с. Выход смесителя 3 соединен с входом усилителя 7промежуточной частоты, Выход усилителя 7 подключен к сигнальному входукоммутатора 8 и к входу б.ока 6. Первый выход коммутатора 8 подключенк сигнальному входу блока 9 демодуляции и фильтрации, Выход блока 9соединен с первым входом блока 10регистрации. Второй вход блока 10подключен к второму выходу коммутатора 8. Выход блока 6 соединен суправляющими входами коммутатора 8,ключа 11 и входом блока 5 синхронизации. Выход блока 5 соединен суправляющим входом гетеродина 4. Генератор 12 опорного напряжения подклю-Яучен к опорному входу блока 9 и черезключ 11 к опорному входу модулятора 1.Елок 6 содержит блок 13 сравнения и дифференцирующую цепь 14, сое-,диненные входы которых являются входом блока 6. Выход блока 13 подключен к первому входу сумматора 15. Выход цепи 14 соединен с входом блока 16 сравнения. Выход блока 16 подключен к второму входу сумматора 15. К управляющим входам блоков 13 и 16 подключены соответственно первый и второй выход источника 17 опорного напряжения, Выход сумматора 15 является выходом блока 6.Радиоспектрограф работает следующим образом.В режиме измерения 5-компоненты радиоизлучения Солнца входной сигнал поступает на модулятор 1. В течение первого полупериода опорного напряжения с генератора 12 входной сигнал проходит через модулятор 1 на вход широкополосного согласующего вентиля 2, а в течение второго полу- периода на вход вентиля 2 поступает собственный шум модулятора 1, Модулированный сигнал через вентиль 2 подается на сигнальный вход смесителя 3. На гетеродинный вход смесителя 3 поступает сигнал перестраиваемого гетеродина 4, осуществляющего многократное сканирование рабочего диапаэона. При перестройке гетеродина 4 каждой спектральной составляющей сигнала Г соответствует такая частота гетеродина Г что значение промежуточной частоты Гр =1-Г,. ыа выходе смесителя 3 остается постоянной. Сигнал промежуточной частоты после смесителя 3 усиливается и детектируется в усилители 7 промежуточной частоты. Видеосигнал с выхода усилителя 7 поступает на вход блока 6 индикации всплеска и на сигнальный вход коммутатора 8. С входа блока 6 сигнал поступает в блок 13 сравнения и; в дифференцирующую цепь 14, В блоке 13 полезный сигнал сравнивается по уровню с заданным сигналом источника 17 опорного напряжения, амплитуда которого в 5-10 раэ превышает среднее значение 5-компоненты радиоизлучения. В дифференцирующей цепи 14 входной сигнал преобразуется так, что амплитуда его на выходе определяется скоростью нарастания на входе, Преобразованный сигнал подается на вход блока 16, где сравнивается по уровню с сигналом источника 17, амплитуда которого в 5-10 раз превышает значение градиента амплитуды предвсплескового сигнала. Так как амплитуда и градиент амплитуды 5-компоненты радиоизлучения меньше значений, заданных в блоках 13 и 16 источником 17, то сигнал на выходе блока 6, а, следовательно, и на управляющем входе коммутатора 8 отсутствует, При этом видеосигнал через коммутатор 8 поступает в блок 9 демодуляции и фильтрации. Блок 9 осуществляет фильтрацию периодичег -кой составляющей сигнала, усиле- ние, а также демодуляцию сигнала с помощью опорного напряжения генератора 12, При этом с выхода блока 9 на вход блока 10 регистрации поступает постоянная составляющая информационного сигнала, пропорциональ,ная мгновенным значениям интенсивности солнечного радиоизлучения. Блок , 10 обеспечивает регистрацию частотного спектра интенсивности радиоизлучения синхронно с перестройкой гете- родина 4.В момент во з ни к нове ния всплеска радиоизлучения Солнца резко увеличивается скорость нарастания амплитуды принимаемого сигнала. В этом случае сигнал на выходе дифференцирующей цепи 14 блока 6 индикации всплеска превышает уровень, заданный в блоке 16 источником 17. Поэтому в блоке 16 вырабатывается сигнал, поступающий на вход сумматора 15. Сумматор 15 формирует выходной сигнал блока 6. Появление сигнала на выходе блока 6 переводит радиоспектрограф в режим всплеска. С ростом амплитуды всплескового сигнала на входе блока 6, значение градиента амплитуды уменьшается и становится меньше уровня, заданного в блоке 16, При этом прекращается поступление сигнала с выхода блока 16 на вход сумматора 15 Однако радиоспектрограф не возвращается в предвсплесковый режим, так как еще до прекращения постугления сигнала с блока 16 на вход сумматора 15, амплитуда всплес кового сигнала достигает уровня, превышающего уровень, заданный в блоке 13 сравнения источником 17. Поэтому блок 13 вырабатывает сигнал, поступающии на другой вход сумматора 15, за счет чего сумматор 15 продолжает формирование выходного сигнала бло-ка 6 и радиоспектрограф удерживается в режиме всплеска.Сигнал с выхода блока 6 поступает на вход блока 5 синхронизации и на управляющие входы ключа 11 и коммутат ра 8. По сигналу с выхода блока 6 ключ 11 отключает генератор 12 от модулятора 1. Всплесковой сигнал в радиоспектрографе не модулируется для исключения потерь информации, свя занных с соизмеримостью длительности всплеска солнечного радиоизлучени и полупериода модуляции, Кроме того, модуляция в режиме всплеска теряет функциональную необходимость, так как уровень всплескового сигнала много больше уровня собственных шумов. устройства. Таким образом, немодулированный всплесковой сигнал через вентиль 2 поступает на сигнальный вход смесителя 3. на гетеродинный вход смесителя 3 подается сигнал перестраиваемого гетеродина 4, осуществляющего многократное сканирование рабочего диапазона, " момента перехода радиоспектрографа в режимвсплеска блока 5 синхронизации скачком увеличивает скорость перестройкигетеродина 4 до значений 3-30 ГГц/с.В смесителе 3 сигнал преобразуетсятак же, как при работе радиоспектрог .рафа в предвсплесковом режиме, послечего сигнал 1 усиливается и детектируется.в усйлителе 7 промежуточнойчастоты. С выхода усилителя 7 видеосигнал поступает в коммутатор 8. Так 10 как всплесковый сигнал не модулируется, то отпадает необходимость в егонизкочастотной обработке блоком 9.Поэтому коммутатор 8 с появлениемсигнала на его управляющем входе 5 отключает вход блока 9 и передаетвсплесковый видеосигнал с выхода усилителя 7 непосредственно на вход блока 10 регистрации. В блоке 10 производится регистрация мгновенных зна О чений интенсивности всплескового радиоизлучения в рабочем диапазонечастот синхронно с перестройкой гетеродина 4.По окончании всплеска,когда ам"плитуда принимаемого сигнала становится меньше уровня, заданного вблоке 13, поступление сигнала на сумматор 15 прекращается. Выходной сигнал блока 6 не Формируется, если нетсигнала ни на одном из входов сумма- ЗО тора 15. С прекращением поступлениясигнала с выхода блока 6 блок 5 скачком уменьшает скорость перестройкигетеродина а, ключ 11 подключает куправляющему входу модулятора 1 опор ное напряжение генератора 12 и коммутатор 8 подключает выход усилителя 7 к сигнальному входу блока 9. Приэтом радиоспектрограф возвращается врежим измерения спектральной мощности 5-компоненты радиоизлучения Солнца.Таким образом, в разработанномрадиоспектрографе при измерении тонкой структуры спектра 5-компоненты радиоизлучения Солнца осуществляетсяиндикация всплеска радиоизлучения и о- переключение во всплесковый режим поградиенту амплитуды принимаемого сигнала. Режим всплеска характеризуетсярезким увеличением скорости сканирования рабочего диапазона, что обеспечи- -0 вает измерение тонкой структуры спектра всплесковой компоненты солнечногорадиоизлучения. Это позволяет осуществлять последовательное и непрерывноенаблюдение в одном устройстве пред всплескового и всплескового радиоизлучения Солнца, т.е. обеспечить положительный эффект - расширить диапазон исследуемых процессов радиоспектрографа. Поскольку предвсплесковоесостояние и всплеск - коррелированныепроцессы, то предвсплесковое состояние содержит априорную информацию овсплеске. Последовательное и непрерывное наблюдение тонкой структурыспектра мощности этих процессов поз815671 Формула изобретения ИИПИ Заказ 1030/7 б Тираж 732 Подпис лиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектн=я,4 воляет выделить из предвсплесковогорадиоизлучения информацию о всплеске,что обеспечивает возможность прогнозирования времени и параметров всплвс..ков солнечной активности. 1. Радиоспектрограф, содержащий последовательно соединенные модулятор, вентиль, смеситель, связанный с гете- родином и усилитель промежуточной частоты, а также блок демодуляции и фильтрации, вход которого подключен к выходу генератора опорного напряже ния, а выход - к блоку регистрации, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что,с це,лью расширения диапазона анализа,в него дополнительно:введены блок индикации всплеска, коммутатор, ключ и блок 2 О синхронизации, включенный между управляющим входом гетеродина и выходом блока индикации всплеска, который одновременно подключен ко входам ключа и коммутатора, один выход которого соединен со вторым входом блока демодуляции и Фильтрации, другой выход подключен ко второму входу блока регистрации, а вход соединен с,выходом ,усилителя промежуточной частоты и со входом блока индикации всплеска, при этом второй вход ключа подключен к выходу генератора опорного напряжения, а его выход соединен со входом модуля-. тора, второй вход которого является входом устройства.2. РадиоспектрограФ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок индикации всплеска содержит два блока сравнения, дифференцируюшую цепь, источник опорного напряжения и сумматор, причем входы первого блока сравнения и дифференцирующей цепи объединены и являются входом блока, второй блок сравнения включен между выходом дифференцирующей цепи и одним из входов сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, а выходы источника опорного напряжения подключены ко вторым входам обоих блоков сравнения. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1.Рыжков Н.Ф, Аппаратурные методырадиоспектроскопии межзвездной среды."АстроФиэические исследования", т.б,1974. 2. Ваулин Н.А.Радиоспектрограф для исследования, тонкой структуры спектра 5-компоненты .-.злучения Солнца в диа - паэсне 4-7 ГГц. "Радиофизнка",т.ХХ 1, Р 2, 1978,