Настояндий сиособ отиосится к сиособам одиоканального анализа сиектров радиосигналов в реальиом масштабе времени.
В известных сиособах анализа в реальном масштабе времени увеличение относительной разрешаюш,ей сиособности, особенно в области низких частот при абсолютной разрешающей способности иорядка единиц и долей герц, приводит к значительному усложнению анализирующих систем. В частности, ири создании многоканальных фильтровых анализаторов для зтого требуется наличие весьма сложных кварцевых или электромеханических фильтров с высокой идентичностью в сочетании с громоздким коммутирующим устройством, а при использовании рециркуляторов (как для предварительного сжатия сигнала, так и при непосредственном получении спектра в системах со сдвигом частоты в кольце обратиой связи) необходимы линии задержки с прецизиониыми характеристиками и задержкой порядка нескольких миллисекунд. При этом коэффициент передачи кольца обратной связи рециркулятора обычно не должен отличаться от единицы более чем на . Использоваиие для получения указанной разрешающей способности дисперсиоииых анализирующих устройств в реальном масштабе времени также затруднено, так как требует иолучеиия в диснерсиоиных линиях весьма больших коэффициентов сжатия (порядка нескольких тысяч) ири 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 одноканальиых 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 ноле, подать перпендикулярио постоянному полю магнитное поле радиоимпульса относительно большой длительности с частотой заполнения, линейным образом изменяющейся во времени в интервале Ларморовских частот образца (уН,(, + Н„ ), 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 нервоначального импульса, то после окончания второго импульса в радиочастотной катушке, внутри которой помещен образец, наведется сжатый во времени спиновой эхо-отклик на первый имиульс длительностью 2я/Асо, где Дсо - интервал изменения частот импульсов. Здесь Y - парамагнитное отношение атомных ядер или сиинов электронов (Яд, ЯО-ЬАЯ,)) к интервалу изменения постоянного магнитного поля.
При слабых сигналах система снинового эхо будет линейной и, если первоначальный сигнал состоит из ряда перекрь1ваюш,ихся во времени радиоимпульсов с одинаковым образом линейно изменяющ,ейся во времени частотой заполнения, то после прилолсения 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 нредставляет собой обычно суперпозицию ряда синусоидальных напряжений. После его преобразования в течение одной выборки к образцу будет приложен ряд перекрывающихся во времени радиоимпульсов с частотами заполнения, линейным образом изменяющнмися со временем с одинаковой скоростью, но от различных начальных частот. Для получения сниновых 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 А/ 2я/Асй 2n/st, где S - скорость изменения частоты, а расстояние между центрами откликов на временной оси равно Асо /s, где Аш - Р сстояние по частоте между соответствующими составляющими спектра, то разрешающая способность для сигналов одинакового уровня онределится величиной Ай) Зя/т. Анализ в реальном масштабе времени будет осуществлен, если воспроизводятся спектры последовательных выборок входного сигнала. При этом для исключения сколько-нибудь значительной
потери информации интервал времени между, соответственно, концом и началом соседних выборок, который слагается из полного времени генерирования откликов и нерабочих частей сигнальных радиоимпульсов, должен быть много меньше длительности выборки. Для выполнения этого требования девиация частоты основных сигнальных и всномогательного радиоимпульсов, а также интервал Ларморовских частот образца выбираются значительно большими, чем ширина спектра исследуемого сигнала.
Спектры выборок сигнала воспроизводятся без существенных искал ений, если время релаксации в образце значительно больше т. Поэтому для того, чтобы к началу цикла анализа каждой последующей выборки векторы намагничивания в рабочем объеме образца успели вернуться к состоянию равновесия, после каждого цикла пронзводится замена рабочего вещества, которое цнркулирует цо замкнутому контуру и в котором за время полного оборота по контуру релаксационные процессы успевают затухнуть. Для жидких веществ может быть, например, использован синхронизуемый с частотой циклов анализа пульсирующий насос.
Оценим приближенно разрешающую способность для таких веществ, как вода или глицерин со временем релаксации протонов порядка десятков секунд: т можно выбрать порядка едипиц или десятков секунд и получить абсолютную разрешающую способность порядка едипиц и долей герц. При Яо 400э иАЯо 20 э интервал Ларморовских частот составляет 80 кгц при средней частоте 1,7 мгц. Если нерабочее время анализа составляет Vao длительности выборки, то полоса анализируемых частот будет не менее 2000 гц.
Блок-схема реализации предложенного способа приведена на чертел е.
Исследуемый сигнал через усилитель / постунает на смеситель 2, куда от гетеродина 3 подается последовательность радиоимнульсов с линейноизменяющейся во времени частотой заполнения и скважностью, близкой к единице. Сигнал промежуточной частоты после предварительного усиления в усилителе 4 поступает на радиочастотную катушку 5, внутри которой находится рабочий объем образца. Частоты повторения гетеродинных имнульсов задаются стабильным генератором 6. Одновременно с началом гетеродинного импульса синхронизирующие сигналы от модулятора гетеродина 7 через каскады электронных задержек 5 и Р 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 подаются для воспроизведения на осциллографическую трубку 14. Развертка на трубку поступает от генератора 15, запускаемого после окончания вспомогательного сигнала. Одновременно с этим стробируюндие импульсы с выхода генератора 16 открывают на время развертки усилитель 13.
Для создания неоднородного магнитного поля иснользуется постоянный магнит 17 с переменным зазором между полюсами.
Предмет изобретения
1. Способ одноканального супергетеродинного анализа спектров радиосигналов в реальном масштабе времени, используюпдий преобразование входного сигнала в последовательность многочастотных радиоимпульсов с линейно изменяющейся во времени частотой заполнения и скважностью, близкой к единице, отличающийся тем, что, с целью увеличения разрешающей способности и упрощения анализа, магнитным полем указанных радиоимпульсов воздействуют на образец вещества.
обладающего хорощо выраженным ядерным магнитным или электронным парамагнитным резонансом и помещенного в неоднородное постоянное магнитное поле, перпендикулярное указанному радиочастотному полю, на который затем для образования спиновых эхо-откликов, определяющих спектры выборок сигналов, подают с задержкой относительно первоначальных, вспомогательные радиоимпульсы с
частотой заполнения, изменяющейся во времени по линейному закону со скоростью, вдвое большей скорости изменения частоты первоначальных радиоимпульсов, причем носле каждого цикла анализа производят перемещение
рабочего вещества по замкнутому контуру.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве рабочих веществ в диапазоне звуковых и инфразвуковых частот используют ядерные парамагнетики, например, воду, глицерин,
жидкий гелий 5, а в диапазоне радиочастот и СВЧ иснользуют электронные парамагнетики, например, кремний с добавками фосфора.
