Радиоспектрограф Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизме рительной технике, а именно к устрой ствам, предназначенным для радиоастр мическим спектральных измерений, в частности для последовательного и не рерывного измерения тонкой структуры частотных спектров мощности предвсплескового и всплескового радиоизлуче ния Солнца. Известны радиоспектрографы параллельного и последовательного анализа выполненные по принципу модуляционного радиометра. Они содержат высокочувствительный супергетеродинный приемник, анализатор спектра и блок регистрации. Радиоспектрограф параллельного анализа включает в себя многоканальный анализатор спектра с узкополосными фильтрами, настроенными на частоты w , где i - число каналов анализа. На выходе каждого канала регистрируется сигнал, пропор циональный мощности электрических колебаний, прошедших через фильтр. Такое устройство позволяет одновременно наблюдать несколько составляющих спектра мощности радиоизлучения .Солнца Cl . Однако исследования тонкой структуры спектра в широкой полосе частот устройства параллельного анализа неприменимы ввиду конструктивной сложности и трудности калибровки многоканальных анализаторов. Известен также радйоспектрограф, который представляет собой супергетеродинный радиометр модуляционного типа, автоматически перестраиваемый по частоте в диапазоне 4-7 ГГц. Радиоспектрограф содержит генератор опорного напряжения и последовательно соединенные модулятор, вентиль, смеситель с перестраиваемым гетеродином, блок промежуточной частоты, блок низ-кой частотыи блок регистрации t2J.. Недостатком устройства является невозможность измерения тонкой структуры спектра всплесковой компоненты. Цель изобретения - расширение диапазона анализа. Поставленная цель достигается тем, что в радиоспектрограф, содержащий последовательно соединенные модулятор, вентиль, смеситель, связанный :: гетеродином и усилитель промежуточной частоты, а также блок демодуляции и фильтрации,вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход - к блоку регистрации, дополнительне введены блок индикации всплеска, коммутатор, ключ и блок синхронизации, включенный между управляющим входом гетеродину и выходом блока индикации всплеска, кото рый одновременно подключен ко входам ключа индикатора и коммутатора, один |вход которого соединен со вторым вхо дом блока демодуляции и фильтрации , другой выход подключен ко второму входу блока регистрации, а вход соединен с выходом усилителя промежуточ ной частоты и со входом блока индика ции всплеска, при этом.второй -вход ключа подключен к выходу генератора опорного напряжения,а его выход Сое динен со входом модулятора, второй вход которого является входом устрой ства. Кроме того, блок индикации всплес содержит два блока сравнения, дифференцирующую цепь, источник опорного напряжения и сумматор, причем входы первого блока сравнения и дифференци рующей цепи объединены и являются вх дом блока, второй блок сравнения вкл чен выходом дифференцирующей цепи и одним из входов сумматора, вт рой вход которого подключен к выходу первого блока сравнения, а в лходы источника опорного напряжения подклю чены ко вторым входам обоих блоков сравнения.. На чертеже изображена блок-схема радиоспектрографа. Радиоспектрограф содержит модулятор 1, выход которого через вентиль 2 соединен с сигнальным входом смеси теля 3. К гетеродинному входу смесителя 3 подключен гетеродин 4, перест раиваемый в диапазоне 8-12 ГГц. Блок 5 синхронизации при отсутствии сигнала с блока 6 индикации всплеска изменяет скорость перестройки гетеродина 4 в пределах 5-300 МГц/с, а в присутствиисигнала с блока 6 в пределах 3-30 ГГц/с. Выход смесителя 3 соединен с входом усилителя 7 промежуточной частоты. Выход усилите ля 7 подключен к сигн.альному входу коммутатора 8 и к входу блока 6. Пер вый выход коммутатора В подключен к сигнальному входу блока 9 демодуляции и фильтрации. Выход блока 9 соединен с первым входом блока 10 регистрации. Второй вход блока 10 подключен к второму выходу коммутатора 8. Выход блока 6 соединен с управляющими входами коммутатора 8, ключа 11 и входом блока 5 синхронизации. Выход блока 5 соединен с управляющим входом гетеродина 4. Генератор 12 опорного напряжения подкл Iчен к опорному входу блока 9 и через ключ 11 к опорному входу модулятора 1. Блок 6 содержит блок 13 сравнения и дифференцирующую цепь 14, соединенные 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 S-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 полупериода 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 диапазона. При перестройке гетеродина 4 каждой спектральной составляющей сигнала соответствует такая частота гетеродина f что значение промежуточной частоты sb ходе 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 раз превышает среднее значение S-компоненты радиоизлучения. В дифференцирующей цепи Г4 входной сигМал преобразуется тах, 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 амплитуде предвсплескового сигнала. Так как амплитуда и градиент амплитуды S-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 радиоизлу чения синхронно с перестройкой гетеродина 4. В момент возникновения всплеска радиоизлучения Солнца резко увеличивает ся скорость нарастания амплитуды прини маемого сигнала. В этом случае сигнал на выходе дифференцирующей цепи 14 бло ка е 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 н вход сумматора 15 Однако радиоспектрограф не возвраЬдается в предвсплес ковый режим, так как еще до прекращения поступления сигнала с блока 16 на вход сумматора 15, амплитуда вспл кового сигнала достигает уровня, пре вышающего уровень, заданный в блоке 13 сравнения источником 17. Поэтому блок 13 вырабатывает сигнал, поступающий на другой вход cyм лaтopa 15, за счет чего сумматор 15 продолжает формирование выходного сигнала блока 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 коМмута ра 8. По сигналу с выхода блока 6 ключ 11 отключает генератор 12 от мо дулятора 1. Всплесковой сигнал в радиоспектрографе не модулируется для исключения потерь информации, св занных с соизмеримостью длительности всплеска солнечного радиоизлученит и полупериода модуляции. Кроме того модуляция в режиме всплеска теряет функциональную необходимость, так как уровень всплескового сигнала мно го 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. С момента перехода радиоспектрографа в режим всплеска блока 5 синхронизации скачком увеличивает скорость перестройки гетеродина 4 до значений 3-30 ГГц/с. В смесителе 3 сигнал преобразуется так же, как при работе радиоспектрографа в предвсплесковом режиме, после чего сигнал fp усиливается и детекируется в усилителе 7 промежуточной частоты. С выхода усилителя 7 выдеоигнал поступает в коммутатор 8. Так как всплесковый сигнал не модулируется, то отп.адает необходимость в его низкочастотной обработке блоком 9. Поэтому коммутатор 8 с появлением сигнала на его управляющем входе отключает вход блока 9 и передает всплесковый видеосигнал с выхода усилителя 7 непосредственно на вход блока 10 регистрации. В блоке 10 производится .регистрация мгновенных значений интенсивности всплескового радиоизлучения в рабочем диапазоне частот синхронно с перестройкой гетеродина 4. По окончании всплеска, когда амплитуда принимаемого сигнала становится меньше уровня, заданного в блоке 13, поступление сигнала на сумматор 15 прекращается. Выходной сигнал блока 6 не формируется, если нет сигнала ни на одном из входов сумматора 15. С прекращением поступления сигнала с выхода блока 6 блок 5 скачком уменьшает скорость перестройки гетеродина 4, ключ 11 подключает к управляющему входу модулятора 1 опорное напряжение генератора 12 и коммутатор 8 подклЕочает выход усилителя 7 к сигнальному входу блока 9. При этом радиоспектрограф возвращается в режим измерения спектральной мощности 5-компоненты радиоизлучения Солнца. Таким образом, в разработанном радиоспектрографе при измерении тонкой структуры спектра S-компоненты радиоизлучения Солнца осуществляется индикация всплеска радиоизлучения и переключение во всплесковыйрежим по градиенту амплитуды принимаемого сигнала. Режим всплеска характеризуется резким увеличением скорости сканирования рабочего диапазона, что обеспечивает измерение тонкой структуры спектра всплесковой компоненты солнечного радиоизлучения. Это позволяет осуществлять последовательное и непрерывное наблюдение в одном устройстве предвсплескового и всплескового радиоизлучения Солнца, т.е. обеспечить положительный эффект - расширить диапазон исследуеь1ых процессов радиоспектрографа. Поскольку предвсплесковое состояние и всплеск - коррелированные процессы, то предвсплесковое состо Яниесодержит априорную информацию о всплеске.Последовательное и непрерывное наблюдение тонкой структуры спектра мощности этих процессов позволяет выделить из предвсплескового радиоизлучения информацию о рсплеске что обеспечивает возможность прогнозирования времени и параметров всплес -ков солнечной активности. Формула изобретения 1. Радиоспектрограф, содержащий последовательно соединенные модулятор вентиль, смеситель, связанный с гетеродином и усилитель промежуточной час тоты, а также блок демодуляции и филь рации, вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход - к блоку регистрации, отличающийся тем,что,с це.лью расширения диапазона .анализа,в не го дополнительно введены &лок индикации всплеска,.коммутатор, ключ и блок синхронизации, включенный между управ ляющим 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 фильтраций, другой выход подключен ко второму входу блока регистрации,, а вход соединен с .выходом .усилителя промежуточной частоты и со входом блока индикации всплеска, при

mэтом второй вход ключ.а подключен к выходу генератора опорного напряжения, а его выход соединен со входом модулятора, второй вход которого является входом устройства. 2. Радиоспектрограф по п.1, от личающийся тем, что блок индикации всплеска содержит два блока сравнения, дифференцируюш/ю цепь, источник опорного напряжения и сумматор, причем входы первого блока сравнения и дифференцирующей цепи объединены и являются входом блока, второй блок сравнения включен мвухду 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 экспертизе 1.Рыжков Н.Ф. Аппаратурные методы радиоспектроскопии межзвездной среды. Астрофизические исследованкя, т.6, 1974. 2. Ваулин Н.А,Радиоспектрограф для исследования .тонкой структуры спектра S-компоненты излучения Солнца в диапазсне 4-7 ГГц. Радиофизика,т.XXI, 2, 1978,