Радиоспектрограф

 

Социалистических

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<и>815671

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 280429 (21) 2772894/18-21 с присовдинеиием заявки Йо(51)М. К.

G 01 и 23/16

Госуддрствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230331. Бюллетень N9 11 (53) УДК 62,1. 317. ,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 (71) Заявитель (5 4) РАДИОСПЕКТРОГРЛФ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, а именно к устройствам, предназначенным для радиоастрономических спектральных измерений, в частности для последовательного и неп-з рерывного измерения тонкой структуры частотных спектров мощности предвсплескового и всплескового радиоизлучения Солнца.

Известны радиоспектрографы парал- 10 лельного и последовательного анализа, выполненные 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 w, где i - число 2О каналов анализа. На выходе каждого канала регистрируется сигнал, пропорциональный мощности электрических колебаний, прошедших через фильтр.

Такое устройство позволяет одновременно наблюдать несколько составляющих спектра мощности радиоизлучения ,Солнца (33 .

Однако исследования тонкой струк-. туры спектра в широкой полосе частот 30

\ устройства 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, смеситель с перестраиваемым гетеродином, блок промежуточной частоты, блок.низ" кой частоты и блок регистрации (2g ., 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, связанный гетеродином и усилитель промежуточной частоты, а также блок демодулйдии и фильтрации, вход которого подключен к выходу генератора опорного нап815671 ряжения, а выход — к блоку регистрации, дополнительне введены блок индикации всплеска, коммутатор, ключ и блок синхронизации, включенный между

-управляющим входом гетеродина и выходом блока индикации всплеска, который одновременно подключен ко входам ключа индикатора и коммутатора, один вход которого соединен со вторым входом 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 индикации всплеска, при этом второй .вход ключа подключен к выходу генератора споротого напряжения, а егО выход сое- 15 динен со входом модулятора, второй вход которого является входом устройства.

Кроме того, блок индикации всплеска содержит два блока сравнения, диффе- Щ ренцирующую цепь, источник опорного напряжения и сумматор, причем входы первого блока сравнения и дифференцирующей цепи объединены и являются входом блока, второй блок сравнения вклю- чен 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..

На чертеже изображена блок-схема радиоспектрографа.

Радиоспектрограф содержит модулятор 1, выход которого через вентйль

2 соединен с сигнальным входом смесителя 3. К гетеродинному входу смесителя 3 подключен гетеродин 4, перестраиваемый в диапазоне 8-12 ГГц. Блок

5 синхронизации при отсутствии сиг- 40 нала с блока 6 индикации всплеска изменяет скорость перестройки гетеродина 4 в пределах 5-300 МГц/с, в присутствии сигнала с блока 6 в пределах 3-30 ГГц/с. Выход смесите- 4 ля 3 соединен с входом усилителя 7 промежуточной частоты. Выход усилителя 7 подключен к сигнальному входу коммутатора 8 и к входу C. îêà 6. Первый выход коммутатора 8 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 подклю-$Q чен к опорному входу блока 9 и через ключ 11 к опорному входу модулятора 1.

Елок 6 содержит блок 13 сравнения и дифференцирующую цепь 14, сое-, 65 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 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 диапаэона. При перестройке гетеродина 4 каждой спектральной составляющей сигнала f соответствует такая частота гетеродина f что значение промежуточной частоты fe =fc-fr 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 -игнал сравнивается по уровню с заданным сигналом источника 17 опорного напряжения, амплитуда которого в 5-10 раз 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 от сутствует. При этом видеосигнал через коммутатор 8 поступает в блок 9 демодуляции и фильтрации. Блок 9 осуществляет фильтрацию периодичег—

815671 кой составляющей сигнала, усиление, 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 гетеродина 4.

В моме нт воз ни к нове ни я в сплеск а 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. устроиства. 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 режим всплеска блока 5 синхронизации скачко л увеличивает скорость перестройки гетеродина 4 до значений 3-30 ГГц/с.

В смесителе 3 сигнал преобразуется так же, как при работе радиоспектрог5 .рафа в предвсплесковом режиме, после чего сигнал f усиливается и детектируется.в усйлителе 7 промежуточной частоты. С выхода усилителя 7 видеосигнал поступает в коммутатор 8. Так

1О как всплесковый сигнал не модулируется, то отпадает необходимость в его низкочастотной обработке блоком 9.

Поэтому коммутатор 8 с появлением сигнала на его управляющем входе

15 отключает вход блока 9 и передает всплесковый видеосигнал с выхода усилителя 7 непосредственно на вход блока 10 регистрации. В блоке 10 производится регистрация мгновенных зна2й чений интенсивности всплескового радиоизлучения в рабочем диапазоне частот синхронно с перестройкой гетеро. дина 4.

По окончании всплеска, когда амплитуда принимаемого сигнала стано25 вится мен „е 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 суммаЗО тора 15. С прекращением поступления сигнала с выхода блока 6 блок 5 скачком уменьшает скорость перестройки гетеродина а, ключ 11 подключает к управляющему входу модулятора 1 опор35 ное напряжение генератора 12 и коммутатор 8 подключает выход усилите:ля 7 к сигнальному входу блока 9. При этом радиоспектрограф возвращается в режим измерения спектральной мощнос40 ти S-компоненты радиоизлучения Солнца.

Таким образом, в разработанном радиоспектрографе при измерении тонкой структуры спектра S-компоненты радиоизлучения Солнца осуществляется индикация всплеска радиоизлучения и о- переключение во всплесковый режим 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 пред55 всплескового и всплескового радиоизлучения Солнца, т.е. обеспечить положительный эффект — расширить диапазон исследуемых процессов радиоспектрографа. Поскольку предвсплесковое состояние и всплеск - коррелированные процессы, то предвсплесковое состояние содержит априорную информацию о всплеске. Последовательное и непрерывное наблюдение тонкой структуры спектра мощности этих процессов поз65

81Ы71

Формула изобретения

l

1

I

1

ВНИИПИ Заказ 1030/7б Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектн= я,4 воляет выделить из предвсплескового радиоизлучения информацию о всплеске, что обеспечивает возможность прогнозирования времени и параметров всплес-ков солнечной активности.

1. Радиоспектрограф, содержащий последовательно соединенные модулятор, вентиль, смеситель, связанный с гетеродином и усилитель промежуточной частоты, а также блок демодуляции и фильтрации, вход которого подключен к вы ходу генератора опорного напряже- 15 ния, а выход — к блоку регистрации, отличающийся тем,что,с це,лью расширения диапазона анализа,в него дополнительно:введены блок индикации всплеска, коммутатор, ключ и блок Щ синхронизации, включенный между управляющим входом гетеродина и выходом блока индикации всплеска, который одновременно подключен ко входам ключа и коммутатора, один выход которого 25 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 на, 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 шийся 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 экспертизе

1.Рыжков Н.Ф. Аппаратурные методы радиоспектроскопии межзвездной среды.

"Астрофиэические исследования", т.б, 1974.

2. Ваулин H.i .Радиоспектрограф для исследования .тонкой структуры спектра

S-компоненты .=злучения Солнца в диапазоне 4-7 Г1ц. "Радиофизика",т.ХХ1, Р 2, 1978.