SU201528A1

SU201528A1 - METHOD OF ONE-CHANNEL SUPERGETERODINE ANALYSIS OF THE SPECTRUM OF RADIO SIGNALS IN REAL TIME

Info

Publication number: SU201528A1
Application number: SU1021476A
Authority: SU
Original assignee: С. И. Боровицкий В. И. Тверской

Description

Насто ндий сиособ отиоситс к сиособам одиоканального анализа сиектров радиосигналов в реальиом масштабе времени.Annotation is a method for analyzing the radio signal spectrum in a real time scale.

В известных сиособах анализа в реальном масштабе времени увеличение относительной разрешаюш,ей сиособности, особенно в области низких частот при абсолютной разрешающей способности иор дка единиц и долей герц, приводит к значительному усложнению анализирующих систем. В частности, ири создании многоканальных фильтровых анализаторов дл зтого требуетс наличие весьма сложных кварцевых или электромеханических фильтров с высокой идентичностью в сочетании с громоздким коммутирующим устройством, а при использовании рециркул торов (как дл предварительного сжати сигнала, так и при непосредственном получении спектра в системах со сдвигом частоты в кольце обратиой св зи) необходимы линии задержки с прецизиониыми характеристиками и задержкой пор дка нескольких миллисекунд. При этом коэффициент передачи кольца обратной св зи рециркул тора обычно не должен отличатьс от единицы более чем на . Использоваиие дл получени указанной разрешающей способности дисперсиоииых анализирующих устройств в реальном масштабе времени также затруднено, так как требует иолучеии в диснерсиоиных лини х весьма больших коэффициентов сжати (пор дка нескольких тыс ч) ири перепадах задержки в рабочей полосе линии пор дка единиц и дес тков секунд.In the known methods of real-time analysis, an increase in the relative resolution, its ability, especially in the low-frequency range, with absolute resolution and orthin units and fractions of hertz, leads to a considerable complication of the analyzing systems. In particular, to create multi-channel filter analyzers, this requires highly complex quartz or electromechanical filters with high identity in combination with a cumbersome switching device, and when using recirculators (both for pre-compression of the signal and for direct spectrum acquisition) reversed ring frequencies) delay lines with precision characteristics and a delay of the order of a few milliseconds are needed. In this case, the transfer coefficient of the recirculation feedback ring usually should not differ from the unit by more than. The use of real-time dispersion analyzing devices for obtaining the specified resolution is also difficult, since it requires very large compression ratios (on the order of a few thousand hours) and discharges in the working strip of the order of units and tens of seconds.

В предложенном способе устран етс необходимость использовани дл анализа спектров в реальном масштабе времени, как большего числа сложных фильтров с коммутатором дл многоканальных систем, так и сложных прецизионных линий задержки дл одноканальиых систем за счет того, что входной сложный сигнал преобразуетс в последовательность многочастотных радиоимпульсов с линейно измен ющейс со временем частотой заполнени , которые соответствуют последовательным выборкам входного сигнала, а затем дл сжати во времени этих радиоимпульсов используетс система спинового эхо.The proposed method eliminates the need to use for analyzing spectra in real time, both a larger number of complex filters with a switch for multichannel systems, and complex precision delay lines for single-channel systems due to the fact that the input complex signal is converted into a sequence of multi-frequency radio pulses time-varying fill rate, which correspond to successive samples of the input signal, and then to compress these radioimps with time sov system is used the spin-echo.

Известно, что, если на образец вещества, обладающего хорошо выраженным дерным магнитным или электронным парамагнитным резонансом, помещенного в посто нное неоднородное магнитное ноле, подать перпендикул рио посто нному полю магнитное поле радиоимпульса относительно большой длительности с частотой заполнени , линейным образом измен ющейс во времени в интервале Ларморовских частот образца (уН,(, + Н„ ), а затем через некоторое врем после начала этого импульса подать таким же образом на образец второй вспомогательный радиоимпульс , частота заполнени которого линейным образом измен етс со временем в том же интервале со скоростью, вдвое большей скорости изменени частоты нервоначального импульса, то после окончани второго импульса в радиочастотной катушке, внутри которой помещен образец, наведетс сжатый во времени спиновой эхо-отклик на первый имиульс длительностью 2 /Асо, где Дсо - интервал изменени частот импульсов. Здесь Y - парамагнитное отношение атомных дер или сиинов электронов (Яд, ЯО-ЬАЯ,)) к интервалу изменени посто нного магнитного пол .It is known that if a sample of a substance with a well-defined nuclear magnetic or electron paramagnetic resonance placed in a constant non-uniform magnetic field, send perpendicular to a constant field magnetic field of a radio pulse of relatively long duration with a filling frequency that varies linearly with time in the Larmor frequency range of the sample (yn, (, + Hn)), and then some time after the onset of this pulse, in the same way, apply a second auxiliary radio pulse to the sample, the filling frequency of which varies linearly with time in the same interval with a speed twice as high as the rate of change of the frequency of the nervous pulse, then after the end of the second pulse in the radio frequency coil, inside which the sample is placed, a time-compressed spin echo response will be sent to the first pulse of duration 2 / Aso, where Dso is the frequency interval of the pulses. Here, Y is the paramagnetic ratio of the atomic nuclei or sinons of the electrons (Poison, HB-LJ,) to the interval of the change in the constant magnetic field.

При слабых сигналах система снинового эхо будет линейной и, если первоначальный сигнал состоит из р да перекрь1ваюш,ихс во времени радиоимпульсов с одинаковым образом линейно измен ющ,ейс во времени частотой заполнени , то после прилолсени вспомогательного сигнала, переворачивающего фазу процессии векторов намагничивани отдельных точек образца, в катушке наведутс раздельные во времени сжатые эхо-отклики, амплитуды которых будут пропорциональны амплитудам соответствующих сигнальных импульсов .With weak signals, the snare echo system will be linear and, if the original signal consists of a series of overlap, their radio pulses in time with the same linear change, its filling frequency with time, then after applying an auxiliary signal that turns the phase of the procession of magnetization vectors of individual sample points , in the coil, separate time-compressed echo-responses are induced, the amplitudes of which will be proportional to the amplitudes of the corresponding signal pulses.

Исследуемый сигнал нредставл ет собой обычно суперпозицию р да синусоидальных напр жений. После его преобразовани в течение одной выборки к образцу будет приложен р д перекрывающихс во времени радиоимпульсов с частотами заполнени , линейным образом измен ющнмис со временем с одинаковой скоростью, но от различных начальных частот. Дл получени сниновых эхо-откликов существенны лишь те частоты этих радиоимпульсов , которые имеют общие интервалы изменени частот заполнени , совпадающие с интервалом изменени частоты вспомогательного радиоимпульса и с полосой Ларморовских частот образца. Длительности остальных участков радиоимпульсов должны быть много меньше длительности т указанных выше частей импульсов. Рассто ни между эхо-откликами во времени равны интервалам между такими моментами времени в исходных сигналах, которые соответствуют одинаковым частотам заполнени радиоимпульсов. Эти интервалы, в свою очередь, пропорциональны начальным частотам радиоимпульсов; наложени эхо-откликов на временной оси будут соответствовать положени м составл ющего спектра сигнала на частотной оси. Поскольку далее длительность эхо-откликов равна А/ 2 /Асй 2n/st, где S - скорость изменени частоты, а рассто ние между центрами откликов на временной оси равно Асо /s, где Аш - Р ссто ние по частоте между соответствующими составл ющими спектра, то разрешающа способность дл сигналов одинакового уровн онределитс величиной Ай) З /т. Анализ в реальном масштабе времени будет осуществлен , если воспроизвод тс спектры последовательных выборок входного сигнала. При этом дл исключени сколько-нибудь значительной The signal under investigation usually represents a superposition of a series of sinusoidal stresses. After it has been transformed over a single sample, a series of time-overloaded radio pulses with filling frequencies linearly varying with time at the same rate but from different initial frequencies will be applied to the sample. In order to obtain snare echo responses, only those frequencies of these radio pulses are significant, which have common intervals of change of filling frequencies that coincide with the interval of changes of the frequency of the auxiliary radio pulse and with the Larmor frequency band of the sample. The duration of the remaining sections of the radio pulses must be much less than the duration m of the above-mentioned parts of the pulses. The distances between the echo responses in time are equal to the intervals between such points in time in the original signals, which correspond to the same filling frequencies of the radio pulses. These intervals, in turn, are proportional to the initial frequencies of the radio pulses; the overlap of the echo responses on the time axis will correspond to the positions of the component spectrum of the signal on the frequency axis. Since, further, the length of the echo responses is A / 2 / Asy 2n / st, where S is the rate of change of frequency, and the distance between the centers of the responses on the time axis is Aso / s, where Ach is the P frequency distance between the corresponding components of the spectrum the resolution for signals of the same level is determined by the value of i) 3 / t. Real time analysis will be performed if the spectra of consecutive samples of the input signal are reproduced. At the same time, to avoid any significant

потери информации интервал времени между, соответственно, концом и началом соседних выборок, который слагаетс из полного времени генерировани откликов и нерабочих частей сигнальных радиоимпульсов, должен быть много меньше длительности выборки. Дл выполнени этого требовани девиаци частоты основных сигнальных и всномогательного радиоимпульсов , а также интервал Ларморовских частот образца выбираютс значительно большими , чем ширина спектра исследуемого сигнала .loss of information, the time interval between, respectively, the end and the beginning of neighboring samples, which is composed of the total response generation time and the non-working parts of the signal radio pulses, should be much less than the sample duration. To meet this requirement, the frequency deviations of the main signal and supportive radio pulses, as well as the Larmor frequency range of the sample, are chosen to be much larger than the width of the spectrum of the signal under study.

Спектры выборок сигнала воспроизвод тс без существенных искал ений, если врем релаксации в образце значительно больше т. Поэтому дл того, чтобы к началу цикла анализа каждой последующей выборки векторы намагничивани в рабочем объеме образца успели вернутьс к состо нию равновеси , после каждого цикла пронзводитс замена рабочего вещества, которое цнркулирует цо замкнутому контуру и в котором за врем полного оборота по контуру релаксационные процессы успевают затухнуть. Дл жидких веществ может быть, например, использован синхронизуемый с частотой циклов анализа пульсирующий насос.The spectra of the signal samples are reproduced without significant distortions, if the relaxation time in the sample is much longer than m. Therefore, in order to start the analysis cycle of each subsequent sample, the magnetization vectors in the working volume of the sample return to equilibrium, after each cycle the working a substance that circulates the zo in a closed loop and in which, during a full revolution around the circuit, relaxation processes have time to die out. For liquid substances, for example, a pulsating pump synchronized with the frequency of analysis cycles can be used.

Оценим приближенно разрешающую способность дл таких веществ, как вода или глицерин со временем релаксации протонов пор дка дес тков секунд: т можно выбрать пор дка едипиц или дес тков секунд и получить абсолютную разрешающую способность пор дка едипиц и долей герц. При Яо 400э иАЯо 20 э интервал Ларморовских частот составл ет 80 кгц при средней частоте 1,7 мгц. Если нерабочее врем анализа составл ет Vao длительности выборки, то полоса анализируемых частот будет не менее 2000 гц.Let us estimate approximately the resolution for substances such as water or glycerin with a relaxation time of protons of the order of tens of seconds: you can choose the order of fingernails or tens of seconds and obtain the absolute resolution of fingernails and fractions of hertz. With a Yao 400e ELMF of 20 e, the Larmor frequency interval is 80 kHz with a mean frequency of 1.7 MHz. If the analysis downtime is Vao sample length, then the frequency band to be analyzed will be at least 2000 Hz.

Блок-схема реализации предложенного способа приведена на чертел е.The block diagram of the implementation of the proposed method is shown in drawing.

Исследуемый сигнал через усилитель / постунает на смеситель 2, куда от гетеродина 3 подаетс последовательность радиоимнульсов с линейноизмен ющейс во времени частотой заполнени и скважностью, близкой к единице . Сигнал промежуточной частоты после предварительного усилени в усилителе 4 поступает на радиочастотную катушку 5, внутри которой находитс рабочий объем образца. Частоты повторени гетеродинных имнульсов задаютс стабильным генератором 6. Одновременно с началом гетеродинного импульса синхронизирующие сигналы от модул тора гетеродина 7 через каскады электронных задержек 5 и Р поступают на модул тор вспомогательного сигнала 10 и пульсирующий насос 11, обеспечива требуемый момент начала вспомогательного сигнала и запуск пульсирующего насоса 11 после воспроизведени спектра очередной выборки сигнала. С выхода генератора 12 вспомогательный сигнал подаетс на радиочастотную катушку, а наведенные после его окончани эхо-отклики через усилитель подаютс дл воспроизведени на осциллографическую трубку 14. Развертка на трубку поступает от генератора 15, запускаемого после окончани вспомогательного сигнала. Одновременно с этим стробируюндие импульсы с выхода генератора 16 открывают на врем развертки усилитель 13.The signal under study is through an amplifier / post to mixer 2, where a radio pulse sequence with a linearly time-varying filling frequency and a duty cycle close to one is sent from the local oscillator 3. The intermediate frequency signal, after preamplification in amplifier 4, is fed to an RF coil 5, inside which is the working volume of the sample. The repetition frequencies of the heterodyne pulses are set by the stable generator 6. Simultaneously with the beginning of the heterodyne pulse, the synchronizing signals from the modulator of the heterodyne 7 through the cascades of electronic delays 5 and P are sent to the modulator of the auxiliary signal 10 and the pulsating pump 11, providing the required moment of the start of the auxiliary signal and the start of the pulsating pump 11 after reproducing the spectrum of the next signal sample. From the output of the generator 12, the auxiliary signal is fed to the radio frequency coil, and the echo responses induced after its termination are fed through an amplifier to the oscillograph tube 14 to be played. The sweep to the tube comes from the generator 15 triggered after the end of the auxiliary signal. At the same time strobe pulses from the output of the generator 16 open for the sweep time of the amplifier 13.

Дл создани неоднородного магнитного пол иснользуетс посто нный магнит 17 с переменным зазором между полюсами.A permanent magnet 17 with a variable gap between the poles is used to create a non-uniform magnetic field.

Предмет изобретени Subject invention

Claims

1. A method of single-channel superheterodyne analysis of radio signal spectra in real time, using the conversion of the input signal into a sequence of multi-frequency radio pulses with a linearly varying in time frequency and a duty cycle close to one, characterized in that, in order to increase the resolution and simplify the analysis, the magnetic field of these radio pulses affect the sample of the substance.

having a well-pronounced nuclear magnetic or electron paramagnetic resonance and placed in a non-uniform constant magnetic field perpendicular to the specified radio frequency field, which is then delayed relative to the original radio pulse pulses to form spin echo responses defining the spectra of the signal samples

a filling frequency that varies linearly with time at a rate twice as fast as the rate of change of the frequency of the initial radio pulses, and moving during each analysis cycle

working substance in a closed loop.

2. The method according to claim 1, characterized in that the working substances in the range of sonic and infrasonic frequencies use nuclear paramagnetics, for example, water, glycerin,

liquid helium 5, and in the range of radio frequencies and microwave used electron paramagnetic, for example, silicon with the addition of phosphorus.