Спиновый эхо-процессор

 

Изобретение относится к области радиоспектроскопии и может быть использовано в системах обработки импульсных сигналов. Техническим результатом является параллельная обработка сигналов. Эхо-процессор содержит входной ключ, сумматор, генераторы управляющих сигналов, усилители сигналов возбуждения, блок управления, резонансные системы с рабочим веществом, блок подавления мешающих откликов, усилитель эхо-сигналов и выходной ключ. 2 ил.

Изобретение относится к области радиоспектроскопии, квантовой радиофизики, а также к системам обработки импульсных радиосигналов, основанных на взаимодействии вещества с радиочастотным полем.

Известен спиновый эхо-процессор, содержащий входной ключ, сумматор, генератор управляющих сигналов, усилитель сигналов возбуждения, блок управления, резонансную систему с рабочим веществом, усилитель эхо-сигналов, выходной ключ [1 - Л.В.Касаткин, А.М.Протодьяконов, Л.А.Рассветалов и др. Спиновый эхо-процессор в системах связи //Техника средств связи. Серия "Техника радиосвязи", 1977, вып. 3, c. 110-119].

Данный эхо-процессор не позволяет проводить оптимальную обработку импульсных радиосигналов из-за мешающих откликов.

Известен также спиновый эхо-процессор, содержащий входной ключ, сумматор, генератор управляющих сигналов, усилитель сигналов возбуждения, блок управления, резонансную систему с рабочим веществом, блок подавления мешающих откликов, усилитель эхо-сигналов, выходной ключ, причем к выходу входного ключа последовательно подключены: сумматор, усилитель сигналов возбуждения, резонансная система с рабочим веществом, усилитель эхо-сигналов и выходной ключ, ко второму входу входного ключа подключен первый выход блока управления, а второй вход сумматора соединен с выходом генератора управляющих сигналов, вход которого подключен ко второму выходу блока управления, третий выход которого соединен со вторым входом усилителя сигналов возбуждения, а четвертый выход - со вторым входом входного ключа и пятый выход - со входом блока подавления мешающих откликов, выход которого подключен к резонансной системе с рабочим веществом [2 - В.Б.Устинов. Квантовые устройства обработки сигналов // Препринт ЛЭТИ, 1984, 59 с. Он взят нами за прототип].

Данный спиновый эхо-процессор не позволяет проводить параллельную обработку импульсных радиосигналов.

Задачей данного изобретения является разработка спинового эхо-процессора, позволяющего проводить как последовательную, так и параллельную обработку импульсных радиосигналов.

Эта задача решается с помощью существенных признаков, указанных в формуле изобретения, общих с прототипом: спиновый эхо-процессор, содержащий входной ключ, сумматор, генератор управляющих сигналов, усилитель сигналов возбуждения, блок управления, резонансную систему с рабочим веществом, блок подавления мешающих откликов, усилитель эхо-сигналов, выходной ключ, причем к выходу входного ключа последовательно подключены: сумматор, усилитель сигналов возбуждения, резонансная система с рабочим веществом, усилитель эхо-сигналов и выходной ключ, ко второму входу входного ключа подключен первый выход блока управления, а второй вход сумматора соединен с выходом генератора управляющих сигналов, вход которого подключен ко второму выходу блока управления, третий выход которого соединен со вторым входом усилителя сигналов возбуждения, а четвертый выход - со вторым входом входного ключа и пятый выход - со входом блока подавления мешающих откликов, выход которого подключен к резонансной системе с рабочим веществом - и отличительных от наиболее близкого аналога существенных признаков: в него дополнительно введены: второй генератор управляющих сигналов, второй усилитель сигналов возбуждения и вторая резонансная система, причем пятый выход блока управления подключен к входу второго генератора управляющих сигналов, выход которого соединен с первым входом второго усилителя сигналов возбуждения, второй вход которого подключен с седьмым выходом блока управления, вход которого синхронизируется внешними сигналами, выход второго усилителя сигналов возбуждения соединен со второй резонансной системой, поле которой перпендикулярно полю первой резонансной системы, внутри которых находится рабочее вещество, содержащее квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой.

Ниже раскрывается наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым результатом.

Во-первых, предложен спиновый эхо-процессор, позволяющий проводить (дополнительно основной последовательной) параллельную обработку импульсных радиосигналов.

Во-вторых, предложенное устройство позволяет проводить комбинированную (параллельно-последовательную и последовательно-параллельную) обработку импульсных радиосигналов.

Различные виды операций и соответствующие режимы обработки в предлагаемом эхо-процессоре реализуются за счет изменения временной расстановки, структуры и числа входных сигналов обеих частот. Дополнительная весовая обработка сигналов обеспечивается соответствующим выбором управляющих сигналов как основной, так и дополнительной частоты.

Анализ отличительных признаков предлагаемого изобретения показал, что такой спиновый эхо-процессор не обнаружен. Он обладает новизной и высоким изобретательским уровнем.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого спинового эхо-процессора. Он содержит: 1 - входной ключ, 2 - сумматор, 3 - первый генератор управляющих сигналов, 4 - первый усилитель сигналов возбуждения, 5 - блок управления, 6 - первая и вторая резонансные системы с рабочим образцом, содержащим квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой, 7 - блок подавления мешающих откликов, 8 - усилитель эхо-сигналов, 9 - выходной ключ,
10 - второй генератор управляющих сигналов,
11 - второй усилитель сигналов возбуждения.

На первый вход входного ключа 1 подается обрабатываемый сигнал, а на второй вход - сигнал управления с первого выхода блока 5 управления. Выход входного ключа 1 соединен с первым входом сумматора 2, второй вход которого подключен к выходу первого генератора 3 управляющих сигналов, на вход которого подается сигнал управления со второго выхода блока 5 управления. Выход сумматора 2 соединен с первым входом первого усилителя 4 сигналов возбуждения, второй вход которого подключен к третьему выходу блока 5 управления. С выхода первого усилителя 4 сигналов возбуждения напряжение подается на первую резонансную систему 6₁. Четвертый выход блока 5 управления подключен с входом блока 7 подавления мешающих откликов, выход которого индуктивно соединен с первой и второй резонансными системами (6₁ и 6₂). Шестой выход блока управления соединен с входом второго генератора 10 управляющих сигналов, выход которого подключен с входом второго усилителя 11 сигналов возбуждения. Напряжение с выхода второго усилителя 11 сигналов возбуждения подается на вторую резонансную систему ₂. Усилитель 8 эхо-сигналов индуктивно соединен со второй резонансной системой 6₂. Выход усилителя 8 эхо-сигналов соединен с первым входом выходного ключа 9, на второй вход которого подается сигнал управления с седьмого выхода блока 5 управления, работа которого синхронизируется внешними сигналами.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входной ключ 1 ограничивает длительность поступающих на вход спинового эхо-процессора обрабатываемых сигналов (длительность обрабатываемых сигналов должна быть меньше времени поперечной релаксации). Первый генератор 3 управляющих сигналов формирует требуемую для заданного режима обработки последовательность управляющих сигналов на основной частоте ω₁. Сумматор 2 обеспечивает необходимую последовательность из обрабатываемого сигнала и управляющих сигналов на основной частоте ω₁. Первый усилитель 4 сигналов возбуждения обеспечивает необходимый уровень сигнала возбуждения на основной частоте ω₁. Подавление мешающих сигналов блоком 7 подавления мешающих откликов, представляющий собой генератор импульсов тока и катушку стирания, совмещенную с рабочим веществом.

Второй генератор 10 управляющих сигналов формирует управляющие сигналы на дополнительной частоте ω₂, которые усиливаются до необходимого уровня во втором усилителе 11 сигналов возбуждения, которые усиливаются до необходимого уровня во втором усилителе 11 сигналов возбуждения.

Напряжения на основной ω₁ и дополнительной ω₂ частотах поступают на первую и вторую резонансные системы 6 с рабочим веществом. Индуцированный сигнал на дополнительной ω₂ частоте усиливается в усилителе 8 эхо-сигналов. Выходной ключ 9 устраняет прямое прохождение сигналов возбуждения на дополнительной частоте ω₂.
Управление работой ключей, формирование сигналов запуска обеспечивается программно-временным устройством - блоком 5 управления, работа которого синхронизируется внешними сигналами.

На фиг. 2 показана одна из многих импульсно-временных последовательностей, которая используется в предлагаемом спиновом эхо-процессоре при обработке импульсных радиосигналов.

Двухчастотное возбуждение спин-системы (фиг.2) осуществляется тремя импульсами: опорным и излучения, частота заполнения которых равна ω₁, и считывающим импульсом, частота заполнения которого равна ω₂, т.е. частоте заполнения другого перехода, имеющего общий энергетический уровень с первым.

При этом сигнал формируется со спектром, описываемым выражением
S_Э(ω) = _~S_инф{ω(ω₁/ω₂)}
и наблюдается в момент времени
t = 1+ω₁/ω₂)τ₁+τ₂,
где τ₁ и τ₂ временные интервалы между импульсами, которые устанавливаются меньше времен поперечной и продольной релаксации. Длительность эхо-отклика изменяется по сравнению с длительностью обрабатываемого (информационного) импульса в ω₁/ω₂ раз, а его спектр сохраняет все заданные характеристики.

Различные виды операций и соответствующие режимы обработки в эхо-процессоре реализуются за счет изменения временной расстановки, структуры и числа входных сигналов. Дополнительная весовая обработка сигналов обеспечивается соответствующим выбором спектров управляющих сигналов на обеих частотах. Использование комбинированных вариантов обработки существенно расширяет возможности формирования сложных сигналов в предлагаемом эхо-процессоре, а также область их применения в различных радиосистемах.

Изобретение позволяет осуществлять комбинированную обработку с использованием временного и спектрального преобразования, а также расширить область применения эхо-процессоров в различных радиосистемах.

Формула изобретения

Спиновый эхо-процессор, содержащий входной ключ, сумматор, генератор управляющих сигналов, усилитель сигналов возбуждения, блок управления, резонансную систему с рабочим веществом, блок подавления мешающих откликов, усилитель эхо-сигналов, выходной ключ, причем к выходу входного ключа последовательно подключены сумматор, усилитель сигналов возбуждения, резонансная система с рабочим веществом, усилитель эхо-сигналов и выходной ключ, ко второму входу входного ключа подключен первый выход блока управления, а второй вход сумматора соединен с выходом генератора управляющих сигналов, вход которого подключен ко второму выходу блока управления, третий выход которого соединен со вторым входом усилителя сигналов возбуждения, на второй вход выходного ключа подается сигнал управления с блока управления, пятый выход которого соединен со входом блока подавления мешающих откликов, выход которого подключен к резонансной системе с рабочим веществом, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй генератор управляющих сигналов, второй усилитель сигналов возбуждения и вторая резонансная система, причем шестой выход блока управления подключен к входу второго генератора управляющих сигналов, выход которого соединен с первым входом второго усилителя сигналов возбуждения, второй вход которого подключен с седьмому выходу блока управления, вход которого синхронизируется внешними сигналами, выход второго усилителя сигналов возбуждения соединен со второй резонансной системой, поле которой перпендикулярно полю первой резонансной системы, внутри которых находится рабочее вещество, содержащее квадрупольные ядра с трехуровневой спин-системой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2