Устройство для исследования нестационарных процессов в межпланетной плазме

 

Союг Соввтских

Социалистиивсиих

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 657377 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву

Ъ (22) Заявлено19.05.77 (21) 2486819/18-09 (51) М. Кл

2 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Я 01 S 1/60

Гесударстеенный камнтет

СССР аа делам иэааретеннй и аткрытий

Опубликовано 15. 04.793юллетень № 14

Дата опубликования описания18.04.79 (53} УДК 621.396. .96 (088. 8) В. П. Власов, Н. Е. Иванов, В. Д. Новиков, И. П. Стаханов, и Г. М. Федоренко (72) Авторы изобретения

1 ,") фч;: (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ

ПРОЦЕССОВ В МЕЖПЛАНЕТНОЙ ПЛАЗМЕ

Изобретение относится к области ради6физики и может использоваться при изучении динамики магнитосферы, космичес-кой плазмы, солнечного ветра, ионосферы

Земли и других планет, Известно устройство для исследования нестационарных процессов в межпланетной плазме, содержашее на запросной станции последовательно соединенные генератор и передатчик частоты f, последовательно соединенные .приемник частоты х,1, ум» !

О ножигель частоты с коэффициентом умножения хха, смеситель частоты и регистратор, и последовательно соединенные приемник частоты хх- f, умножитель частоты с коэффициентом умножения х,, вы15 ход которого соединен с вторым входом смесителя частоты, на ответной станции последовательно соединенные приемник частоты f,,преобразователь частоты умножитель частоты с коэффициентом умножения х и передатчик частоты х f последовательно. соединенные умножитель частоты с коэффициентом умножения Х и передатчик Частоты xxz f, а также последовательно соединенные эадаюший генератор, удвоитель частоты, выход которого соединен с вторым входом преобразователя частоты т Pl).

Однако известное устройство имее низкую точность измерений и ограниченный диапазон рабочих частот.

Бель изобретения - повышение точности измерений и расширение диапазона рабочих частот.

Для этого в устройство для исследования нестапионарных процессов в межпланетной плазме, содержашее на запросной станции последовательно соединенные генератор и передатчик частоты, f, последовательно соединенные приемник частоты х 4, умножитель частоты с коаффициен1 том умножения хх2, смеситель частоты и регистратор, и последовательно соединенные приемник частоты ххах, умно.житель частоты с коэффициентом умножения к, выход которого соединен с вто» рым входом смесителя частоты, на от657 377 веткой станции последовательно соединенные приемник частоты 9, преобразователь частоты 1, умножитель частоты с коэффициентом умножения Х и передатчик частоты х 1, последовательно 5 соединенные умножитель частоты с коэффициентом умножения х и передатчик частоты х x>$ а также последовательно соединенные эадаюший генератор, удвоитель частоты, выход которого соеди- )О нен с вторым входом преобразователя частоты f,,введены на запросной станции последовательно соединенные умножитель частоты с коэффициентом умножения х и передатчик частоты х f д при этом вход умножителя подключен к выходу генератора, на ответной станции введены приемник частоты x f выход которого подключен к первому входу введенного преобразователя частоты xf, 0 выход которого подключен к входу умножителя частоты с коэффициентом умножения х а также умножитель частоты с

2. коэффициентом умножения 2х, вход которого подключен к выходу задаюшего Ж генератора, а выход подключен к второму входу преобразователя чачтоты х f

На чертеже изображена структурная схема предложенного устройства.

Устройство .содержит на запросной 30 станции генератор 1 частоты f, передатчик 2 частоты 5, умножитель 3 частоты с коэффициентом умножения х „передатчик 4 частоты x f последовательно соединенные приемник 5 частоты х>f умно- 33 житель 6 частоты с коэффициентом умножения хх, смеситель 7 частоты, регистратор 8, последовательно соединенные приемник 9 частотыхх {, умножитель 10 частоты с коэффициентом умножения х, 40 на ответной станции последовательно соединенные приемник 11 частоты f, преобразователь 12 частоты f.,умножитель .13 частоты с коэффициентом умножения х, передатчик 14 частоты x f после- 45 довательно соединенные приемник 15 частоты xf, преобразователь 16 частоты

xf умножитель 17 частоты с коэффи- циентом умножении х>, передатчик 18„ частоты хч f а также задаюший генера- 50 тор 19, удвоитель частоты 20, умножитель 21 частоты с коэф)ипиептом умножения 2х

Устройство работает следуюшим обраЗОМа Я

На запросной станции передатчики 2, 4 излучают два когерентных запросных сигнала с частотами f = f и 1 = Х1

? сформированные из сигнала генератора 1. Эти сигналы принимаются приемниками.

11, 15 ответной станции с частотами

y ==y+4f и = xf+ gjXf) где Ь| и ЬЯ)2 смешения частот принятых сигналов,,ч обусловленные эффектом йопплера (+- fs

« -к1 ) и влиянием среды (, ) т ee (А

n{: -= — + — + ...

И)

4yf)=-+ — ñõf + т1..., (2)

Y, где V - проекция вектора скорости ответной станции на направление распространения радиосигнала

2 и

2 Я.е — 6", (з)

Здесь Q - плОтность плазм, Й Р - эле мент длины вдоль пути распространения сигнала, )т),Я - масса и заряд электрона.

Усиленные сигналы с выходов приемников 11, 15 поступают на входы преобразователей 12, 16, На другие входы этих преобразователей поступают сигналы гетеродина, сформированные из сигнала задаюшего генератора, 19 ответной станции и умноженные по частоте в умножителях 20 и 21 на коэффициенты 2 и 2 х соответственно:

-"21 46f, f„=2,xf 4Еxf, (4) г ) где 8.-Af,/{ - относительная нестабильЗГ M ность частоты эадак)шего генератора ответной станции.

С выходов преобразователей 12, 16, в которых знак допплеровского смешения частоты изменяется на обратный, сигналы раэностных частот

1 -{ . -а| Й f -1 -xf-à(x7)+Exxon. ("2 поступают на умножители 13, 17 и после умножения на коэффициенты х и х поступают на передатчики 14, 18 и излучаются в сторону запросной станции с, частотами .f x f-x ь|+Е x f

t" "XX2f- (xf)+ e X, x 2 (5)

Приемники 5, 9 на запросной станции принимают эти сигналы с частотами (e) где

° и "-f +—

Ч «Я

4 С 1 7 . V > Ь

2 С 2 T" (7)

2 -изменения частот ответных сигналов при распространении их к запросной станции;

A - значение A иэ (3) при распространении ответного сигнала, которое отличается or А, если плотность плазмы )q на пути распространения сигнала изменяется со временем. В правых частях 5 (7) можно не учитывать малых смешений

tl Ц частОты и полОжить f = х f > f = хх2)

При этом

А

; =@" ) — с" 1я ®(2 ) « я > xf > l.

При нестабильности частоты задающего генератора 3 = 10 и частоте f = 10 gq члены Ц {0 fq. Такой же порядок имеют члены (коэффициенты»,,х,, к

i

i ,порядка 1). Следовательно, поправки к выражению (8) при учете этих смешений

-7 гv -й частоты не превышают 10 Pp - 10 ), что лежит далеко за пределами точности современной регистрируюшей аппаратуры.

Поправка к второму слагаемому в правой части (8) оказывается еше ка несколько

-tO порядков. меньше (10 Гц).

Наиболее значительными оказываются поправки к допплеровскому смешению частоты ответного сигнала, возникаюшие вследствие эффекта Йопплера в запросном сигнале. Однако нетрудно видеть> что, эти поправки порядка f и, следова39 с2 тельно, требуют учета рэлятивкстскихэффектов. Известно, что учет этих эффектов дает для спутников, удаленных на расстояние порядка нескольких радиусов Земли, постоянное (за время порядка нескольких

3$

-2 часоь) смешение частоты 10 Гц. Такое смешение не влияет на точность измерения характеристик нестационарных процессов в межпланетной среде, которое происходит за значительно более короткие про- Щ межутки времени. Так, например, межпланетная. ударная волна, проходяшая че- рез трассу Земля - спутник, регистрируется рассматриваемым методом за время, 45 менее одной минуты.

Используя выражения для и из (5), сь| ил(кЕ)из (1), (2) A/ из (8), запишем частоты принятых or ветных сигналов (6) в виде

> -«>.я«,1>-j — „-«,)>, (Q)

59

»!у

f =x»(++6» xf+ — (— - )t i (40) где АА = A-A °

55 ,Попплеровскйе смешения частоты первого порядка автоматически исключаются иэ (9) и (10), поскольку они входят с разными знаками в;. ражения (5) и (8).

Это обеспечивается преобразователями сигналов 12, 16.

Таким образом, для измерения частотных cocréÂp«ëèïfiõ> пропорциОкапькых ьЛ, из результкругшего смешения часrîòû принятых ответных сигналов необходимо исклю ьчть .оставляюшие, обусловленные нестабильностью частоты эадаюшнх генераторов запросной и ответной сакний (сx V, к а<) ° йя этого предложенном устройстве принятые на запросной станции приемниками 5, 9 сигналь (9), (10) умножаются в умножителях 6,10 ка коафициенты км и к соответственно и подаются ка смеситепь 7

Х «» МХ Е« g QY2f >. -P X

/t >,0,Д

% 1 2» >,> )(1 (2 > (2

Д 2 2 хТ 4(у 2 у Х

С выхода смесителя 7 сигнал разносткой частоты

ЬР— — Ix >>,-»

2 2 r. Д

>«хх (> »« (2

«(« «>>-«)-«>f;-«>)t z поступает на регистратОр 8

При значениях х и и близких, нО не равных единице(для развязки по частотам запросных и Ответных каналов), второй член выражения (11) становится пренебрежимо малым, и по измеренному значеншо

hF можно непосредственно определить величину Л А, т.е. Измерить интересуюшие эффекты.

Предложекное ycrpoAcrâî позволяет повысить точность измерений и расширить диапазон рабочих частот, что позволяет использовать такие устройства в качестве измерителей характеристик нестационарных процессов в межпланетной плазме.

Ф о р м у л а и э о б р е т е н и я

Устройство для исследования кестационарных процессов в межпланетной плазме, содержашее на запросной станции последовательно соединенные генератор и передатчик частоты f,,последовательно соединенные приемник частоты,, умножитель частоты с коэффициентом умноженияхк2, смеситель частоты и регистратор, и последовательно соединенные приемник частоты х к > f, умкожитель частоты с коэффициентом умножения к,, выход

657 377

Составитель В, Востренков

Редактор 11. Гельфман Техред Л. Алферова; Корректор С. Патрушева

Заказ 1789/45 Тираж 696 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4 которого соединен с вторым входом смесителя частоты, на ответной станции поо ледовательно соединенные приемник часто ты 4, преобразователь частоты f, умно житель частоты с коэффициентом умножения х и передатчик частоты х, f последовательно соединенные умножитель часготы с коэффициентом умножения к< и передатчик частоты xx >f, a таике последовательно соединенные задающий генератор, удвоитель частоты, выход которого соединен с. вторым входом преобразьвателя частоты f,,о т, л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения диапазона рабочих частот, введены на запросной станции последовательно соединенные умножитель частоты с коэффициентом умножения х и передатчйк частоты х f при этом вход умножителя подключен к выходу генератора, на ответной станпии введены приемник частоты x $ выход которого подключен к первому входу введенного преобразователя частоты xf выход которого подключен к входу умножителя частоты с коэффициентом умножения к> а также умножитель частоты с коэффициентом умножения 2х, вход кото рого подключен к выходу задаюшего генератора, а выход подключен к второму входу преобразователя частоты х f .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

M 506228, кл. б 01 S 1/60, 1975.