Імітаційне моделювання цифрового квадратурного приймача сигналів ядерного квадрупольного резонансу

Анотація

Розроблення надійних методів дистанційного виявлення малих концентрацій резонуючих ядер є на даний час актуальною задачею, вирішення якої потребує розв’язку менш об’ємних конкретних задач, зокрема із залученням спектроскопії ядерного квадрупольного резонансу (ЯКР). Аналіз інваріантності методів спостереження ЯКР, які ґрунтуються на дії потужних радіочастотних імпульсів збудження на досліджуваний зразок із послідуючим застосуванням швидкого перетворення Фур’є сигналів спаду вільної індукції (СВІ) для отримання резонансних спектрів, дозволяє зробити висновок, що у більшості випадків детектування забезпечується перенесенням резонансного спектру в діапазон низьких частот. При виявленні сигналів СВІ виникають деякі труднощі, пов’язані із застосуванням квадратурного детектування. Однією із ключових проблем при цьому є підвищення чутливості вхідного пристрою та приймального тракту радіоспектрометра. Розроблено структуру цифрового квадратурного приймача сигналів ЯКР на основі технології радіозв’язку з програмованими параметрами компонентів (РППК) та принципу прямого оцифровування сигналу – Digital Down-Converter (DDC), що уможливило суттєве зменшення числа каскадів аналогового тракту. Цифрове оброблення сигналу СВІ відбувається у два етапи. Перший етап передбачає зниження на порядок частоти дискретизації сигналів, отриманих з виходів помножувачів, другий – фільтрацію компонент вищих порядків. Проведено синтез децимуючих та компенсаційних фільтрів радіоприймального тракту, частотні характеристики яких отримані шляхом розрахунку коефіцієнтів в MATLAB FDATool. Шляхом імітаційного MATLAB Simulink моделювання сигнальних перетворень в запропонованому приймальному тракті, встановлено, що застосування прямого оцифровування сигналу спаду вільної індукції дозволило істотно скоротити довжину аналогової частини приймача, а отже, зменшити до -100 дБ рівень шумів та позасмугових спектральних складових в діапазоні частот від 1 МГц до 50 МГц. В імітаційну модель РППК приймача інтегровано алгоритм на основі принципу чотириетапних фазових циклів CYCLOPS, що забезпечує зменшення квадратурних відбивань до 1 %.