акустооптический измеритель параметров радиосигналов
Классы МПК: | G01R23/16 анализ спектра;гармонический анализ G01R23/17 с вспомогательными оптическими приборами G02F1/33 оптико-акустические устройства для отклонения луча |
Автор(ы): | Роздобудько В.В., Крутчинский Г.С. |
Патентообладатель(и): | Таганрогский государственный радиотехнический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1998-04-28 публикация патента:
10.05.1999 |
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя параметров радиосигналов в широкополосных системах связи, пеленгации и радиоразведке. Технический результат, заключающийся в увеличении точности измерения частоты, достигается тем, что в акустооптическом измерителе параметров радиосигналов, содержащем последовательно включенные лазер с длиной волны световых колебаний
, коллиматор, акустооптический дефлектор, со скоростью ультразвука
, на электрический вход которого подается измеряемый сигнал, интегрирующую линзу и линейку фотоприемников, расположенную так, что один из элементов линейки фотоприемников, которому соответствует рабочая частота fк , отстоит от интегрирующей линзы на расстоянии, равном фокусному, причем сама линейка фотоприемников по отношению к фокальной плоскости интегрирующей линзы наклонена на угол
, равный
= arctg(
f0/
), где fн и fв - нижняя и верхняя рабочие частоты измерителя, а fo, равная полусумме этих частот,- его центральная рабочая частота. 1 ил.
Рисунок 1
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/965.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/965.gif)
Формула изобретения
Акустооптический измеритель параметров радиосигналов, содержащий последовательно включенные лазер с длиной волны световых колебаний![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-10t.gif)
отстоит от интегрирующей линзы на расстоянии, равном фокусному, причем сама линейка фотоприемников по отношению к фокальной плоскости интегрирующей линзы наклонена на угол
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
Описание изобретения к патенту
Предлагаемое изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя параметров радиосигналов в широкополосных системах связи, пеленгации и радиоразведке. Известен акустооптический (АО) анализатор спектра с пространственным интегрированием (опубл. в кн.: Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени /О.Б.Гусев, С.В.Кулаков, Б.П.Разживин, Д.В.Тигин; Под ред. Кулакова С. В. - М.: Радио и связь. - 1989. - 136 с., на стр. 48, в состав которого входят последовательно включенные (по свету) лазер, конденсор и коллиматор, образующие оптический каскад перехода от лазерного пучка к плоской световой волне заданной апертуры, акустооптический дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, Фурье-линза и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников. Причиной, препятствующей достижению технического результата, является наличие частотной и амплитудной погрешностей, связанных с неточностью Фурье-преобразования, осуществляемого в оптических системах идеальной линзой, причем указанные погрешности тем значительней, чем более широкополосным является анализатор и чем более значительны линейные размеры линейки фотоприемников. Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются последовательно включенные (по свету) лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, Фурье-линза, осуществляющая интегральное Фурье- преобразование, в качестве которой в предлагаемом изобретении использована интегрирующая линза, и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников. Известен также акустооптический частотомер (опубл. в статье Роздобудько В. В. "Акустооптический СВЧ частотомер на основе аномальной дифракции в LiNbO3", Радиоэлектроника. - 1992. - N 9. - с. 74-78, на стр. 75), предназначенный для работы в широком диапазоне рабочих частот; частотомер содержит последовательно включенные лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующую линзу, регистрирующее устройство, реализованное в виде линейки фотодиодов, выходы которых через набор видеоусилителей и пороговых устройств нагружены на шифратор, осуществляющий преобразование позиционного кода, несущего информацию о координате центра дифрагированного пятна, в код частоты. Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является наличие в аналоге систематической частотной погрешности, обусловленной неточностью Фурье-преобразования, осуществляемого интегрирующей линзой, что выражается, как показано ниже, в наличии нелинейной составляющей в зависимости координаты дифрагированного пятна света от частоты измеряемого радиосигнала. Признаками, общими с заявляемым предлагаемым изобретением, являются последовательно включенные лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, интегрирующая линза и линейка фотоприемников, в качестве которой в аналоге используется линейка фотодиодов. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: акустооптический частотомер (а. с. СССР N 1265636, МКИ 4 G 01 R 23/16. Акустооптический частотомер. Вернигоров Н.С., Задорин А.С., Шарангович С.Н.; опубликовано 23 октября 1986 г. в бюллетене N 39 на с. 162). Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, линзу и позиционно-чувствительный фотоприемник, причем между коллиматором и дефлектором на половине световой апертуры расположено устройство сдвига частоты излучения лазера, а к выходам позиционно чувствительного фотоприемника подключены фазометры, первые входы которых нагружены на соответствующие выходы фотоприемников, а вторые входы подключены к фотоприемнику, расположенному на оптической оси частотомера. Признаками, общими с заявляемым изобретением, являются последовательно включенные лазер, коллиматор, акустооптический дефлектор, интегрирующая линза и линейка фотоприемников, в качестве которой в прототипе используется позиционно-чувствительный фотоприемник. Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является недостаточная точность измерения частоты радиосигнала. Погрешность прототипа определяется условиями работы его оптической части в так называемом параксимальном приближении (при малых углах дифракции![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130016/8776.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130016/8776.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-2t.gif)
отстоит от интегрирующей линзы на расстояние, равное фокусному расстоянию интегрирующей линзы F, причем сама линейка фотоприемников по отношению к фокальной плоскости интегрирующей линзы наклонена на угол
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-3t.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-4t.gif)
Таким образом, погрешность определяется соотношением между размерами (координатой) линейки фотоприемников и фокусным расстоянием интегрирующей линзы; она выражается в том, что масштаб оси частот, являясь постоянным на сфере радиуса F, в задней фокальной плоскости интегрирующей линзы увеличивается с увеличением частоты. Поэтому, чем больше область частотной плоскости и чем более широкополосным является АО измеритель параметров радиосигналов, тем больше будет и его частотная погрешность. Из соотношения (1) видно, погрешность преобразования отсутствует только вблизи нулевых (
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/8594.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130191/931.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-5t.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-6t.gif)
а частота привязки выбрана равной
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-7t.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-8t.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/2130192-9t.gif)
где
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
tg
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130191/931.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130002/183.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130191/931.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/950.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130016/8776.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
Принцип работы заявляемого устройства и обеспечиваемый им технический результат заключаются в следующем. На электрический вход АО дефлектор 3 подается входной радиосигнал частоты f. В среде АО дефлектора 3 радиосигнал распространяется со скоростью
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130018/957.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130072/955.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130034/916.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130191/931.gif)
В АО дефлекторе 3 свет дифрагирует на акустическом аналоге входного радиосигнала и с оптического выхода АО дефлектора 3 свет проходит через интегрирующую линзу 4 и фокусируется на линейке фотоприемников 5. С линейки фотоприемников 5 информация о местоположении дифрагированного пятна света и его амплитудном распределении передается потребителю. В случае, если АО измеритель параметров радиосигналов используется как частотомер, то с линейки фотоприемников 5 снимается информация о координате центра дифрагированного пятна света и значения максимума его интенсивности. Координата центра дифрагированного пятна света соответствует значению несущей частоты радиосигнала, находящегося в апертуре АО дефлектора 3, а интенсивность максимума пятна света соответствует амплитуде радиосигнала. В заявляемом АО измерителе параметров радиосигналов уменьшение частотных (и амплитудных) погрешностей достигается путем выбора соответствующего местоположения и ориентации линейки фотоприемников 5. Обоснование предлагаемого решения заключается в следующем. Известно, что точное Фурье-преобразование, осуществляемое идеальной линзой с фокусным расстоянием F, имеет место на сфере радиуса F (см, например, кн. Гуревич С.Б. и др. Передача и обработка информации голографическими методами. -М.: Сов. Радио. - 1978. - 304 с. на с. 204-222). Так называемое параксиальное приближение фактически состоит в том, что сфера заменяется плоскостью, отстоящей от линзы на расстоянии F, что, как отмечалось выше, справедливо при малых углах дифракции, когда можно считать sin
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
![акустооптический измеритель параметров радиосигналов, патент № 2130192](/images/patents/341/2130192/920.gif)
Класс G01R23/16 анализ спектра;гармонический анализ
Класс G01R23/17 с вспомогательными оптическими приборами
Класс G02F1/33 оптико-акустические устройства для отклонения луча