Акустооптический спектроанализатор

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для спектрального анализа амплитуды и измерения фазы широкополосных радиосигналов в реальном масштабе времени. Целью изобретения является повьш1ение быстродействия при измерении фазы частотных составляющих радиосигналов. Для достижения поставленной цели фоторегистрирующее устройство выполнено в виде приемника 9, выход которого через перестраиваемый фильтр 10 соединен с входами преобразователя 11 амплитуда - код и формирователя 12 импульсов. На чертеже также показаны лазер 1, коллиматор 2, светоделители 3и 8, акустооптические модуляторы 4и 18, линзы 5, 7 19 и 21, диафрагмы 6 и 20, триггер 13, интегратор 14, зеркало 22, генератор 23 частоты, синхронизируемый генератор 24 частоты, формирователь 25 импульсов. Устройство работает в реальном масштабе времени , чем обеспечивается повышение быстродействия при измерении фазы частотных составляющих радиосигналов по сравнению с прототипом. 5 ил. (С с/) Вб1)од1 00 со 00 о ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (I9) SU(I1) (51) 4 G 01 R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Юхаа ааа7

Яма

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4012367/24-21 (22) 20. 01. 86 (46) 15.09.87. Бюл. Ф 34 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) А.А.Титов (53) 621.317.757 (088.8) (56) Родес У.Т. Акустооптическая обработка сигналов, свертка и корреляция, ТИИЭР, 1981, т.69, Ф 1, с.7491, рис.8.

Arm M. King M. Holographic Storage of Electric Zignal — Applied

Optics 1969,7.8, р ° 1413-1419, fig ° 4. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИИ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для спектрального анализа амплитуды и измерения фазы широкополосных рациосигналов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является повышение быстродействия при измерении фазы частотных составляющих радиосигналов.

Для достижения поставленной цели фоторегистрирующее устройство выполнено в виде приемника 9, выход которого через перестраиваемый фильтр 10 соединен с входами преобразователя 11 амплитуда — код и формирователя 12 импульсов. На чертеже также показаны лазер 1, коллиматор 2, светоделители

3 и 8, акустооптические модуляторы

4 и 18, линзы 5, 7 19 и 21, диафрагмы 6 и 20, триггер 13, интегратор 14, зеркало 22, генератор 23 частоты, синхронизируемый генератор 24 частоты, формирователь 25 импульсов. Устройство работает в реальном масштабе времени, чем обеспечивается повышение быстродействия при измерении фазы частотных составляющих радиосигналов по сравнению с прототипом. 5 ил.

1 133

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для спектрального анализа амплитуды и измерения фазь1 широкополосных радиосигналов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является повышение быстродействия при измерении фазы частотных составляющих радиосигнала.

На фиг,1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 — функциональная схема блока управления; на фиг.3 — функциональ-.

Яая схема перестраиваемого фильтра; на фиг.4 — функциональная схема управляемого усилителя; на фиг.5 — временные диаграммы работы устройства, Акустооптический спектроанализатор содержит лазер 1, выход которого через последовательно соединенные коллиматор 2, светоделитель 3, акустооптический модулятор 4, линзу 5, диафрагму 6, линзу 7 и светоделитель

8 оптически соединен с входом фотоприемника 9. Выход последнего через перестраиваемый фильтр 10 соединен с входами преобразователя 11 амплитуда-код и формирователя 12 импульсов, выход которого через последовательно соединенные триггер 13, интегратор 14 и управляемый усилитель

15 соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 16. Выходы последнего и выход преобразователя 11 являются соответственно первыми и вторыми выходными шинами. Второй вы— ход светоделителя 3 через зеркало 17, акуетооптический модулятор 18, линзу

19, диафрагму 20, линзу 21 и зеркало

22 оптически соединен с вторым входом светоделителя 8. Вход акустооптическогo модулятора 18 соединен с выходом генератора 23 частоты и входом синхронизируемого генератора 24 частоты,выход которого через формирователь 25 импульсов соединен с вторым входом триггера 13. Вход блока

26 управления является шиной пуска, а выходы соединены с соответствующими управляющими входами перестраиваемого фильтра 10 и управляемого усилителя 15., Вход акустооптического модулятора 4 является входной шиной, Блок 26 управления (фиг.2) содержит генератор 27 импульсов, вь1ход которого соединен с входом кольцевого регистра 28 сдвига, выходы кото7805 2

55 рого являются выхо Iëìè блока управления.

Перестраиваемый фильтр (фиг.3) содержит резистор 29, через катушку

30 индуктивности соединенный с первыми обкладками конденсаторов 31, вторые обкладки которых через ключи

32 соединены с общей шиной, Управляюц1ие входы ключей 32 являются управляющими входами перестраиваемого фильтра 10.

Управляемый усилитель (фиг.4) содержит резистор 33, соединенный с входом усилителя 34 и через резисторы 35 и ключи 36 с его выходом. Управляющие входы ключей 36 являются управляющими входами управляемого усилителя 15.

На временной диаграмме (фиг.5) обозначены: U, — напряжение на выходе синхронизируемого генератора 24;

U — напряжение на выходе перестраиваемого фильтра 10; С вЂ” напряжение на выходе формирователя 25; Uq — напряжение на выходе формирователя 12;

U — напряжение на выходе триггера

13; U6 — напряжение на выходе интегратора 14.

Акустооптический спектроанализатор работает следующим образом.

Луч лазера 1 расширяется коллиматором 2 и освещает окустооптические модуляторы 4 и 18, На модулятор 4 подается входной широкополосный радиосигнал, а на модулятор 18 — синусоидальный сигнал от генератора 23, Линза 5 фиксирует пучок в плоскость диафрагмы 6, которая выделяет только первые порядки дифрагированных на модуляторе 4 пучков. В фокусе линэы

5 получается спектр сигнала °

Линза 7 проецирует изображение спектра через светоделитель 8 на фотоприемник 9, Линза 19 фокусирует пучок в плоскость диафрагмы 20, которая выделяет первыи порядок дифрагированного на модуляторе 18 пучка.

Линза 21 проецирует дифрагированный пучок через зеркало 22 и светоделитель 8 на фотоприемник 9 так, чтобы этот опорный пучок перекрыл сигнальный пучок от модулятора 4.

В плоскости фотоприемника 9 пучки будут интерферировать. Тогда можно записать следующее выражение для интенсивности интерферирующих пучков каждой i-й частотной составляющей радиосигнала:

1337805

Ac +A on +2Ac, A o(< " (2 х s in oc.

«со;i — — --- +Ф (х О)+(ы -и ) c (1)

7<

« on где А — преобразованная по Фурье с

< амплитуда 1-й частотной составляющей радиосигнала;

А „ — амплитуда опорного пучка; х — координата в плоскости фотоприемника;

«

У „= 2<11 „ — частота опорного сигнала на выходе генератора 23; а;. 2inf — частота i-й частотной составляющей радиосигнала; P (x о) — фаза i-й частотной составляющей.

Оптическая система обеспечивает разрешение по частоте (2) ЬГ = F/N где аЕ

N — полоса частот; — количество разрешимых частотных составляющих радиосигнала.

Частота f„ выбирается равной; (3) а f =f, — f „=f „,„+af (i-1) -f „,„+

+of =6f-i (4) где i = 1,2,3,...N.

Из выражения (4) видно, что при указанном выборе f и оптическая система разрешает частоты, кратные друг другу. Выражение (1) можно представить в виде:

< 2«. сох — -11сх1< (х о)+ь(i t) . (5)

Для измерения фазы ((;(х,о) каждой частотной составляющей радиосигнала предназначен генератор 24, синхронизируемый от генератора 23. Частоту генератора 24 выбирают равной (<,f (фиг.5). С этим сигналом сравнивают сигналы, получаемые на выходе фотоприемника 9.

Воспроизводимые фотоприемником 9 сигналы поступают на перестраиваемый где f « =fo — ь F/2 — минимальная частота в полосе частот аР

f, — несущая частота.

Тогда в выражении (1) разность частот Й; -1on можно записать как фильтр. Постоянная составляющая в выражении (5) отфильтровывается на выходе фотоприемника 9 разделительным конденсатором (не показан ). Перестраиваемый фильтр 10 является резонансным фильтром, резонансная частота которого

U =1/-ДХ, 10 где L и С вЂ” соответственно индуктивность катушек 30 и емкость одного из конденсаторов 31.

15 Подключая с помощью ключей 32 различные емкости, можно управлять выбором резонансной частоты. При этом для каждой измеряемой частотной составляющей резонансную частоту выбирают равной fp =of

Таким образом, на выходе фильтра

10 выделяется из широкополосного сигнала сигнал ( =2S Ас A « 2< («соя — — sinn(,+ <<. ; (х,о) +(<,f i с, (9 где S — коэффициент передачи фото30 приемника совместно с фильтром.

Далее этот сигнал поступает на преобразователь 11, который преобразует спектр амплитуды Ас в код, 1 измеряет амплитуду сигнала в выражении (6).

Таким образом, на выходах преоб,разователя 11 сформированы цифровые значения спектра амплитуд А каждой

40 частотной составляющей радиосигнала.

Для измерения фазы Ф (х,о) сигнал (см.выражение 6 и фиг.5). сравнивается с напряжением U, на выходе генератора 24. Напряжения U< и Uz noc45 тупают на формирователи 25 и 12, которые формируют импульсы в моменты перехода напряжений через нуль (напряжения U и U на фиг.5) Эти импульсы поступают на триггер 13, на выходе

50 которого формируется временной интервал (напряжение U на фиг.5), длительВость KQTOpoI o

2 xsinx

V,(х о)+ %

1 2<аЕ i

Из выражения (7) видно, что с; зависит и от произведения (f i ),кото-рое меняется в зависимости от выделяемой частотной составляющей.

13378 г)

c.iiK

В выражении (7) слагаемое ъ

° siTI»g 0 за счет ныбора угла о = О.

Импульсы с выхода триггера 13 поступают на интегратор 14, напряжение на выходе кото ого

1 г., U = --- U dt бь»х T ) m T m >

05 б

c„, „=, » l2z1:

Предлагаемое устройство работает в реальном масштабе времени, что обеспечивает по»зь»шение быстродP»»cT ния при измерении фазы частотных состанляюцих радиосигнала по сра»»нению с прототипом °

10 где Т вЂ” период повторения напряжения

U,.

Для компенсации изменения (hf i ) предназначен управляемый усилитель

15, коэффициент которого может изме1 няться за счет коммутации резисторов

35 различных номиналов ключами 36 °

При этом коэффициент передачи усилителя 15 выбирают равным:

Акустооптический спектроанализатор, содержащий лазер, выход которого через коллиматор оптически соединен с входом первого снетоделителя, первый выход которого через последовательно расположе»»нь»е первый акустооптический модулятор, электрический вход которого является входной шиной спектроанализатора, первую линзу, первую диафрагму, вторую линзу и второй снетоделитель оптически соединен с входом фоторегистрирующего

25 устройства второй выход первого снетоделиTåëë через последовательно расположенные первое зеркало, второй акустооптический модулятор, электрический вход которого подключен к выходу генератора частоты, третью линзу, вторую диафрагму, четнерту»»» лин30 зу, второе зеркало и второй снетоделитель оптически соеди Ie»» с входом фоторегистрирующего устройства, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью

35 повышения быстродействия, фоторегистрирующее устройство выполнено н виде фотоприемника, ньгход ко».орого через перестраинаемый фильтр соединен с входом преобразователя амплитуда-код,.

40 ВыхОды кОторОГО ян»»я»Отс»» Г»ер»3ь»м»» BI» ходными шинами спектроанализатора, и через последонатeл» »о соединенные первый формирователь импульсов, триггер, интегратор »» управляемый усили45 тель — с входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются вторыми нь»ход»»ы»»» ш»»нами спектроанализатора, причем второй вход триггера через последовательно соеди50 неннь»е с»п»хрониэирующий генератор частоты и второй формирователь импульсов подкл»очен к нь»ходу ге»»ератора частоты, а управляющие входы перестраиваемого фильтра и упранляе55 мого усилителя подключены к соответствуюцим выходам блока управления, вход которого является шиной "Пуск", К = с i

) (9) U <Р;(х о) — с ° i

Т 2йhf ° i

U UK=

U»Р;(х о) с (10 ) А

2 Tsf где с — коэффициент пропорциональности °

Тогда сигнал на выходе усилителя

15 с учетом формул .(7), (8) и (9) будет равен:

Иэ выражения (10) видно, что напряжение не зависит от частоты сигнала на выходе фильтра 10, что позволяет обеспечить измерение фазы каждой частотной составляющей сигнала.

Аналого-цифровой преобразователь

16 преобразует напряжение в код, пропорциональный измеряемой фазе. Управление работой устройства осуществляется блоком 26. По команде "Пуск" запускается генератор 27, импульсы с выхода которого по тупают на вход кольцевого регистра 28, на выходах которого последовательно появляются импульсы, коммутирующие ключи 32 и

35 соответственно в фильтре 10 и управляемом усилителе 15. По окончании процесса измерения кольцевой регистр 28 обнуляется и устройство готово к новому измерению.

Наибольшее время преобразования

4 фазы одной частотной составляющей в код определяется максимально возможным временным интервалом, которь»»» равен полупериоду напряжения, т.е. для измерения фазы N составляющих

Формулаизîбретения

1337805

Фиг. 2 фи4 S

Составитель И.Коновалов

Техред И.Попович Корректор Е.Рошко

Редактор А.Пежнина

Заказ 412б/43 Тираж 730 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4