RU193095U1 - Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов - Google Patents
Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU193095U1 RU193095U1 RU2019117775U RU2019117775U RU193095U1 RU 193095 U1 RU193095 U1 RU 193095U1 RU 2019117775 U RU2019117775 U RU 2019117775U RU 2019117775 U RU2019117775 U RU 2019117775U RU 193095 U1 RU193095 U1 RU 193095U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- fiber
- mach
- microwave signals
- input
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
- G01R23/165—Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к технике оптико-электронных измерений. Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов содержит источник узкополосного оптического сигнала, первый модулятор Маха-Цендера, оптический циркулятор, оптический фильтр, первый фотоприемник, второй фотоприемник, контроллер определения частот СВЧ-сигналов, генератор СВЧ-сигнала, второй модулятор Маха-Цендера. Радиочастотный вход первого модулятора Маха-Цендера является входом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов. Второй порт оптического циркулятора через оптический фильтр посредством волоконных световодов через первый фотоприемник подключен к первому входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов. Третий порт оптического циркулятора посредством волоконного световода через второй фотоприемник подключен ко второму входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов. Оптический вход второго модулятора Маха-Цендера соединен с источником узкополосного оптического сигнала посредством волоконного световода. Радиочастотный вход второго модулятора Маха-Цендера соединен с генератором СВЧ-сигнала. Выход второго модулятора Маха-Цендера посредством волоконного световода соединен с оптическим входом первого модулятора Маха-Цендера, выход которого в свою очередь посредством волоконного световода соединен с первым портом оптического циркулятора. Контроллер определения частот СВЧ-сигналов имеет выход, который является выходом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов. Устройство выполняется с использованием оптического фильтра на основе волоконной решетки Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения. Технический результат заключается возможности измерения частот одновременно нескольких СВЧ-сигналов. 3 ил.
Description
Полезная модель относится к технике оптико-электронных измерений, в частности к устройствам для измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов с помощью оптических фильтров, включая фильтры в интегральном и волоконно-оптическом исполнении (интерферометры Фабри-Перо, решетки Брэгга, тонкопленочные фильтры и т.д.), у которых существует зависимость смещения по частоте их спектральной, как правило, полосовой резонансной характеристики, в зависимости от частоты измеряемых сигналов.
Известно широкополосное устройство измерения мгновенного спектра СВЧ-диапазона на основе рассеяния Бриллюэна (см. патент CN106840223 опубликованный 01.16.2017). Устройство содержит узкополосный источник оптического излучения, оптический разветвитель, первый электрооптический модулятор, среда для рассеивания Бриллюэна, второй электрооптический модулятор, источник сигнала, оптический циркулятор, фотодетектор и модуль сбора данных.
Известно устройство и метод измерения частоты на основе фотонного СВЧ-фильтра с единичным откликом (см. патент CN102636694 опубликованный 11.05.2012). Устройство содержит широкополосный источник оптического излучения, оптоволоконный интерферометр Маха-Цендера, электрооптический модулятор, оптический усилитель, микроволновую антенну, дисперсионное оптическое волокно, фотодетектор и электродинамический измеритель.
Известно устройство для измерения мгновенной частоты СВЧ-сигналов (см. электронный ресурс http://ieeexplore.ieee.org/document/5658129/, опубликованный 06.12.2010). Данное устройство выбранное в качестве прототипа, содержит последовательно соединенные источник узкополосного оптического сигнала, модулятор Маха-Цендера, оптический фильтр на основе волоконной решётки Брэгга и фотоприемный блок, соединенный с контроллером определения частоты СВЧ-сигнала, в котором производится математическая обработка спектрального смещения, по которому определяют мгновенную частоту СВЧ-сигнала.
Устройство работает следующим образом. Генерируют узкополосное излучение в лазерном излучателе, модулируют его искомым неизвестным СВЧ-сигналом, передают его к оптическому фильтру по волоконному световоду, принимают прошедшее и отраженное излучение, преобразованное в оптическом фильтре в фотоприемном блоке и в блоке спектрального анализа принятого излучения определяют неизвестную мгновенную частоту СВЧ-сигнала, прецизионно регистрируя спектральное смещение двухполосного излучения промодулированного оптического излучения относительно центральной длины волны оптического фильтра.
Недостатком указанного устройства является невозможность измерения частот одновременно нескольких СВЧ сигналов.
Техническая проблема указанного устройства заключается в невозможности измерения частот одновременно нескольких СВЧ сигналов.
Решаемая техническая задача (технический результат) в волоконно-оптическом устройтсве измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов заключается в измерении частот одновременно нескольких СВЧ-сигналов.
Решаемая техническая задача (технический результат) в волоконно-оптическом устройстве измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, содержащем источник узкополосного оптического сигнала, первый модулятор Маха-Цендера, при этом радиочастотный вход первого модулятора Маха-Цендера является входом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, оптический циркулятор, оптический фильтр, первый фотоприемник, второй фотоприемник, а также контроллер определения частот СВЧ-сигналов, причем второй порт оптического циркулятора через оптический фильтр посредством волоконных световодов через первый фотоприемник подключен к первому входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов, а третий порт оптического циркулятора посредством волоконного световода через второй фотоприемник подключен ко второму входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов, достигается тем, что в устройство дополнительно введены генератор СВЧ-сигнала, второй модулятор Маха-Цендера, при этом оптический вход второго модулятора Маха-Цендера соединен с источником узкополосного оптического сигнала посредством волоконного световода, радиочастотный вход второго модулятора Маха-Цендера соединен с генератором СВЧ-сигнала, а выход второго модулятора Маха-Цендера посредством волоконного световода соединен с оптическим входом первого модулятора Маха-Цендера, выход которого в свою очередь посредством волоконного световода соединен с первым портом оптического циркулятора, при этом контроллер определения частот СВЧ-сигналов имеет выход, который является выходом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, причем оптический фильтр выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения.
На фиг. 1 изображена структурная схема волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов.
На фиг. 2 изображены зависимости амплитуд огибающих биений сигналов трёх неизвестных частот СВЧ-сигналов, отраженных от оптического фильтра для случая подачи на него от источника узкополосного оптического сигнала с частотой, соответствующей центральной частоте его полосы пропускания.
На фиг. 3 представлен алгоритм работы контроллера определения частот СВЧ-сигналов.
Система электропитания необходимая для источника узкополосного оптического сигнала, первого модулятора Маха-Цендера, второго модулятора Маха-Цендера, генератора СВЧ-сигнала и контроллера определения частот СВЧ-сигналов на фиг. 1 не показана.
Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, представленная на фиг.1 содержит источник узкополосного оптического сигнала 1, первый модулятор Маха-Цендера 2, при этом радиочастотный вход первого модулятора Маха-Цендера 2 является входом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, оптический циркулятор 3, оптический фильтр 4, первый фотоприемник 5, второй фотоприемник 6, а так же контроллер определения частот СВЧ-сигналов 7, причем второй порт оптического циркулятора 3 через оптический фильтр 4 посредством волоконных световодов через первый фотоприемник 5 подключен к первому входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов 7, а третий порт оптического циркулятора 3 посредством волоконного световода через второй фотоприемник 6 подключен ко второму входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов 7, при этом контроллер определения частот СВЧ-сигналов 7 имеет выход, который является выходом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов. Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов также содержит генератор СВЧ-сигнала 8, второй модулятор Маха-Цендера 9, при этом оптический вход второго модулятора Маха-Цендера 9 соединен с источником узкополосного оптического сигнала 1 посредством волоконного световода, радиочастотный вход второго модулятора Маха-Цендера 9 соединен с генератором СВЧ-сигнала 8, а выход второго модулятора Маха-Цендера 9 посредством волоконного световода соединен с оптическим входом первого модулятора Маха-Цендера 2, выход которого в свою очередь посредством волоконного световода соединен с первым портом оптического циркулятора 3.
Оптический фильтр 4 выполняется на основе волоконной решетки Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения.
Рассмотрим работу волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов.
Предварительно в блок контроллера определения частот СВЧ-сигналов загружают программу, работающую согласно алгоритму, который приведён на фиг. 3.
Подключают систему электропитания для блоков источник узкополосного оптического сигнала 1, первого модулятора Маха-Цендера 2, контроллера определения частот СВЧ-сигналов 7, генератора СВЧ-сигнала 8, второго модулятора Маха-Цендера 9.
На вход первого модулятора Маха-Цендера 2, например, с принимающей антенны поступают СВЧ-сигналы с измеряемыми частотами, например с источника радиоилучения.
Для измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов с помощью источника узкополосного оптического сигнала 1 генерируют сигнал с частотой ƒl, соответствующей центральной частоте полосы пропускания оптического фильтра 4, который затем модулируют во втором модуляторе Маха-Цендера 9, работающем в нулевой рабочей точке модуляционной характеристики для подавления несущей, СВЧ-сигналом с частотой ƒm из генератора СВЧ-сигнала 8, частота которого выбирается таким образом, чтобы разностная частота между сформировавшейся пары сигналов с частотами ƒl-ƒm и ƒl+ƒm после модуляции соответствовала полуширине полосы пропускания оптического фильтра 4.
Затем сгенерированную пару сигналов передают на первый модулятор Маха-Цендера 2, также работающей в нулевой рабочей точке модуляционной характеристики для подавления несущей, на радиочастотный порт которого подаются измеряемые СВЧ-сигналы с неизвестными частотами ƒi…ƒj, например, с принимающей антенны.
Полученные после модуляции пары сигналов проходят через первый порт оптического циркулятора 3 и поступают на оптический фильтр 4 через его второй порт.
В оптическом фильтре 4 происходит изменение амплитуд отдельных составляющих в зависимости от величины частоты измеряемых сигналов, попадающих в полосу пропускания и отражения оптического фильтра 4 (Фиг. 2)
Далее прошедшие пары сигналов поступают на первый фотоприемник 5, а отраженные пары отражаются обратно на второй порт оптического циркулятора 3 и через третий порт оптического циркулятора 3 поступают на второй фотоприемник 6, на которых образуются сигналы с частотами ƒiб, соответствующие биениям пар сигналов с амплитудами, определяемыми огибающей оптического фильтра 4.
Полученные биения поступают на контроллер определения частот СВЧ-сигналов 7, где проводится оцифровка, дискретное преобразование Фурье, и определение частот СВЧ-сигналов, поступающих на радиочастотный порт первого модулятора Маха-Цендера 2.
Полученные данные с контроллера определения частот СВЧ-сигналов 7 могут быть выведены на экран и записаны в память контроллера определения частот СВЧ-сигналов 7.
Полезная модель реализуется с использованием оптического фильтра на основе волоконной решетки Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения.
Зависимости даны в предположении, что оптический фильтр имеет Гауссову форму спектральной характеристики, например, нормальная волоконная решетка Брэгга. При использовании спектральной характеристики оптического фильтра с нелинейной формой вид результирующих характеристик измеряемых сигналов, сгенерированных от ƒl-ƒm и ƒl+ƒm также будет иметь нелинейные участки, что скажется на точности измерения при измерении малых частот <0.3 ГГц (Фиг. 2).
Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов может быть реализована на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1300 нм (возможны и другие длины волн), например:
В качестве источника узкополосного оптического сигнала 1 может быть выбран лазерный диод IDL10S-1300 НИИ «Полюс» или ДМПО131-22 ООО НПФ «Дилаз»;
В качестве генератора СВЧ-сигнала 8 может быть выбран СВЧ аналоговый генератор сигналов Agilent Technologies N5183A-532;
В качестве первого и второго модуляторов Маха-Цендера 2, 9 могут быть выбраны модуляторы на основе интерферометра Маха-Цендера 500-x-13 компании Laser2000;
В качестве оптического циркулятора 3 может быть выбран оптический циркулятор GateRay GR-CIRC-31;
В качестве оптического фильтра 4 выбрана волоконная решетка Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения;
В качестве первого и второго фотоприемников 5, 6 могут быть выбраны высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs микроволновые широкополосные PIN фотоприемники компании Optilab, например, PD-40-MM;
В качестве контроллера определения частот СВЧ-сигналов 7 может быть выбран микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;
В качестве волоконных световодов могут быть выбраны эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ».
Для построения устройства измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле.
Пример конкретной реализации устройства в конструктивном исполнении представляет собой единую конструкцию, так как все описанные блоки и узлы связаны между собой и могут быть размещены на единой плате в виде одного блока имеющего вход с первого модулятора Маха-Цендера и выход с контроллера определения частот СВЧ-сигналов.
Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи (технического результата) – измерении мгновенных частот одновременно множества СВЧ-сигналов волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот одновременно нескольких СВЧ-сигналов.
Claims (1)
- Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, содержащее источник узкополосного оптического сигнала, первый модулятор Маха-Цендера, при этом радиочастотный вход первого модулятора Маха-Цендера является входом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, оптический циркулятор, оптический фильтр, первый фотоприемник, второй фотоприемник, а также контроллер определения частот СВЧ-сигналов, причем второй порт оптического циркулятора через оптический фильтр посредством волоконных световодов через первый фотоприемник подключен к первому входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов, а третий порт оптического циркулятора посредством волоконного световода через второй фотоприемник подключен ко второму входу контроллера определения частот СВЧ-сигналов, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены генератор СВЧ-сигнала, второй модулятор Маха-Цендера, при этом оптический вход второго модулятора Маха-Цендера соединен с источником узкополосного оптического сигнала посредством волоконного световода, радиочастотный вход второго модулятора Маха-Цендера соединен с генератором СВЧ-сигнала, а выход второго модулятора Маха-Цендера посредством волоконного световода соединен с оптическим входом первого модулятора Маха-Цендера, выход которого в свою очередь посредством волоконного световода соединен с первым портом оптического циркулятора, при этом контроллер определения частот СВЧ-сигналов имеет выход, который является выходом волоконно-оптического устройства измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, причем оптический фильтр выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с Гауссовой формой спектра отражения.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019117775U RU193095U1 (ru) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019117775U RU193095U1 (ru) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU193095U1 true RU193095U1 (ru) | 2019-10-14 |
Family
ID=68280563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019117775U RU193095U1 (ru) | 2019-06-07 | 2019-06-07 | Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU193095U1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114050873A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-15 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于色散补偿技术的远程微波频率测量装置及方法 |
| CN114047381A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-15 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于精度补偿的光子学辅助微波频率测量方法和装置 |
| RU2799112C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Волоконно-оптическая система измерения мгновенных частот множества свч-сигналов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102636694A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-15 | 厦门大学 | 基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法 |
| US9287993B1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-03-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | RF channelizer based on parametrically generated combs derived from a single master seed |
| CN106840223A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 上海交通大学 | 基于布里渊散射的宽带微波瞬时频谱测量装置 |
-
2019
- 2019-06-07 RU RU2019117775U patent/RU193095U1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102636694A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-08-15 | 厦门大学 | 基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法 |
| US9287993B1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-03-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | RF channelizer based on parametrically generated combs derived from a single master seed |
| CN106840223A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-06-13 | 上海交通大学 | 基于布里渊散射的宽带微波瞬时频谱测量装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "INSTANTANEOUS MICROWAVE FREQUENCY MEASUREMENT USING A SPECIAL FIBER BRAGG GRATING" ZE LI et.al., 06.12.2010. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114047381A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-02-15 | 中国人民解放军空军工程大学 | 一种基于精度补偿的光子学辅助微波频率测量方法和装置 |
| CN114050873A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-15 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于色散补偿技术的远程微波频率测量装置及方法 |
| CN114050873B (zh) * | 2021-11-10 | 2023-09-12 | 中国人民解放军空军工程大学 | 基于色散补偿技术的远程微波频率测量装置及方法 |
| RU2799112C1 (ru) * | 2023-03-28 | 2023-07-04 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Волоконно-оптическая система измерения мгновенных частот множества свч-сигналов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zou et al. | Microwave frequency measurement based on optical power monitoring using a complementary optical filter pair | |
| CN105136177B (zh) | 一种亚毫米空间分辨率的分布式光纤传感装置及方法 | |
| CN102638305B (zh) | 一种基于光单边带调制的光器件测量方法、测量装置 | |
| CN103091072B (zh) | 基于光单边带调制的光器件测量方法、测量装置 | |
| CN103245369B (zh) | 基于多纵模f-p激光器的新型光纤光栅解调方法及其系统 | |
| CN102628893B (zh) | 一种光子集成微波频率测量系统及方法 | |
| CN103414513B (zh) | 一种具有高动态范围的脉冲光动态消光比测量装置及方法 | |
| RU193095U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов | |
| CN102607618A (zh) | 一种光纤传感方法、光纤传感装置及其使用方法 | |
| CN103837188A (zh) | 一种光电探测器频率响应测量装置及其测量方法 | |
| CN104954066A (zh) | 一种用于测量光器件频率响应的装置和方法 | |
| CN104165756A (zh) | 基于受激布里渊散射的高灵敏度光矢量网络分析仪 | |
| CN106093598A (zh) | 一种电磁信号特性测量系统和方法 | |
| US8867042B2 (en) | Method for evaluating characteristic of optical modulator having mach-zehnder interferometer | |
| CN104113378A (zh) | 半导体光放大器的可调谐微波信号源的装置与方法 | |
| CN109556527A (zh) | 光纤应变测定装置和光纤应变测定方法 | |
| CN109186643A (zh) | 一种基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统及传感方法 | |
| Quoc et al. | Experimental investigation on the optical unbalanced Mach-Zehnder interferometers as microwave filters | |
| RU2721739C1 (ru) | Волоконно-оптическая система измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов | |
| CN107356412B (zh) | 一种基于稀土掺杂光纤折射率的测量系统的测量方法 | |
| RU2608394C1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| CN105353210B (zh) | 一种高灵敏大带宽光子微波频率测量装置及方法 | |
| RU2512616C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления | |
| CN105281829B (zh) | 基于萨格纳克环的光矢量网络分析仪装置 | |
| Misbakhov | Combined raman DTS and address FBG sensor system for distributed and point temperature and strain compensation measurements |