RU2234708C2 - Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter - Google Patents

Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter Download PDF

Info

Publication number
RU2234708C2
RU2234708C2 RU2001129738/09A RU2001129738A RU2234708C2 RU 2234708 C2 RU2234708 C2 RU 2234708C2 RU 2001129738/09 A RU2001129738/09 A RU 2001129738/09A RU 2001129738 A RU2001129738 A RU 2001129738A RU 2234708 C2 RU2234708 C2 RU 2234708C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
optical
deflector
input
signal
Prior art date
Application number
RU2001129738/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001129738A (en
Inventor
В.В. Роздобудько (RU)
В.В. Роздобудько
И.И. Пивоваров (RU)
И.И. Пивоваров
Original Assignee
Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Таганрогский государственный радиотехнический университет filed Critical Таганрогский государственный радиотехнический университет
Priority to RU2001129738/09A priority Critical patent/RU2234708C2/en
Publication of RU2001129738A publication Critical patent/RU2001129738A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234708C2 publication Critical patent/RU2234708C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: radio-measuring equipment engineering.
SUBSTANCE: device has laser, collimator, controlling acoustic-optical deflector, optical system for image transferring, signal acoustic-optical deflector, optical synchronization system, wide-aperture photo-receiver, device for measuring time intervals, impulse forming device, controlling signals generator, light divisor, photo-receivers row, video-amplifiers set, threshold devices set, solver and adder.
EFFECT: higher precision of radio signals frequency measurement.
10 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя частоты радиосигналов в широкополосных системах связи, радиолокации и радиоразведке.The present invention relates to radio-measuring equipment and can be used as a high-precision meter of the frequency of radio signals in broadband communication systems, radar and radio reconnaissance.

Известен (см. фиг.1) акустооптический (АО) анализатор спектра последовательного типа с пространственным интегрированием (опубликован. в кн.: Голография и обработка информации // Под ред. проф. С.Б. Гуревича. - Л.: Наука. - 1976. - 196 с.; на стр. 110), в состав которого входят последовательно по свету включенные лазер, низкочастотный АО дефлектор, управляемый низкочастотным (НЧ) сигналом, формируемым устройством управления, высокочастотный АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующая линза, регистрирующее устройство - фотоприемник, в качестве которого используется фотоэлектронный умножитель, а также измеритель временных интервалов с устройством управления; в качестве измерителя временных интервалов использован осциллограф. В данном аналоге о частоте входного радиосигнала судят по результатам измерения осциллографом длительности временного интервала, начало которому задает устройство управления, а окончанием измеряемого временного интервала является продетектированный световой сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника.A well-known (see figure 1) acousto-optical (AO) analyzer of a sequential type spectrum with spatial integration (published in the book: Holography and information processing // Edited by Prof. SB Gurevich. - L.: Science. - 1976. - 196 p .; on page 110), which includes a laser connected in series over the world, a low-frequency AO deflector controlled by a low-frequency (LF) signal generated by the control device, a high-frequency AO deflector, to the electrical input of which a measured radio signal is supplied, integrating lens recording stroystvo - a photodetector which is used as a photomultiplier tube, and measuring time intervals from the control device; an oscilloscope was used as a time interval meter. In this analogue, the frequency of the input radio signal is judged by the oscilloscope measuring the duration of the time interval, the beginning of which is determined by the control device, and the end of the measured time interval is the detected light signal taken from the output of the photodetector.

Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, являются недостаточные точность измерения частоты и разрешающая способность АО анализатора. В данном аналоге точность измерения частоты связана с точностью регистрации соответствующего временного интервала, которая, в свою очередь, зависит от формы, длительности и амплитуды продетектированного светового импульса, являющегося “реакцией” на входной радиосигнал. Что касается разрешения по частоте, то этот параметр определяется числом угловых положений луча лазерного излучения, задаваемым НЧ акустооптическим дефлектором, которое у современных дефлекторов не превышает N≤(100-500) единиц; в аналоге разрешение по частоте ориентировочно не может превышать значения, равного Δfp=ΔfΣ/N, где ΔfΣ - полоса рабочих частот анализатора.The reason that impedes the achievement of the claimed technical result is the insufficient accuracy of frequency measurement and the resolution of the AO analyzer. In this analogue, the accuracy of frequency measurement is related to the accuracy of recording the corresponding time interval, which, in turn, depends on the shape, duration, and amplitude of the detected light pulse, which is a “reaction” to the input radio signal. As for the frequency resolution, this parameter is determined by the number of angular positions of the laser beam specified by the low-frequency acousto-optical deflector, which for modern deflectors does not exceed N≤ (100-500) units; in analogue, the frequency resolution approximately cannot exceed a value equal to Δf p = ΔfΣ / N, where ΔfΣ is the operating frequency band of the analyzer.

Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются последовательно по свету включенные лазер, низкочастотный АО дефлектор, управляемый сигналом, формируемым устройством управления, высокочастотный АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, регистрирующее устройство - фотоприемник, а также измеритель временных интервалов с устройством управления.Signs of an analogue that coincide with the features of the present invention are a laser connected in sequence, a low-frequency AO deflector controlled by a signal generated by a control device, a high-frequency AO deflector, the measured radio signal being fed to its electrical input, a photodetector recording device, and a time interval meter with control device.

Известен АО анализатор спектра со считыванием продифрагированного светового распределения с помощью вспомогательного (зеркального, биморфного) дефлектора; он опубликован в кн.: Акустооптические устройства спектрального и корреляционного анализа сигналов // С.В. Кулаков. - Л.: Наука. - 1978. - 144 с. - на стр. 38. Устройство-аналог (см. фиг.2) содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер, коллиматор, сигнальный АО дефлектор, интегрирующую линзу, вспомогательный дефлектор и фотоприемник, причем фотоприемник соединен с входом измерителя временных интервалов, в качестве которого применяется осциллограф, осуществляющий на экране развертку интенсивности светового распределения, несущего информацию о квадрате модуля спектральной плотности анализируемого сигнала. В данном аналоге временное местоположение (координата) максимума спектральной плотности мощности входного радиосигнала однозначно связано с его центральной частотой. Признаками этого аналога, общими с заявляемым изобретением, являются последовательно включенные лазер, коллиматор, сигнальный АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующая линза, вспомогательный дефлектор, управляемый сигналом, формируемым устройством управления, фотоприемник и измеритель временных интервалов, один из входов которого соединен с устройством управления.Known AO spectrum analyzer with reading diffracted light distribution using an auxiliary (mirror, bimorph) deflector; it is published in the book: Acousto-optical devices for spectral and correlation signal analysis // S.V. Kulakov. - L .: Science. - 1978. - 144 p. - on page 38. An analog device (see figure 2) contains a laser, a collimator, an AO signal deflector, an integrating lens, an auxiliary deflector and a photodetector sequentially located on the optical axis, the photodetector connected to the input of the time interval meter, which an oscilloscope is used, which carries out a scan of the intensity of the light distribution on the screen, which carries information about the square of the spectral density module of the analyzed signal. In this analogue, the temporary location (coordinate) of the maximum spectral power density of the input radio signal is uniquely related to its central frequency. The features of this analogue, common with the claimed invention, are a series-connected laser, a collimator, a signal AO deflector, to the electrical input of which a measured radio signal is supplied, an integrating lens, an auxiliary deflector controlled by a signal generated by the control device, a photodetector and a time interval meter, one of the inputs which is connected to the control device.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является недостаточная точность измерения частоты, что обусловлено, главным образом, использованием в данном аналоге в качестве измерителя временных интервалов осциллографа.The reason that impedes the achievement of the required technical result is the lack of accuracy in measuring the frequency, which is mainly due to the use of an oscilloscope in this analog as a time meter.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: панорамный АО приемник-частотомер, описанный в статье: Роздобудько В.В. Акустооптический СВЧ частотомер последовательного типа // Радиотехника. - 1991. - №12. - с.81-86. Устройство-прототип (см. фиг.3) в своем составе содержит последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, управляющий АО дефлектор, оптическую систему переноса изображения, сигнальный АО дефлектор, оптическую согласующую систему и широкоапертурный фотоприемник, соединенный с одним из входов измерителя временных интервалов, а также формирователь импульсов и генератор управляющих сигналов, в качестве которого применяется генератор линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, перестраиваемый в полосе частот ΔΩ; в устройстве-прототипе входной радиосигнал подается на электрический вход сигнального АО дефлектора и на вход формирователя импульсов, выход которого соединен со входом генератора управляющих сигналов, включенного на электрический вход управляющего АО дефлектора и одновременно на второй вход измерителя временных интервалов.The closest in technical essence to the claimed device is a prototype device: panoramic AO receiver-frequency meter described in the article: V. Rozdobudko Acoustooptic microwave frequency counter of sequential type // Radio engineering. - 1991. - No. 12. - p. 81-86. The prototype device (see Fig. 3) in its composition contains a laser located sequentially in the light, a collimator, a control AO deflector, an optical image transfer system, a signal AO deflector, an optical matching system and a wide-aperture photodetector connected to one of the inputs of the time interval meter as well as a pulse shaper and a control signal generator, which is used as a linear frequency-modulated (LFM) signal generator tunable in the ΔΩ frequency band; In the prototype device, the input radio signal is supplied to the electrical input of the signal AO deflector and to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the input of the generator of control signals connected to the electrical input of the control AO deflector and simultaneously to the second input of the time interval meter.

Признаками выбранного прототипа, общими с заявляемым изобретением, являются последовательно по свету включенные лазер, коллиматор, управляющий АО дефлектор, оптическая система переноса изображения, сигнальный АО дефлектор, оптическая согласующая система и широкоапертурный фотоприемник, нагруженный на вход измерителя временных интервалов, а также формирователь импульсов и генератор управляющих сигналов.The features of the selected prototype, common with the claimed invention, are a laser, a collimator, a control AO deflector, an optical image transfer system, a signal AO deflector, an optical matching system and a wide-aperture photodetector loaded at the input of the time interval meter, as well as a pulse shaper and control signal generator.

Конкретно же работа устройства прототипа связана с применением в его составе сигнального АО дефлектора, функционирующего в так называемом режиме авторасстройки, теория которого изложена в работах: Роздобудько В.В. Полоса взаимодействия в акустооптических дефлекторах в режиме авторасстройки // Изв. ВУЗов СССР - Радиоэлектроника. - 1991. - №8. - с.53-56; Баренбойм А.Б., Невский Ю.Е. Режим авторасстройки угла Брэгга в акустооптических ячейках с многоэлементными пьезопреобразователями // Радиофизика. - 1989. - №1. - с.125-128.Specifically, the operation of the prototype device is associated with the use in its structure of a signal AO deflector operating in the so-called auto-detuning mode, the theory of which is described in the works: V. Rozdobudko Interaction band in acousto-optical deflectors in the auto-tuning mode // Izv. Universities of the USSR - Radioelectronics. - 1991. - No. 8. - p. 53-56; Barenboim A.B., Nevsky Yu.E. Auto-tuning mode of the Bragg angle in acousto-optic cells with multi-element piezoelectric transducers // Radiophysics. - 1989. - No. 1. - p. 125-128.

Устройство-прототип работает следующим образом. Передним фронтом измеряемого входного радиосигнала формируется импульс запуска генератора управляющих (ЛЧМ) сигналов и измерителя временных интервалов. Под действием ЧМ колебаний управляющий АО дефлектор сканирует угол падения света и, соответственно, перестраивает частотную область АО взаимодействия сигнального АО дефлектора. Широкоапертурный фотоприемник “откликается” в момент совпадения частоты входного сигнала и перестраиваемой узкополосной частотной области АО взаимодействия. Выход широкоапертурного фотоприемника соединен со вторым входом измерителя временных интервалов. При этом длительность регистрируемого временного интервала отсчитывается от момента запуска измерителя временных интервалов до момента появления отклика с выхода фотоприемника. Таким образом, в прототипе формируется временной интервал, пропорциональный частоте входного радиосигнала, который и фиксируется измерителем временных интервалов.The prototype device operates as follows. The leading edge of the measured input radio signal generates a start pulse of the generator of control (LFM) signals and the meter of time intervals. Under the influence of FM oscillations, the controlling AO deflector scans the angle of incidence of light and, accordingly, reconstructs the frequency domain AO of the interaction of the signal AO deflector. The wide-aperture photodetector “responds” when the frequency of the input signal coincides with the tunable narrow-band frequency region of the AO interaction. The output of the wide-aperture photodetector is connected to the second input of the time interval meter. In this case, the duration of the recorded time interval is counted from the time the meter starts time intervals until the response from the output of the photodetector. Thus, in the prototype, a time interval is formed proportional to the frequency of the input radio signal, which is recorded by the time interval meter.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности измерения частоты радиосигналов.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of measuring the frequency of radio signals.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в повышении точности измерения частоты на порядок в сопоставлении с прототипом и аналогами.The technical result achieved by the implementation of the invention is to increase the accuracy of frequency measurement by an order of magnitude in comparison with the prototype and analogues.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в панорамный акустооптический приемник-частотомер после оптической согласующей системы по направлению дифрагированного луча света дополнительно введены следующие элементы: светоделитель, линейка фотоприемников (ФПУ), набор видеоусилителей, набор пороговых устройств, решающее устройство и сумматор. Функциональное назначение набора перечисленных элементов состоит в уточнении частоты измеряемого радиосигнала в пределах диапазона рабочих частот, задаваемого управляющим дефлектором для одного из углов падения света на сигнальный акустооптический дефлектор.The claimed technical result is achieved due to the fact that the following elements are additionally introduced into the panoramic acousto-optical receiver-frequency meter after the optical matching system in the direction of the diffracted light beam: a beam splitter, a line of photodetectors (FPU), a set of video amplifiers, a set of threshold devices, a resolving device and an adder. The functional purpose of the set of the listed elements is to clarify the frequency of the measured radio signal within the range of operating frequencies specified by the control deflector for one of the angles of incidence of light on the signal acousto-optic deflector.

Для достижения технического результата в панорамный акустооптический приемник-частотомер, содержащий последовательно по свету включенные лазер, коллиматор, управляющий акустооптический дефлектор, оптическую систему переноса изображения, сигнальный акустооптический дефлектор, оптическую согласующую систему и широкоапертурный фотоприемник, соединенный с одним из входов измерителя временных интервалов, а также последовательно включенных формирователя импульсов и генератора управляющих сигналов, подаваемых на вход управляющего акустооптического дефлектора, причем входной радиосигнал в приемнике-частотомере подается на электрический вход сигнального акустооптического дефлектора и одновременно на вход формирователя импульсов, выход которого нагружен на второй вход измерителя временных интервалов, в него после оптической согласующей системы по направлению дифрагированного луча света последовательно включены светоделитель, линейка фотоприемников, набор видеоусилителей, набор пороговых устройств, решающее устройство и сумматор, причем выходы линейки фотоприемников последовательно соединены с набором видеоусилителей, набором пороговых устройств и решающим устройством, выход которого, а также выход измерителя временных интервалов соединены со входом сумматора.To achieve a technical result, a panoramic acousto-optic receiver-frequency meter containing a laser connected in series through the light, a collimator, a control acousto-optic deflector, an optical image transfer system, an acousto-optic deflector, an optical matching system and a wide-aperture photodetector connected to one of the inputs of the time interval meter, and also sequentially included pulse shaper and a generator of control signals supplied to the input of the control ac a stooptic deflector, and the input radio signal in the receiver-frequency meter is fed to the electrical input of the signal acousto-optic deflector and simultaneously to the input of the pulse shaper, the output of which is loaded on the second input of the time interval meter, a beam splitter is connected in series after the optical matching system in the direction of the diffracted light beam, ruler photodetectors, a set of video amplifiers, a set of threshold devices, a deciding device and an adder, the outputs of the photodetector line ISRC connected in series with a set of video amplifier, and a set of threshold devices solver whose output, and output time slots meter connected to an input of the adder.

Для доказательства наличия причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим принцип работы прототипа и, в частности, работу сигнального АО дефлектора, функционирующего в так называемом режиме авторасстройки, характерном для акустооптических дефлекторов, в которых возбуждение звука осуществляется системой (решеткой) противофазных преобразователей, в том числе встречно-штыревых преобразователей (ВШП). В последнем случае в АО дефлекторах в качестве звукопровода применяются пьезоэлектрические кристаллы, а возбуждение ультразвука осуществляется системой металлических электродов непосредственно с поверхности пьезокристалла (см.: Роздобудько В.В. Исследование АЧХ акустооптического СВЧ дефлектора с возбуждением звука системой встречно-штыревых преобразователей // Изв. ВУЗов СССР -Радиоэлектроника. - 1991. - №9. - с.42-46).To prove the existence of a causal relationship between the claimed features and the achieved technical result, we consider the principle of operation of the prototype and, in particular, the operation of the signal AO deflector, which operates in the so-called auto-detuning mode, characteristic of acousto-optical deflectors in which sound is excited by an antiphase system (array) converters, including interdigital converters (IDT). In the latter case, piezoelectric crystals are used as sound ducts in AO deflectors, and ultrasound is excited by a system of metal electrodes directly from the surface of the piezocrystal (see: V. Rozdobudko, A.V. Study of the frequency response of an acousto-optical microwave deflector with sound excitation by an interdigital transducer system // Izv. Universities of the USSR - Radio Electronics. - 1991. - No. 9. - p. 42-46).

Рассмотрим эквидистантный ВШП - преобразователь, расположенный на поверхности изотропного пьезоэлектрика с кристаллографическими осями X, Y и Z, предположив, что его ширина L составляет много периодов - d (см. фиг.4), а высота в направлении оси Y значительно превосходит его остальные геометрические размеры.Consider an equidistant IDT transducer located on the surface of an isotropic piezoelectric with the crystallographic axes X, Y and Z, assuming that its width L is many periods - d (see figure 4), and the height in the direction of the Y axis is much greater than its other geometric sizes.

Каждая пара электродов ВШП может рассматриваться как источник объемных акустических волн, причем каждая пара электродов возбуждает звуковую волну, сдвинутую по фазе на 180° по сравнению с соседней.Each pair of IDT electrodes can be considered as a source of volumetric acoustic waves, and each pair of electrodes excites a sound wave phase-shifted 180 ° compared to the neighboring one.

В данном случае эти электроды представляют собой систему противофазных ненаправленных излучателей (встречающуюся в радионавигационных устройствах) с большой базой, поскольку d>>Λ, где Λ=ϑ/f - длина волны ультразвуковых колебаний.In this case, these electrodes are a system of out-of-phase non-directional emitters (found in radio navigation devices) with a large base, since d >> Λ, where Λ = ϑ / f is the wavelength of ultrasonic vibrations.

При этом полная мощность объемных волн, генерируемых ВШП, будет относительно большой в том случае, если волны, возбуждаемые отдельными электродами, будут суммироваться когерентно. Если d - период расположения электродов ВШП, то это условие будет удовлетворяться для объемной волны, распространяющейся под углом θ к поверхности расположения ВШП, так что длина генерируемой волны Λ=dcosθ.In this case, the total power of body waves generated by IDT will be relatively large if the waves excited by individual electrodes are summed coherently. If d is the period of the location of IDT electrodes, then this condition will be satisfied for a body wave propagating at an angle θ to the IDT surface, so that the wavelength generated is Λ = dcosθ.

Отсюда f=ϑ/dcosθ, где f - частота, ϑ - скорость объемной волны. Угловое распределение амплитуды звукового поля S(φ,z), излучаемого решеткой ВШП в дальней зоне, описывается выражениемHence f = ϑ / dcosθ, where f is the frequency, ϑ is the velocity of the body wave. The angular distribution of the amplitude of the sound field S (φ, z) emitted by the IDT lattice in the far zone is described by the expression

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

в котором Sn - амплитуды генерируемых объемных звуковых волн по направлениям φn;in which S n are the amplitudes of the generated volumetric sound waves in the directions φ n ;

эти направления определяются какthese areas are defined as

Figure 00000004
Figure 00000004

их общее число

Figure 00000005
определяется из условия
Figure 00000006
а амплитуды Sn изменяются по закону 2/nπ.their total number
Figure 00000005
determined from the condition
Figure 00000006
and the amplitudes S n vary according to the law 2 / nπ.

При этом амплитуды Sn, соответствующие n=±1, значительно превосходят остальные, потому выражение (1) можно записать в виде:In this case, the amplitudes S n corresponding to n = ± 1 significantly exceed the others, therefore, expression (1) can be written in the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
Where
Figure 00000008

S0 - амплитуда звуковой волны в плоскости расположения ВШП;S 0 - the amplitude of the sound wave in the plane of the IDT;

Figure 00000009
Figure 00000009

Каждый из двух лепестков диаграммы направленности (ДН) S(φ,z) ВШП в пределах δφ≈Λ/L=ϑ/fL, по направлениям φ±, изменяющихся с частотой как φ±=ϑ/2df, содержит (2/π)2 суммарной мощности Рак=(S0)2 звука, возбуждаемой в плоскости расположения ВШП.Each of the two lobes of the radiation pattern (ID) S (φ, z) of the IDT within δφ≈Λ / L = ϑ / fL, along the directions φ ± changing with frequency as φ ± = ϑ / 2df, contains (2 / π) 2 total power P ak = (S 0 ) 2 sound excited in the plane of the IDT.

В свою очередь, в приближении "плоского поля" взаимосвязь между мощностью акустических колебаний Рак и тангенциальной Ех составляющей электрического поля Е, действующего на верхней грани пьезоэлектрического кристалла, может быть выражена посредствомIn turn, in the approximation "flat-field" relationship between the power of the acoustic oscillations P ak and E x tangential component of the electric field E acting on the upper face of the piezoelectric crystal may be expressed by

Figure 00000010
Figure 00000010

где k - коэффициент электромеханической связи,where k is the electromechanical coupling coefficient,

ε - диэлектрическая проницаемость кристалла в направлении приложенного поля,ε is the dielectric constant of the crystal in the direction of the applied field,

(m-1)ab - площадь излучения с полем Ех,(m-1) ab is the radiation area with a field E x ,

b и а - длина и ширина электродов ВШП.b and a are the length and width of IDT electrodes.

Последнее может быть рассчитано по формулеThe latter can be calculated by the formula

Figure 00000011
Figure 00000011

где

Figure 00000012
Where
Figure 00000012

G(Δ) - параметр, определяемый выражением

Figure 00000013
G (Δ) is the parameter defined by the expression
Figure 00000013

Figure 00000014
- в данном случае эллиптический интеграл первого рода;
Figure 00000014
- in this case, an elliptic integral of the first kind;

Рm(cosΔ) - полином Лежандра.P m (cosΔ) is the Legendre polynomial.

Таким образом, из предпринятого рассмотрения следует, что ВШП в дальней зоне возбуждает два ультразвуковых пучка с одинаковой мощностью Рак, расходимостью, равной δφ=ϑ/fL, углы отклонения которых изменяются с частотой входного сигнала в соответствии φ±=ϑ/2df.Thus, from the consideration undertaken, it follows that the IDT in the far zone excites two ultrasonic beams with the same power P ak , divergence equal to δφ = ϑ / fL, the deviation angles of which vary with the frequency of the input signal in accordance with φ ± = ϑ / 2df.

При подаче на один из звуковых лучей лазерного излучения нормированная АЧХ АО взаимодействия может быть описана соотношениемWhen applying to one of the sound rays of laser radiation, the normalized AFC of the AO interaction can be described by the relation

Figure 00000015
Figure 00000015

в котором функция sincχ=sinχ/χ;in which the function sincχ = sinχ / χ;

m - в данном случае число электродов в ВШП;m - in this case, the number of electrodes in IDT;

F=(f-f0)/f0 - безразмерная частота;F = (ff 0 ) / f 0 - dimensionless frequency;

f0 - центральная частота АО взаимодействия, выбранная из условия θБ(f)=φ+(f);f 0 is the central frequency of the AO interaction, selected from the condition θ B (f) = φ + (f);

ΘП - нормированный к углу Брэгга на частоте f0 угол падения света на боковую грань АО дефлектора.Θ P is the angle of incidence of light on the side face of the AO deflector normalized to the Bragg angle at a frequency f 0

Из анализа соотношения (4) следует, что при работе АО дефлектора в режиме авторасстройки, т.е. с таким углом падения θП света, когда с изменением частоты угол падения света θП и угол отклонения одного из лучей ДН ВШП изменяются в противоположные стороны, центральная частота АО взаимодействия fц, равнаяFrom the analysis of relation (4) it follows that when the AO deflector is in auto-detun mode, i.e. with an incidence angle θ n of light when the change of frequency of light incidence angle θ R and the angle of deviation of rays Nam IDTs are changed in opposite directions, the center frequency f q AO interaction equal

Figure 00000016
Figure 00000016

где знаки ± соответствуют

Figure 00000017
where the signs ± correspond
Figure 00000017

перестраивается в пределах двух октав: от

Figure 00000018
до
Figure 00000019
rebuilds within two octaves: from
Figure 00000018
before
Figure 00000019

При этом полоса АО взаимодействия в первом приближении, равная ΔF=f0/(m-1), что также следует из соотношения (4), сохраняет свое постоянное значение во всем диапазоне перестройки, т.е. при всех углах падения света. Дифрагировавший свет локализован в пространстве в направлении θd1=λf0/nϑ, не зависящем от частоты входного сигнала, причем интервал изменения угла дифракции, в пределах которого интенсивность света отлична от нуля, составляетIn this case, the AO interaction band in the first approximation, equal to ΔF = f 0 / (m-1), which also follows from relation (4), retains its constant value in the entire tuning range, i.e. at all angles of incidence of light. The diffracted light is localized in space in the direction θd 1 = λf 0 / nϑ, independent of the frequency of the input signal, and the interval of variation of the diffraction angle, within which the light intensity is nonzero, is

Figure 00000020
Figure 00000020

Таким образом, наличие причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом определяется тем фактом, что в предлагаемом приемнике-частотомере значение частоты входного сигнала в пределах грубой частотной дискреты дополнительно уточняется путем включения в схему приемника линейки ФПУ, набора видеоусилителей, пороговых устройств и решающего устройства. При этом перечисленный набор элементов функционирует только потому, что, как показано выше, дифрагированный свет во всем диапазоне рабочих частот локализован в пространстве и изменяет свое направление только в пределах Δθd1 или в пределах грубой частотной дискреты ~ ΔF.Thus, the presence of a causal relationship between the claimed features and the achieved technical result is determined by the fact that in the proposed receiver-frequency meter, the value of the frequency of the input signal within the coarse frequency discrete is further clarified by including in the receiver circuit the FPU line, a set of video amplifiers, threshold devices and solver. Moreover, the listed set of elements functions only because, as shown above, diffracted light in the entire range of operating frequencies is localized in space and changes its direction only within Δθ d1 or within the coarse frequency discrete ~ ΔF.

На фиг.5 представлена структурная схема заявляемого панорамного АО приемника-частотомера, в котором обзор полосы рабочих частот ΔfΣ осуществляется последовательно за время Тобз с дискретностью ΔF, а при обнаружении в полосе ΔF радиосигнала его частота уточняется - измеряется параллельной частью приемника с повышенной точностью.Figure 5 presents a structural diagram of the inventive panoramic AO receiver-frequency meter, in which a review of the operating frequency band ΔfΣ is carried out sequentially during the time T review with discreteness ΔF, and if a radio signal is detected in the ΔF band, its frequency is specified - it is measured by the parallel part of the receiver with increased accuracy.

Позиции на фиг.5 обозначают: 1 - лазер, 2 - коллиматор, 3 -управляющий АО дефлектор, 4 - генератор управляющих сигналов, 5 - формирователь импульсов, 6 - оптическая система переноса изображения, 7 - сигнальный АО дефлектор, 8 - оптическая согласующая система, 9 - светоделитель, 10 - фотоприемник, 11 - измеритель временных интервалов, 12 - линейка фотоприемников, 13 - набор видеоусилителей, 14 - набор пороговых устройств, 15 - решающее устройство, 16 - сумматор.The positions in FIG. 5 indicate: 1 — laser, 2 — collimator, 3 — control AO deflector, 4 — control signal generator, 5 — pulse shaper, 6 — optical image transfer system, 7 — signal AO deflector, 8 — optical matching system , 9 - a beam splitter, 10 - a photodetector, 11 - a time interval meter, 12 - a line of photodetectors, 13 - a set of video amplifiers, 14 - a set of threshold devices, 15 - a decisive device, 16 - an adder.

Работает предлагаемый панорамный АО приемник-частотомер следующим образом.The proposed panoramic AO receiver-frequency meter operates as follows.

Лазерный источник света 1 с длиной волны λ через коллиматор 2, назначение которого состоит в формировании пучка света заданной геометрии, падает под углом Брэгга на управляющий АО дефлектор 3.A laser light source 1 with a wavelength λ through a collimator 2, the purpose of which is to form a light beam of a given geometry, falls at a Bragg angle onto the controlling AO deflector 3.

По приходу на вход панорамного АО приемника-частотомера измеряемого сигнала его передний фронт формирователем импульсов 5 инициирует запуск измерителя временных интервалов 11, который начинает отсчет времени. Одновременно формирователь импульсов 5 запускает генератор управляющих сигналов 4, который автоматически осуществляет запуск последовательности радиоимпульсов с разными частотами Ω1, Ω2, Ω3... заполнения и выходной мощностью P1, Р2, Р3....Upon arrival at the input of the panoramic AO receiver-frequency meter of the measured signal, its leading edge by the pulse shaper 5 initiates the start of the time interval meter 11, which starts the countdown. At the same time, the pulse shaper 5 starts the control signal generator 4, which automatically starts the sequence of radio pulses with different frequencies Ω 1 , Ω 2 , Ω 3 ... filling and output power P 1 , P 2 , P 3 ....

Набор частот и мощностей - Ωn, Рn, генерируемых генератором управляющих сигналов 4, таков, что при их подаче на пьезопреобразователь управляющего АО дефлектора 3, он последовательно формирует перестраиваемый по углу световой пучок, который, пройдя через оптическую систему переноса изображения 6, падает под разными углами θ1, θ2, θ3.... Этим углам падения соответствуют различные области АО взаимодействия в сигнальном АО дефлекторе 7. Выбор частот Ωn и углов падения θn таков, что им соответствующие частотные области одинаковой ширины ΔF=f0/(m-1) перекрываются на одинаковом уровне своей неравномерности.The set of frequencies and powers - Ω n , P n generated by the control signal generator 4, is such that when they are fed to the piezo transducer of the control AO deflector 3, it sequentially generates an angle-tunable light beam, which, passing through the optical image transfer system 6, falls at different angles θ 1 , θ 2 , θ 3 .... These angles of incidence correspond to different areas of AO interaction in the signal AO deflector 7. The choice of frequencies Ω n and angles of incidence θ n is such that the corresponding frequency regions of the same width ΔF = f 0 / (m-1) overlap at the same level of their unevenness.

При этом равенство интенсивностей дифрагированного света на выходе сигнального АО дефлектора 7 обеспечивается путем выбора (задания) уровней мощностей сигналов Р1, Р2, Р3.... Последнее иллюстрируется фиг.6, на верхней части которого - фиг.6,а - изображена сформированная генератором управляющих сигналов 4 последовательность радиоимпульсов с частотами заполнения Ωn, а на фиг.6,б показаны АЧХ сигнального АО дефлектора 7, имеющие место при различных углах падения света θn на его боковую грань.In this case, the equality of the intensities of diffracted light at the output of the signal AO of the deflector 7 is ensured by selecting (setting) the power levels of the signals P 1 , P 2 , P 3 .... The last is illustrated in Fig.6, on the upper part of which - Fig.6, and - shows a sequence of radio pulses generated by the control signal generator 4 with filling frequencies Ω n , and FIG. 6, b shows the frequency response of the signal AO of the deflector 7 taking place at different angles of incidence of light θ n on its side face.

Таким образом, сигнальным АО дефлектором 7 обеспечивается возможность формирования перестраиваемой по частоте узкополосной области АО взаимодействия, форма и параметры которой не изменяются в диапазоне рабочих частот.Thus, the signal AO deflector 7 provides the possibility of forming a frequency-tunable narrowband region of AO interaction, the shape and parameters of which do not change in the range of operating frequencies.

При попадании частоты измеряемого СВЧ радиосигнала в одну из этих областей лазерное излучение еще раз дифрагирует и с помощью оптической согласующей системы 8 через светоделитель 9 попадает на фотоприемник 10. Продетектированный световой сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника 10, прекращает работу измерителя временных интервалов 11.When the frequency of the measured microwave signal hits one of these areas, the laser radiation diffracts once more and, using the optical matching system 8, passes through the beam splitter 9 to the photodetector 10. The detected light signal taken from the output of the photodetector 10 stops the time interval meter 11.

Измерителем 11 формируется временной интервал, длительность которого с точностью до Δt/2 (или ΔF/2) пропорциональна частоте измеряемого сигнала.The meter 11 forms a time interval, the duration of which is accurate to Δt / 2 (or ΔF / 2) is proportional to the frequency of the measured signal.

Часть продифрагировавшего на измеряемом сигнале в сигнальном АО дефлекторе 7 лазерного излучения через светоделитель 9 попадает на линейку фотоприемников 12. С помощью набора видеоусилителей 13, набора пороговых устройств 14 и решающего устройства 15 определяется номер центрального из группы "засвеченных" фотодиодов в линейке фотоприемных устройств 12. Поскольку на линейку 12 с общим числом фотодиодов NΣ "приходится" полоса рабочих частот, равная ΔF, то точность регистрации частоты входного радиосигнала составляет 0,5 частотной дискреты или

Figure 00000021
Part of the laser radiation deflector 7 diffracted on the measured signal in the AO signal through the beam splitter 9 enters the line of photodetectors 12. Using a set of video amplifiers 13, a set of threshold devices 14 and a resolving device 15, the number of the central from the group of “illuminated” photodiodes in the line of photodetectors 12 is determined. Since the line 12 with the total number of photodiodes NΣ "has" a working frequency band equal to ΔF, the accuracy of recording the frequency of the input radio signal is 0.5 frequency samples or
Figure 00000021

Сказанное также иллюстрируется на фиг.6,б, где изображено дифрагированное пятно света, попадающее на линейку фотоприемников 12; местоположение максимума дифрагированного пятна света и соответствует несущей частоте измеряемого радиосигнала. С выхода измерителя временных интервалов - 11 сигнал в виде кода грубого значения частоты и с выхода решающего устройства - 15 сигнал в виде кода точного значения частоты поступает на входы сумматора 16, с выхода которого потребителю предъявляются частотные параметры измеряемого радиосигнала.The aforesaid is also illustrated in Fig.6b, where a diffracted spot of light is shown falling on a line of photodetectors 12; the location of the maximum of the diffracted spot of light and corresponds to the carrier frequency of the measured radio signal. From the output of the time interval meter - 11, the signal in the form of a code for the coarse frequency value and from the output of the resolver - 15, the signal in the form of a code for the exact frequency value is supplied to the inputs of the adder 16, from the output of which the frequency parameters of the measured radio signal are presented to the consumer.

В заключение оценим степень повышения точности измерения частоты и разрешения предлагаемым устройством.In conclusion, we evaluate the degree of increasing the accuracy of measuring the frequency and resolution of the proposed device.

В прототипе и аналогах эта точность, определяемая числом частотных областей АО взаимодействия - ΔF, укладывающихся в пределах полосы рабочих частот приемника ΔfΣ, составляет величину, равную ~ 0,5ΔF.In the prototype and analogs, this accuracy, determined by the number of frequency areas of AO interaction - ΔF, falling within the operating frequency band of the receiver ΔfΣ, is equal to ~ 0.5ΔF.

В предлагаемом частотомере точность определения частоты зависит от числа NΣ фотодиодов в применяемой линейке ФПУ и в абсолютном отношении составляет величину

Figure 00000022
In the proposed frequency meter, the accuracy of determining the frequency depends on the number NΣ of photodiodes in the FPU line used and in absolute terms is
Figure 00000022

Таким образом, увеличение точности будет равно Что касается частотного разрешения, то в предлагаемом АО приемнике значение этого параметра определяется размером временной апертуры сигнального АО дефлектора, которая может составить величину, равную единицам МГц и, таким образом, в десятки раз превысить частотное разрешение прототипа, равное 10-80 МГц.Thus, an increase in accuracy will be equal to As for the frequency resolution, in the proposed AO receiver, the value of this parameter is determined by the size of the time aperture of the signal AO deflector, which can be a value equal to units of MHz and, thus, tens of times higher than the frequency resolution of the prototype, equal to 10-80 MHz.

Предлагаемый панорамный акустооптический приемник-частотомер включает в себя набор элементов, параметры которых характерны для сегодняшнего промышленного уровня развития акустооптики. В частности, для диапазона частот (500-2000) МГц частотомер может быть выполнен на основе следующей отечественной акустооптической элементной базы.The proposed panoramic acousto-optical receiver-frequency meter includes a set of elements whose parameters are characteristic of the current industrial level of development of acousto-optics. In particular, for the frequency range (500-2000) MHz, the frequency meter can be made on the basis of the following domestic acousto-optical element base.

Лазер 1 целесообразно использовать газовый Ne-He, например, типов ЛГН-219, ЛГН-223, ЛГН-208, или полупроводниковый видимого (ИЛПН-207) или инфракрасного диапазона. Сигнальный акустооптический дефлектор для указанного диапазона частот может быть выполнен на основе такого материала, как LiNbO3. В качестве возбудителя звука в этом дефлекторе должна быть система противофазных преобразователей, например, выполненных на основе ZnO, или же возбуждение звука может осуществляться непосредственно с поверхности LiNbO3 системой электродов типа ВШП. Примеры практической реализации (в том числе промышленной) таких сигнальных дефлекторов известны: см., например, Роздобудько В.В. Исследование АЧХ акустооптического СВЧ дефлектора с возбуждением звука системой встречно-штыревых преобразователей // Радиоэлектроника. -1991. - №9. - с.42-46.Laser 1, it is advisable to use a gas Ne-He, for example, types LGN-219, LGN-223, LGN-208, or semiconductor visible (ILPN-207) or infrared. The signal acousto-optical deflector for the specified frequency range can be made on the basis of such material as LiNbO 3 . The sound exciter in this deflector must be a system of antiphase converters, for example, made on the basis of ZnO, or the sound can be excited directly from the surface of LiNbO 3 by a system of IDT type electrodes. Examples of the practical implementation (including industrial) of such signal deflectors are known: see, for example, V. Rozdobudko Investigation of the frequency response of an acousto-optical microwave deflector with sound excitation by a system of interdigital transducers // Radioelectronics. -1991. - No. 9. - p. 42-46.

Управляющий АО дефлектор 3 - низкочастотный и высокоэффективный также может быть выполнен на основе LiNbO3 или ТеО2; не исключена возможность применения промышленных АО дефлекторов, например, типа МЛ-201 и др.AO control deflector 3 - low-frequency and high-performance can also be made on the basis of LiNbO 3 or TeO 2 ; the possibility of using industrial AO deflectors, for example, such as ML-201, etc.

В качестве фотоприемника 10 целесообразно применение p-i-n либо лавинного фотодиодов типа ЛФД-2.As the photodetector 10, it is advisable to use p-i-n or avalanche photodiodes of the LFD-2 type.

Линейка фотоприемников 13 может быть реализована на основе отечественных фотоматриц типов ФПУ-14 или МФ-14. Что касается измерителя временных интервалов 11, то его реализация возможна, например, на основе счетчика калиброванных импульсов. В этом случае инициирование начала отсчета временного интервала осуществляется формирователем импульсов 5, а концом измеряемого временного интервала является короткий импульс, снимаемый с выхода фотоприемника 10. По количеству тактовых импульсов, вырабатываемых счетчиком, можно судить о длительности временного интервала и соответственно о частоте радиосигнала на входе панорамного АО приемника-частотомера.The line of photodetectors 13 can be implemented on the basis of domestic photomatrix types FPU-14 or MF-14. As for the time interval meter 11, its implementation is possible, for example, on the basis of a calibrated pulse counter. In this case, the start of the reference time interval is carried out by the pulse shaper 5, and the end of the measured time interval is a short pulse taken from the output of the photodetector 10. By the number of clock pulses generated by the counter, one can judge the duration of the time interval and, accordingly, the frequency of the radio signal at the panoramic input AO receiver-frequency meter.

К оптическим элементам, входящим в заявляемое устройство, особых требований не предъявляется: коллиматор 2, оптическая система переноса изображения 6, оптическая согласующая система 8 и светоделитель 9 могут быть выполнены по стандартной технологии, например, из стекла марки К8. В качестве коллиматора 2 возможно применение стандартного объектива.To the optical elements included in the claimed device, there are no special requirements: a collimator 2, an optical image transfer system 6, an optical matching system 8 and a beam splitter 9 can be made by standard technology, for example, from K8 glass. As a collimator 2, the use of a standard lens is possible.

Claims (1)

Панорамный акустооптический приемник-частотомер, содержащий последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, управляющий акустооптический дефлектор, оптическую систему переноса изображения, сигнальный акустооптический дефлектор, оптическую согласующую систему и широкоапертурный фотоприемник, соединенный с одним из входов измерителя временных интервалов, а также формирователь импульсов, который запускает генератор управляющих сигналов, подаваемых на вход управляющего акустооптического дефлектора, причем входной радиосигнал в приемнике-частотомере подается на электрический вход сигнального акустооптического дефлектора и одновременно на вход формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом измерителя временных интервалов, отличающийся тем, что в него после оптической согласующей системы по направлению дифрагированного луча света включены светоделитель, линейка фотоприемников, набор видеоусилителей, набор пороговых устройств, решающее устройство и сумматор, причем выходы линейки фотоприемников последовательно нагружены на набор видеоусилителей, набор пороговых устройств и решающее устройство, выход которого, а также выход измерителя временных интервалов включены на вход сумматора.A panoramic acousto-optical receiver-frequency meter containing a laser sequentially located throughout the world, a collimator, a control acousto-optical deflector, an optical image transfer system, an acousto-optic deflector, an optical matching system and a wide-aperture photodetector connected to one of the inputs of the time interval meter, as well as a pulse shaper, which starts the generator of control signals supplied to the input of the control acousto-optical deflector, and the input radio the signal in the receiver-frequency meter is fed to the electrical input of the signal acousto-optical deflector and simultaneously to the input of the pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the time interval meter, characterized in that a beam splitter, a line of photodetectors, are included in it after the optical matching system in the direction of the diffracted light beam, a set of video amplifiers, a set of threshold devices, a solver and an adder, and the outputs of the line of photodetectors are sequentially loaded onto the set video amplifiers, a set of threshold devices and a deciding device, the output of which, as well as the output of the time interval meter, are included at the input of the adder.
RU2001129738/09A 2001-11-02 2001-11-02 Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter RU2234708C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001129738/09A RU2234708C2 (en) 2001-11-02 2001-11-02 Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001129738/09A RU2234708C2 (en) 2001-11-02 2001-11-02 Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001129738A RU2001129738A (en) 2003-07-10
RU2234708C2 true RU2234708C2 (en) 2004-08-20

Family

ID=33412151

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001129738/09A RU2234708C2 (en) 2001-11-02 2001-11-02 Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234708C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РОЗДОБУДЬКО В.В. Акустооптический СВЧ-частотомер последовательного типа. Радиотехника, 1991, №12, с.81-86. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4126047A (en) Surface acoustic wave rate sensor and position indicator
US4296348A (en) Interdigitated electrode ultrasonic transducer
US3962673A (en) System for reading acoustic images
RU2234708C2 (en) Panoramic acoustic-optical receiver-wavemeter
US4034288A (en) System for measuring the frequency of an electrical signal
US3979700A (en) Video processor
SU1308892A1 (en) Method of determining propagation velocity of surface acoustic waves
GB2168525A (en) Dye laser
RU2171997C2 (en) Acoustic meter of radio signal parameters
JPH0670656B2 (en) Spectrum analyzer
RU75761U1 (en) ACOUSTOPTIC RADIO SIGNAL METER
SU1270716A1 (en) Versions of acoustical-optical frequency meter
RU2009513C1 (en) Acoustic-optic spectrum analyzer
RU2340909C1 (en) Acoustic device for measuring frequency of radio signals
JPS60107530A (en) Acousto-optical spectrum analyzer
RU2185607C1 (en) Procedure measuring ultrasound velocity in crystals
JP2861295B2 (en) Surface wave velocity distribution measuring method and apparatus
RU2182337C1 (en) High-precision acoustooptical meter of speed of re-tuning of frequency-modulated signals
SU979883A1 (en) Surface acoustic wave amplitude measuring method
RU2031426C1 (en) Method of scanning light beam
JP2535216B2 (en) Optical spectrum analyzer
SU723795A1 (en) Electric measuring instrument
SU658469A1 (en) Ultrasonic differential piezoelectric transducer
RU27231U1 (en) ACOUSTOPTIC RECEIVER-FREQUENCY METER
RU2029237C1 (en) Acoustic angle sensor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041103