RU2501157C2 - Apparatus for generating chirp signals - Google Patents

Apparatus for generating chirp signals Download PDF

Info

Publication number
RU2501157C2
RU2501157C2 RU2012104485/08A RU2012104485A RU2501157C2 RU 2501157 C2 RU2501157 C2 RU 2501157C2 RU 2012104485/08 A RU2012104485/08 A RU 2012104485/08A RU 2012104485 A RU2012104485 A RU 2012104485A RU 2501157 C2 RU2501157 C2 RU 2501157C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
optical
input
optic
output
Prior art date
Application number
RU2012104485/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012104485A (en
Inventor
Константин Евгеньевич Румянцев
Андрей Викторович Кукуяшный
Юрий Владимирович Зачиняев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (ЮФУ)
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (ЮФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (ЮФУ)
Priority to RU2012104485/08A priority Critical patent/RU2501157C2/en
Publication of RU2012104485A publication Critical patent/RU2012104485A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2501157C2 publication Critical patent/RU2501157C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: apparatus includes a transmitting optical unit, a fibre-optic splitter with N outputs, N binary fibre-optic structures, (N-1) fibre-optic delay lines, a fibre-optic connector with N inputs, an optical amplifier, a receiving optical unit, a band-pass filter, an amplitude limiter, an electronic amplifier and a low-pass filter.
EFFECT: high rate of frequency modulation, which is equivalent to reducing the duration of a chirp signal while maintaining high values of the radio signal base.
15 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технике формирования радиосигналов и может быть использовано в радиолокации, защищенной связи, радиовидении, георазведке и т.п.The present invention relates to techniques for the formation of radio signals and can be used in radar, secure communications, radio, geo-reconnaissance, etc.

Известно устройство формирования линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов [Патент 4633185 US, МКИ H03K 005/159, Hugh McPherson (Великобритания); John P. Blakely (Великобритания)].A device for generating linear frequency-modulated (LFM) signals is known [US Patent 4633185, MKI H03K 005/159, Hugh McPherson (Great Britain); John P. Blakely (UK)].

Устройство формирования включает последовательно соединенные генератор одиночных импульсов, линию задержки на поверхностных акустических волнах, амплитудный ограничитель, электронный усилитель и экспандер. Управляющий вход генератора одиночных импульсов является входом формирователя, выходом которого является выход экспандера.The forming device includes a serially connected single pulse generator, a delay line on surface acoustic waves, an amplitude limiter, an electronic amplifier, and an expander. The control input of the single pulse generator is the input of the shaper, the output of which is the output of the expander.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решении, являются последовательно соединенные амплитудный ограничитель и электронный усилитель.Signs of an analogue that coincide with the features of the claimed technical solution are series-connected amplitude limiter and electronic amplifier.

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- ограничение сверху значения центральной частоты ЛЧМ-сигнала;- upper limit of the central frequency of the chirp signal;

- ограничение сверху значения девиации частоты ЛЧМ-сигнала;- upper limit on the value of the frequency deviation of the chirp signal;

- невозможность формирования радиоимпульсов с внутриимпульсной ЛЧМ наносекундной длительности с центральной частотой более 1,5 ГГц;- the impossibility of the formation of radio pulses with intrapulse LFM nanosecond duration with a central frequency of more than 1.5 GHz;

- ограничение скорости частотной модуляции.- speed limitation of frequency modulation.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в ограниченных возможностях линий задержки на поверхностных акустических волнах. Большое затухание и ограниченные возможности фотолитографии микронной технологии (на частоте 1 ГГц требуется разрешение 1 мкм) затрудняют создание приборов на поверхностных акустических волнах на частотах более 1,5 ГГц, что не позволяет формировать сигналы с ЛЧМ в диапазоне выше 1,5 ГГц. При этом относительная полоса пропускания линии задержки на поверхностных акустических волнах колеблется от 1 до 100%, что ограничивает девиацию частоты формируемого ЛЧМ-сигнала значением 1,5 ГГц.The reasons that impede the achievement of the required technical result are the limited capabilities of the delay lines on surface acoustic waves. The high attenuation and limited capabilities of micron technology photolithography (at a frequency of 1 GHz requires a resolution of 1 μm) make it difficult to create devices on surface acoustic waves at frequencies of more than 1.5 GHz, which does not allow the generation of chirp signals in the range above 1.5 GHz. In this case, the relative passband of the delay line on surface acoustic waves varies from 1 to 100%, which limits the frequency deviation of the generated LFM signal to 1.5 GHz.

Учитывая, что длительность сигнала на выходе генератора одиночных импульсов значительно меньше длительности формируемого сигнала (в 20-30 раз), то можно заключить, что с учетом выше обозначенного ограничения длительность формируемых импульсов превышает 18 нс, при этом центральная частота формируемого сигнала не превышает значения 1,5 ГГц.Considering that the duration of the signal at the output of the single pulse generator is much shorter than the duration of the generated signal (20-30 times), it can be concluded that, taking into account the above-mentioned limitation, the duration of the generated pulses exceeds 18 ns, while the central frequency of the generated signal does not exceed 1 5 GHz.

Ограничения девиации частоты и длительности формируемых сигналов не позволяют получить высоких значений скорости частотной модуляции.Limitations of the frequency deviation and the duration of the generated signals do not allow to obtain high values of the frequency modulation speed.

Известно также устройство формирования ЛЧМ-сигналов [Патент 5428361 118, МКИ G01S 7/28; H03B 23/00; Charles H. Hightower (США), Ralph I. Kratzer (США)].A device for generating chirp signals is also known [Patent 5428361 118, MKI G01S 7/28; H03B 23/00; Charles H. Hightower (USA), Ralph I. Kratzer (USA)].

Устройство формирования включает в себя кварцевый генератор, делитель частоты на 4, делитель частоты на 5, умножитель частоты на 2, два фазовых детектора, два частотно-фазовых детектора, двенадцать электронных усилителей, четыре перемножителя, два петлевых фильтра, три генератора, управляемых напряжением, два изолятора, четыре делителя мощности, три аттенюатора, два программируемых делителя, полосовой фильтр, блок синхронизации и управления, экспандер, два селектора модуляционной характеристики, блок шумоподавления, селектор фазовой автоподстройки частоты генератора.The forming device includes a crystal oscillator, a frequency divider by 4, a frequency divider by 5, a frequency multiplier by 2, two phase detectors, two frequency-phase detectors, twelve electronic amplifiers, four multipliers, two loop filters, three voltage-controlled oscillators, two isolators, four power dividers, three attenuators, two programmable dividers, a bandpass filter, a synchronization and control unit, an expander, two modulation characteristic selectors, a noise reduction unit, a phase auto selector frequency adjustment of the generator.

Входом формирователя является управляющий вход кварцевого генератора, выходом формирователя является выход четвертого перемножителя.The input of the shaper is the control input of the crystal oscillator, the output of the shaper is the output of the fourth multiplier.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются полосовой фильтр и электронный усилитель.Signs of an analogue that coincide with the features of the claimed technical solution are a band-pass filter and an electronic amplifier.

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- невозможность формирования импульсов наносекундной длительности;- the impossibility of the formation of pulses of nanosecond duration;

- ограничение сверху девиации частоты ЛЧМ-сигнала;- upper limitation of the frequency deviation of the chirp signal;

- ограничение скорости частотной модуляции;- speed limitation of frequency modulation;

- сложность устройства.- the complexity of the device.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем.The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows.

Схема технического решения не предусматривает формирования сигналов наносекундной длительности, поскольку результирующий импульс складывается из подымпульсов с целью увеличения базы сигнала. Недостаточная широкополосность фазовых детекторов и генератора, управляемого напряжением, ограничивает девиацию формируемого сигнала и также не позволяет обеспечить наносекундную длительность формируемого сигнала.The technical solution scheme does not provide for the formation of signals of nanosecond duration, since the resulting pulse is composed of sub-pulses in order to increase the signal base. The insufficient broadband of the phase detectors and the voltage-controlled generator limits the deviation of the generated signal and also does not allow for the nanosecond duration of the generated signal.

Ограничения длительности и девиации частоты формируемых сигналов не позволяют получить высоких значений скорости частотной модуляции.Limitations of the duration and frequency deviation of the generated signals do not allow to obtain high values of the frequency modulation speed.

Большое число обратных связей в устройстве приводит к сокращению быстродействия формирователя и дополнительному затуханию сигнала. Большое количество перемножителей в устройстве вносит дополнительное искажение сигнала и предъявляет высокие требования к стабильности частоты кварцевого генератора.A large number of feedbacks in the device leads to a reduction in the speed of the driver and additional attenuation of the signal. A large number of multipliers in the device introduces additional signal distortion and makes high demands on the frequency stability of the crystal oscillator.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому является формирователь частотно-модулированных сигналов [Патент 2282302 RU, МКИ H03C 3/00, Борцов А.А. (РФ), Ильин Ю.Б. (РФ)].Of the known technical solutions, the closest in technical essence to the claimed one is the driver of frequency-modulated signals [Patent 2282302 RU, MKI H03C 3/00, A. Bortsov (RF), Ilyin Yu.B. (RF)].

Формирователь частотно-модулированных сигналов состоит из генератора, функционального преобразователя и фазового интерферометра, имеющего три входа и один выход и может также формировать ЛЧМ-сигналы.The frequency-modulated signal generator consists of a generator, a functional converter and a phase interferometer having three inputs and one output and can also generate chirp signals.

Генератор подсоединен к первому входу дефлектора в функциональном преобразователе. Функциональный преобразователь состоит из дефлектора, имеющего два входа и один выход, первого приемного оптического модуля, первого электронного усилителя, имеющего один вход и два выхода, передающего оптического модуля, включенного в первый выход первого электронного усилителя, двух световодов. При этом один из световодов по выходу оптически сопряжен с первым приемным оптическим модулем, другой световод по входу оптически сопряжен с передающим оптическим модулем, а по выходу с дефлектором. В функциональный преобразователь дополнительно введены фазовращатель, второй вход которого соединен с выходом приемника, фильтр низких частот, три направленных ответвителя, четыре световода, один из которых с полимерной оболочкой. При этом фазовый интерферометр подключен входами к вторым выходам направленных ответвителей, а его выход - к второму входу фазовращателя. Фильтр низких частот расположен между фазовращателем и первым электронным усилителем, второй выход которого является выходом функционального преобразователя. Три световода расположены последовательно таким образом, что один из них по входу оптически сопряжен с выходом дефлектора, причем световод с полимерной оболочкой расположен между двумя другими. При этом направленные ответвители подключены последовательно так, что первый и третий оптически сопряжен соответственно по выходу и по входу со световодами, первый и второй направленные ответвители жестко связаны между собой, а второй и третий - посредством расположенного между ними световода.The generator is connected to the first input of the deflector in the functional converter. The functional converter consists of a deflector having two inputs and one output, a first receiving optical module, a first electronic amplifier having one input and two outputs, a transmitting optical module included in the first output of the first electronic amplifier, two optical fibers. In this case, one of the optical fibers at the output is optically coupled to the first receiving optical module, the other optical fiber at the input is optically coupled to the transmitting optical module, and at the output with the deflector. A phase shifter is additionally introduced into the functional converter, the second input of which is connected to the output of the receiver, a low-pass filter, three directional couplers, four optical fibers, one of which is with a polymer sheath. In this case, the phase interferometer is connected by inputs to the second outputs of the directional couplers, and its output is connected to the second input of the phase shifter. A low-pass filter is located between the phase shifter and the first electronic amplifier, the second output of which is the output of the functional converter. Three optical fibers are arranged in series so that one of them is optically coupled to the deflector output at the input, and a fiber with a polymer cladding is located between the other two. In this case, the directional couplers are connected in series so that the first and third optically coupled respectively to the output and input from the optical fibers, the first and second directional couplers are rigidly connected to each other, and the second and third through the optical fiber located between them.

Передающий оптический модуль содержит оптический источник и модулятор, первый вход которого является входом передающего оптического модуля, второй вход связан с оптическим источником. Выход модулятора является выходом источника излучения.The transmitting optical module contains an optical source and a modulator, the first input of which is the input of the transmitting optical module, the second input is connected to the optical source. The output of the modulator is the output of the radiation source.

Фазовый интерферометр выполнен по двухплечевой схеме и содержит два фазовращателя, три световода, два приемных оптических модуля, один из которых имеет два входа и один выход, два усилителя и смеситель, имеющий два входа и выход, при этом второй и третий фазовращатели входами подключены ко вторым выходам соответственно третьего и второго направленных ответвителей, а выходами - ко второму приемнику, который, в свою очередь, подключен ко второму усилителю, причем между фазовращателями и вторым приемником установлены световоды, а третий приемник подключен ко второму выходу первого направленного ответвителя и между ними установлен световод, при этом второй усилитель и третий приемник подключены соответственно к первому и второму входам смесителя, который, в свою очередь, подключен к третьему усилителю, передающему сигнал на второй вход первого фазовращателя.The phase interferometer is designed according to a two-arm scheme and contains two phase shifters, three optical fibers, two receiving optical modules, one of which has two inputs and one output, two amplifiers and a mixer having two inputs and an output, while the second and third phase shifters are connected to the second by inputs the outputs of the third and second directional couplers, respectively, and the outputs to the second receiver, which, in turn, is connected to the second amplifier, with optical fibers installed between the phase shifters and the second receiver, and the third receiver The detector is connected to the second output of the first directional coupler and a fiber is installed between them, while the second amplifier and the third receiver are connected respectively to the first and second inputs of the mixer, which, in turn, is connected to the third amplifier, which transmits a signal to the second input of the first phase shifter.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемою технического решения, являются приемный оптический модуль, передающий оптический модуль, электронный усилитель и фильтр низких частот.The signs of the prototype, coinciding with the features of the claimed technical solution, are a receiving optical module, a transmitting optical module, an electronic amplifier and a low-pass filter.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- ограничение снизу длительности формируемых ЛЧМ-радиосигналов;- lower restriction on the duration of the generated LFM radio signals;

- ограничение сверху девиации частоты ЛЧМ-радиосигнала;- upper limitation of the frequency deviation of the chirp radio signal;

- ограничение скорости частотной модуляции;- speed limitation of frequency modulation;

- сложность устройства.- the complexity of the device.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в следующем.The reasons that impede the achievement of the required technical result are as follows.

Применение акустооптического дефлектора на основе оксида теллура не позволяет управлять дефлектором с частотой выше 200 МГц, что ограничивает минимальную длительность формируемого сигнала (с учетов приведенного значения частоты управляющего сигнала и задержек в тракте устройства минимальная длительность формируемого сигнала составляет не менее 30 нс).The use of an acousto-optical deflector based on tellurium oxide does not allow controlling the deflector with a frequency above 200 MHz, which limits the minimum duration of the generated signal (taking into account the reduced value of the control signal frequency and delays in the device path, the minimum duration of the generated signal is at least 30 ns).

Девиация частоты в прототипе ограничена верхней рабочей частотой электрооптического модулятора, входящего в состав передающего оптического модуля, значение которой для современных серийных моделей на основе заявленного в прототипе материала составляет порядка 8 ГГц.The frequency deviation in the prototype is limited by the upper operating frequency of the electro-optical modulator, which is part of the transmitting optical module, the value of which for modern serial models based on the material declared in the prototype is about 8 GHz.

Ограничения длительности формируемых сигналов и девиации частоты не позволяют достичь высоких значений скорости частотной модуляции.Limitations of the duration of the generated signals and frequency deviation do not allow achieving high values of the frequency modulation rate.

Применение фазового интерферометра с высокой идентичностью длин плеч из-за сложности изготовления и настройки усложняет и удорожает устройство.The use of a phase interferometer with a high identity of shoulder lengths, due to the complexity of manufacturing and tuning, complicates and increases the cost of the device.

Применение фазовращателей предъявляет высокие требования к точности изготовления световодов.The use of phase shifters places high demands on the accuracy of manufacturing optical fibers.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении скорости частотной модуляции, что эквивалентно уменьшению длительности ЛЧМ-радиосигнала при сохранении высоких значений базы радиосигнала.The problem to which the invention is directed, is to increase the frequency modulation speed, which is equivalent to reducing the duration of the chirp radio signal while maintaining high values of the radio signal base.

Для достижения технического результата в известное устройство дополнительно введены волоконно-оптический разветвитель, N бинарных волоконно-оптических структур, (N-1) волоконно-оптических линий задержки, волоконно-оптический соединитель, оптический усилитель, полосовой фильтр и амплитудный ограничитель.To achieve a technical result, a fiber optic splitter, N binary fiber optic structures, (N-1) fiber optic delay lines, a fiber optic connector, an optical amplifier, a bandpass filter and an amplitude limiter are additionally introduced into the known device.

Технический результат достигается тем, что в устройство формирования ЛЧМ-сигналов, содержащее передающий оптический модуль, приемный оптический модуль, фильтр низких частот и электронный усилитель, дополнительно введены волоконно-оптический разветвитель с N оптическими выходами, N бинарных волоконно-оптических структур, (N-1) волоконно-оптических линий задержек, волоконно-оптический соединитель с N оптическими входами, оптический усилитель, полосовой фильтр и амплитудный ограничитель, причем оптический выход передающего оптического модуля соединен с оптическим входом волоконно-оптического разветвителя, первый выход которого через первую бинарную волоконно-оптическую структуру подключен к первому оптическому входу волоконно-оптического соединителя, второй выход волоконно-оптического разветвителя через последовательно соединенные вторую бинарную волоконно-оптическую структуру и первую волоконно-оптическую линию задержки подключен к второму входу волоконно-оптического соединителя, а i-й выход волоконно-оптического разветвителя через последовательно соединенные i-ю бинарную волоконно-оптическую структуру и (i-1)-ю волоконно-оптическую линию задержки подключен к i-му входу волоконно-оптического соединителя, оптический выход которого через оптический усилитель соединен с оптическим входом приемного оптического модуля, электрический выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, амплитудный ограничитель и электронный усилитель подключен к электрическому входу фильтра низких частот, причем все N бинарных волоконно-оптических структур содержат разделительный направленный волоконный ответвитель Y-типа, Q направленных волоконных ответвителей X-типа, (Q+1) дополнительных волоконно-оптических линий задержки и суммирующий направленный волоконный ответвитель Y-типа, причем вход разделительного направленного волоконного ответвителя Y-типа является входом бинарной волоконно-оптической структуры, первый выход которого объединен с первым входом первого направленного волоконного ответвителя X-типа, а второй выход через первую дополнительную волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом первого направленного волоконного ответвителя X-типа, первый выход которого соединен с первым входом второго направленного волоконного ответвителя Х-типа, а второй выход через вторую дополнительную волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом второго направленного волоконного ответвителя X-типа, причем первый выход j-го направленного волоконного ответвителя X-типа соединен с первым входом (j+1)-го направленного волоконного ответвителя Х-типа, а второй выход j-го направленного волоконного ответвителя X-типа через j-ю дополнительную волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом (j+1)-го направленного волоконного ответвителя Х-типа, причем первый выход последнего Q-го направленного волоконного ответвителя Х-типа соединен с первым входом суммирующего направленного волоконного ответвителя Y-типа, а второй выход последнего Q-го направленного волоконного ответвителя Х-типа через (Q+1)-ю волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом суммирующего направленного волоконного ответвителя Y-типа, причем выход фильтра низких частот является выходом устройства.The technical result is achieved by the fact that a fiber-optic splitter with N optical outputs, N binary fiber-optic structures, (N-A) is additionally introduced into the device for generating chirp signals, which contains a transmitting optical module, a receiving optical module, a low-pass filter and an electronic amplifier. 1) fiber-optic delay lines, a fiber-optic connector with N optical inputs, an optical amplifier, a band-pass filter and an amplitude limiter, the optical output of the transmitting optical the muzzle is connected to the optical input of the fiber optic splitter, the first output of which through the first binary fiber optic structure is connected to the first optical input of the fiber optic connector, the second output of the fiber optic splitter through the second binary optical fiber structure and the first fiber optic connected in series the delay line is connected to the second input of the fiber optic connector, and the i-th output of the fiber optic splitter through series-connected e i-th binary fiber-optic structure and (i-1) -th fiber-optic delay line is connected to the i-th input of the fiber-optic connector, the optical output of which is connected through the optical amplifier to the optical input of the receiving optical module, the electrical output of which through a series-connected bandpass filter, an amplitude limiter and an electronic amplifier are connected to the electrical input of the low-pass filter, and all N binary fiber-optic structures contain a dividing directional a Y-type curl coupler, Q-type X-directional fiber couplers, (Q + 1) additional fiber-optic delay lines and a summing Y-type directional fiber coupler, the input of a Y-type directional fiber coupler being an input of a binary optical fiber structure the first output of which is combined with the first input of the first directional X-type fiber coupler, and the second output is connected to the second input of the first direction through the first additional fiber-optic delay line X-type fiber coupler, the first output of which is connected to the first input of the second X-type directional fiber coupler, and the second output through the second additional fiber optic delay line is connected to the second input of the second X-type fiber coupler, the first output j- of the X-directional directional fiber coupler is connected to the first input of the (j + 1) -th X-type directional fiber coupler, and the second output of the jth X-type directional fiber coupler through the jth additional fiber the optical delay line is connected to the second input of the (j + 1) th directional X-type fiber coupler, the first output of the last Qth directional X-type fiber coupler being connected to the first input of the summing Y-type directional fiber coupler the output of the last Qth directional X-type fiber coupler through the (Q + 1) -th fiber optic delay line is connected to the second input of the summing directional Y-type fiber coupler, and the output of the low-pass filter is the output of the device Properties.

Анализ существенных признаков аналогов, прототипа и заявляемого технического решения выявил следующие новые существенные признаки относительно технического решения для заявляемого объекта:The analysis of the essential features of analogues, prototype and the claimed technical solution revealed the following new significant features regarding the technical solution for the claimed object:

- введен волоконно-оптический разветвитель ВОР 2 с одним входом и N выходами для одновременного формирования оптических импульсов на всех его N оптических выходах;- introduced fiber optic splitter BOP 2 with one input and N outputs for the simultaneous formation of optical pulses on all of its N optical outputs;

- введены N бинарных волоконно-оптических структур БВОС 3-1…3-N для тиражирования входных оптических импульсов с высокой идентичностью копий. На выходе i-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-i формируется последовательность из К неперекрывающихся оптических импульсов, следующих с частотой fследi. Причем последовательности на выходе i-й и (i+1)-й бинарной волоконно-оптической структуры отличаются только частотой следования копий;- N binary optical fiber structures of BVOS 3-1 ... 3-N are introduced for replication of input optical pulses with high copy identity. At the output of the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i, a sequence of K non-overlapping optical pulses is formed, following with a frequency f trace i . Moreover, the sequences at the output of the i-th and (i + 1) -th binary fiber-optic structures differ only in the repetition rate;

- введены (N-1) волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 4-1…4-(N-1). Время задержки в r-й и (r+1)-й волоконно-оптических линиях задержки отличается на величину- introduced (N-1) fiber optic delay lines VOLZ 4-1 ... 4- (N-1). The delay time in the rth and (r + 1) th fiber-optic delay lines differs by

Δ τ ( r + 1 ) = K + 1 f с л е д ( r + 1 ) . ( 1 )

Figure 00000001
Δ τ ( r + one ) = K + one f from l e d ( r + one ) . ( one )
Figure 00000001

Благодаря этому последовательности импульсов разных бинарных волоконно-оптических структур разносятся во времени для исключения их наложений при дальнейшей обработке;Due to this, the pulse sequences of different binary fiber-optic structures are spread in time to exclude their overlap during further processing;

- введен волоконно-оптический соединитель ВОС 5, имеющий N входов и один выход, объединяющий последовательности импульсов различных бинарных волоконно-оптических структур в единую последовательность неперекрывающихся импульсов с линейно изменяющейся частотой следования;- introduced fiber optic connector BOC 5, having N inputs and one output, combining the sequence of pulses of various binary fiber optic structures into a single sequence of non-overlapping pulses with a linearly changing repetition rate;

- введен оптический усилитель ОУ 6, позволяющий компенсировать потери оптического излучения при делении сигнала передающего оптического модуля ПОМ 1 в волоконно-оптическом разветвителе ВОР 2, а также потерь в бинарных волоконно-оптических структурах БВОС 3-1…3-N, волоконно-оптических линиях задержки ВОЛЗ 4-1…4-(N-1) и волоконно-оптическом соединителе ВОС 5;- an optical amplifier ОУ 6 was introduced, which makes it possible to compensate for the loss of optical radiation when dividing the signal of the transmitting optical module POM 1 in the fiber-optic splitter BOP 2, as well as losses in the binary fiber-optic structures of the BVOS 3-1 ... 3-N, fiber-optic lines delays VOLZ 4-1 ... 4- (N-1) and fiber optic connector BOC 5;

- введен полосовой фильтр ПФ 8 для выделения спектра ЛЧМ-сигнала из полученной последовательности;- the bandpass filter PF 8 is introduced to highlight the spectrum of the chirp signal from the obtained sequence;

- введен амплитудный ограничитель АО 9, устраняющий паразитную амплитудную модуляцию сигнала.- introduced an amplitude limiter AO 9, eliminating spurious amplitude modulation of the signal.

Таким образом, формирование радиосигнала с внутриимпульсной ЛЧМ осуществляется в оптическом диапазоне длин волн, где применяемые оптические волокна, имеющие погонное затухание 0,2 дБ/км и погонную полосу пропускания, превышающую сотни терагерц на километр, позволяют минимизировать потери при формировании сигнала и достичь уменьшения длительности формируемого сигнала, а применение бинарных волоконно-оптических структур позволяет тиражировать копии импульса передающего оптического модуля с высокой идентичностью по амплитуде, что повышает качество формируемого сигнала.Thus, the formation of a radio signal with an intrapulse LFM is carried out in the optical wavelength range, where the used optical fibers having a linear attenuation of 0.2 dB / km and a linear passband exceeding hundreds of terahertz per kilometer can minimize losses during signal formation and achieve a reduction in duration of the generated signal, and the use of binary fiber-optic structures allows you to replicate copies of the pulse of the transmitting optical module with high identity in amplitude, which creases generated signal quality.

Доказательство наличия причинно-следственной связи между заявляемой совокупностью признаков и достигаемым техническим результатом приводится далее.Evidence of a causal relationship between the claimed combination of features and the achieved technical result is given below.

Сущность предлагаемого устройства поясняется чертежами.The essence of the proposed device is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства формирования ЛЧМ-сигналов.Figure 1 presents a structural diagram of a device for generating chirp signals.

На фиг.2 представлена структурная схема бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-i.Figure 2 presents the structural diagram of the binary fiber optic structure BVOS 3-i.

На фиг.3 приведены эпюры напряжений на выходе функциональных узлов устройства формирования ЛЧМ-сигналов: ПОМ 1 (а), БВОС 3-1 (б), БВОС 3-i (в), БВОС 3-N (г), ВОЛЗ 4-1 (д), ВОС 5 и ОУ 6 (е), ПФ 8 (ж), АО 9 (з), ЭУ 10 (и), ФНЧ 11 (к).Figure 3 shows the voltage diagrams at the output of the functional nodes of the chirp signal generation device: POM 1 (a), BVOS 3-1 (b), BVOS 3-i (c), BVOS 3-N (g), VOLZ 4- 1 (e), BOC 5 and OS 6 (e), PF 8 (g), AO 9 (h), EU 10 (s), low-pass filter 11 (k).

На фиг.4 представлена временная зависимость частоты ЛЧМ-сигнала в устройстве формирования ЛЧМ-сигналов.Figure 4 presents the time dependence of the frequency of the chirp signal in the device for generating chirp signals.

На фиг.5 приведен спектр и автокорреляционная характеристика ЛЧМ-сигнала, сформированного в заявляемом устройстве.Figure 5 shows the spectrum and autocorrelation characteristic of the LFM signal generated in the inventive device.

На фиг.6 показаны предельные значения формируемого ЛЧМ-сигнала в зависимости от величины технологического допуска при изготовлении волоконно-оптических линий задержки для бинарных волоконно-оптических структур.Figure 6 shows the limiting values of the generated chirp signal depending on the size of the technological tolerance in the manufacture of fiber-optic delay lines for binary fiber-optic structures.

На фиг.7 приведены результаты расчета дисперсионной длины оптического волокна.7 shows the results of calculating the dispersion length of the optical fiber.

На фиг.8 показан график зависимости дисперсионной длины от длительности генерируемого передающим оптическим модулем импульса T0 для трех типов оптического волокна.On Fig shows a graph of the dependence of the dispersion length on the duration of the pulse generated by the transmitting optical module T 0 for three types of optical fiber.

На фиг.9 приведены результаты расчета значения нелинейной длины для различных значений пиковой мощности передающего оптического модуля.Figure 9 shows the results of calculating the value of the nonlinear length for various values of the peak power of the transmitting optical module.

На фиг.10 приведены результаты расчета значения пороговой мощности при различных значениях ширины спектра линии излучения передающего оптического модуля.Figure 10 shows the results of calculating the threshold power for various values of the spectrum width of the emission line of the transmitting optical module.

На фиг.11 проиллюстрированы временные сдвиги копий бинарных волоконно-оптических структур под воздействием повышения температуры окружающей среды.Figure 11 illustrates the time shifts of copies of binary fiber structures under the influence of increasing ambient temperature.

На фиг.12 приведена структурная схема устройства формирования ЛЧМ-сигналов с заданными моделью параметрами.Fig. 12 shows a block diagram of a device for generating chirp signals with the parameters specified by the model.

На фиг.13 приведена структурная схема устройства бинарной волоконно-оптической структуры с заданными моделью параметрами.13 is a structural diagram of a binary fiber optic structure device with parameters specified by the model.

На фиг.14 приведены значения времени задержки для различных волоконно-оптических линий задержки в составе устройства формирования ЛЧМ-сигналов на бинарных волоконно-оптических структурах с заданными моделью параметрами.On Fig shows the values of the delay time for various fiber-optic delay lines in the composition of the device for generating chirp signals on binary fiber-optic structures with the parameters specified by the model.

На фиг.15 приведен спектр и автокорреляционная характеристика ЛЧМ-сигнала, сформированного на бинарных волоконно-оптических структурах с заданными моделью параметрами.Figure 15 shows the spectrum and the autocorrelation characteristic of the LFM signal generated on binary fiber-optic structures with parameters specified by the model.

Устройство формирования ЛЧМ-радиосш налов (фиг.1) содержит передающий оптический модуль ПОМ 1, волоконно-оптический разветвитель ВОР 2 с N выходами, N бинарных волоконно-оптических структур БВОС 3-1, …, 3-N, (N-1) волоконно-оптических линий задержки, волоконно-оптический соединитель ВОС 5 с N входами, оптический усилитель ОУ 6, приемный оптический модуль ПРОМ 7, полосовой фильтр ПФ 8, амплитудный ограничитель АО 9, электронный усилитель ЭУ 10 и фильтр низких частот ФНЧ 11. Оптический выход ПОМ 1 соединен с оптическим входом ВОР 2. Первый оптический выход ВОР 2 через первую бинарную волоконно-оптическую структуру БВОС 3-1 с постоянной времени τБВОС1 соединен с первым оптическим входом ВОС 5. Второй оптический выход ВОР через последовательно соединенные вторую бинарную волоконно-оптическую структуру БВОС 3-2 с постоянной времени τБВОС2 и первую волоконно-оптическую линию задержки ВОЛЗ 4-1 с постоянной времени τзад1 подключен к второму оптическому входу ВОС 5, а i-й оптический выход ВОР 2 через последовательно соединенные i-ю бинарную волоконно-оптическую структуру БВОС 3-iс постоянной времени τБВОСi и (i-1)-ю волоконно-оптическую линию задержки ВОЛЗ 4-(i-1) с постоянной времени τзад(i-1) подключен к i-му оптическому входу ВОС 5.The device for forming the LFM radio signals (Fig. 1) contains a transmitting optical module POM 1, a fiber optic splitter BOP 2 with N outputs, N binary fiber optic structures BVOS 3-1, ..., 3-N, (N-1) fiber-optic delay lines, fiber-optic connector BOC 5 with N inputs, optical amplifier OU 6, receiving optical module PROM 7, bandpass filter PF 8, amplitude limiter AO 9, electronic amplifier EU 10 and low-pass filter low-pass filter 11. Optical output POM 1 is connected to the optical input of BOP 2. The first optical output B P 2 through the first binary optical fiber structure BVOS 3-1 with a time constant τ BVOS1 connected to a first optical input BOC 5. The second optical output BOP via series connected second binary optical fiber structure BVOS 3-2 with a time constant τ and a first BVOS2 fiber optic delay line VOLZ 4-1 with a time constant τ back1 is connected to the second optical input of BOC 5, and the i-th optical output of BOP 2 through a series i-connected binary fiber-optic structure of BVOS 3-i with time constant τ BV OSi and (i-1) -th fiber optic delay line VOLZ 4- (i-1) with time constant τ back (i-1) is connected to the i-th optical input of BOC 5.

Оптический выход ВОС 5 через последовательно соединенные оптический усилитель ОУ 6, приемный оптический модуль ПРОМ 7, полосовой фильтр 8, амплитудный ограничитель АО 9 и электронный усилитель ЭУ 10 подключен к фильтру низких частот ФНЧ 11. Выход ФНЧ 11 является выходом устройства формирования ЛЧМ-сигналов,The optical output of BOC 5 through a series-connected optical amplifier OU 6, a receiving optical module PROM 7, a bandpass filter 8, an amplitude limiter AO 9 and an electronic amplifier EU 10 is connected to a low-pass filter of the low-pass filter 11. The output of the low-pass filter 11 is the output of the device for generating LFM signals,

При этом i-я бинарная волоконно-оптическая структура БВОС 3-i (фиг.2) содержит разделительный направленный волоконный ответвитель НВО Y-типа 12-i, Q направленных волоконных ответвителей НВО Х-типа 14-i1…14-iQ, (Q+1) дополнительных волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 13-i1…13-i(Q+1) и суммирующий направленный волоконный ответвитель НВО Y-типа 15-i. Вход разделительного направленного волоконного ответвителя НВО Y-типа 12-i является входом бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 4-i, первый выход которого объединен с первым входом первого направленного волоконного ответвителя НВО X-типа 14-i1, а второй выход через первую дополнительную волоконно-оптическую линию задержки ВОЛЗ 13-i1 с постоянной времени τзад1 соединен с вторым направленным волоконным ответвителем НВО X-типа 14-i2, первый выход которого соединен с первым входом второго направленного волоконного ответвителя НВО Х-типа 14-i2, а второй выход через вторую дополнительную волоконно-оптическую линию задержки ВОЛЗ 13-i2 с постоянной времени τзадi2 соединен с вторым входом второго направленного волоконного ответвителя НВО Х-типа 14-i2. Первый выход j-го направленного волоконного ответвителя НВО X-типа 14-ij соединен с первым входом (j+1)-го направленного волоконного ответвителя НВО Х-типа 14-i (j+1), а второй выход j-го направленного волоконного ответвителя НВО Х-типа 14-ij через j-ю дополнительную волоконно-оптическую линию задержки ВОЛЗ 13-ij с постоянной времени τзадij соединен с вторым входом (j+1)-го направленного волоконного ответвителя НВО Х-типа 14-i (j+1). Первый выход последнего Q-го направленного волоконного ответвителя НВО X-типа 14-iQ соединен с первым входом суммирующего направленного волоконного ответвителя НВО Y-типа 15-i, а второй выход последнего Q-го направленного волоконного ответвителя НВО Х-типа 14-iQ через (Q+1)-ю волоконно-оптическую линию задержки ВОЛЗ 13-i (Q+1) с постоянной времени τзадi(Q+1) соединен с вторым входом суммирующего направленного волоконного ответвителя НВО Y-типа 15-i.In this case, the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i (Fig. 2) contains a dividing directional fiber coupler of the HBO of the Y-type 12-i, Q directional fiber couplers of the HBO of the X-type 14-i1 ... 14-iQ, (Q +1) additional fiber optic delay lines VOLZ 13-i1 ... 13-i (Q + 1) and a summing directional fiber coupler HBO Y-type 15-i. The input of the Y-type 12-i HBO directional fiber coupler is the input of the BVOS 4-i binary optical fiber structure, the first output of which is combined with the first input of the first X-type HBO 14-i1 directional fiber coupler, and the second output through the first additional fiber the optical delay line VOLZ 13-i1 with a time constant τ back1 is connected to the second directional fiber coupler of the HBO X-type 14-i2, the first output of which is connected to the first input of the second directional fiber coupler of the HBO X-type 14-i2, and the second output through the second additional fiber optic delay line VOLZ 13-i2 with a time constant τ rear i2 connected to the second input of the second directional fiber coupler HBO X-type 14-i2. The first output of the jth directional fiber coupler of the HBO X-type 14-ij is connected to the first input of the (j + 1) -th directional fiber coupler of the HBO X-type 14-i (j + 1), and the second output of the jth directional fiber coupler X-type HBO 14-i-coupler coupler through the j-th additional fiber optic delay line of the VOLZ 13-ij delay with a time constant τ back ij is connected to the second input of the (j + 1) -th directional X-type HBO 14-i fiber coupler +1). The first output of the last Qth directional fiber coupler of the HBO X-type 14-iQ is connected to the first input of the summing directional fiber coupler of the HBO Y-type 15-i, and the second output of the last Qth directional fiber coupler of the HBO X-type 14-iQ The (Q + 1) th fiber optic delay line VOLZ 13-i (Q + 1) with a time constant τ rear (Q + 1) is connected to the second input of the summing directional fiber coupler HBO Y-type 15-i.

Работает устройство формирования ЛЧМ-сигналов следующим образом.The device for generating chirp signals works as follows.

Пусть передающим оптическими модулем ПОМ 1 сгенерирован оптический импульс с энергией Э0 и длительностью T0 (см. фиг.3.a). При этом T0<<τЛЧМ.Let the optical pulse with energy E 0 and duration T 0 be generated by the transmitting optical module POM 1 (see Fig. 3.a). Moreover, T 0 << τ LFM .

В волоконно-оптическом разветвителе ВОР 2 оптический импульс разделяется на N оптических импульсов длительностью T0 и энергией Э0/N, которые одновременно появляются на N выходах волоконно-оптического разветвителя ВОР 2. С i-го выхода волоконно-оптического разветвителя ВОР 2, импульс подается на вход i-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-i, формирующей K копий входного оптического импульса длительностью T0 и энергией копий Э0/N (фиг.3, б-г). Частота следования копий для i-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-i выбирается в соответствии с формулойIn the BOP 2 fiber-optic splitter, the optical pulse is divided into N optical pulses of duration T 0 and energy E 0 / N, which simultaneously appear on the N outputs of the BOP 2 fiber-optic splitter. From the i-th output of the BOP 2 fiber-optic splitter, the pulse fed to the input of the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i, forming K copies of the input optical pulse with a duration of T 0 and a copy energy of E 0 / N (figure 3, b-g). The copy repetition rate for the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i is selected in accordance with the formula

f с л е д i = f 0 + β π [ ( i 1 ) K + 0.5 K ] 1 f 0 + f 0 2 + β [ ( i 1 ) K + 0.5 K ] π , ( 2 )

Figure 00000002
f from l e d i = f 0 + β π [ ( i - one ) K + 0.5 K ] one f 0 + f 0 2 + β [ ( i - one ) K + 0.5 K ] π , ( 2 )
Figure 00000002

где f0 - начальная частота, β - скорость частотной модуляции.where f 0 is the initial frequency, β is the frequency modulation rate.

В результате на выходе i-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-i имеется пачка из K импульсов с периодом следования копийAs a result, at the output of the i-th binary optical fiber structure of BVOS 3-i there is a packet of K pulses with a repetition period

τ Б В О С i = 1 f с л е д i . ( 3 )

Figure 00000003
τ B AT ABOUT FROM i = one f from l e d i . ( 3 )
Figure 00000003

Постоянная времени дополнительной волоконно-оптической линии задержки ВОЛЗ 13-ij…13-i(Q+1) определяется формулойThe time constant of the additional fiber optic delay line VOLZ 13-ij ... 13-i (Q + 1) is determined by the formula

τ з а д i j = 2 j 1 τ з а д i 1 , j = 1, ( Q + 1 ) ¯ . ( 4 )

Figure 00000004
τ s but d i j = 2 j - one τ s but d i one , j = one, ( Q + one ) ¯ . ( four )
Figure 00000004

Постоянная времени волоконно-оптической линии задержки ВОЛЗ 4-(i-1) определяется формулойThe time constant of the fiber optic delay line VOLZ 4- (i-1) is determined by the formula

τ з а д ( i 1 ) = ( K + 1 ) m = 1 i 1 τ з а д m 1 . ( 5 )

Figure 00000005
τ s but d ( i - one ) = ( K + one ) m = one i - one τ s but d m one . ( 5 )
Figure 00000005

С выхода первой бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-1 пачка импульсов подается на волоконно-оптический соединитель ВОС 5, с выхода бинарных волоконно-оптических структур БВОС 3-2…3-N копии подаются на волоконно-оптический соединитель ВОС 5 соответственно через волоконно-оптические линии задержки ВОЛЗ 4-1…4-(N-1) (см. фиг.3, д). В волоконно-оптическом соединителе ВОС 5 пачки импульсов, сформированные всеми N бинарными волоконно-оптическими структурами БВОС 3-1…3-N, объединяются в единую последовательность (см. фиг.3, е), после чего она усиливается в ОУ 6 и преобразуется из оптического в электрический сигнал в приемном оптическом модуле ПРОМ 7. Для выделения спектра ЛЧМ-сигнала последовательность импульсов пропускается через полосовой фильтр ПФ 8 (фиг.3, ж). Полученный сигнал подается на амплитудный ограничитель АО 9 для устранения паразитной амплитудной модуляции (фиг.3, з), дополнительно усиливается электронным усилителем ЭУ 10 (фиг.3, и) и, подается на корректирующий фильтр низких частот ФНЧ 11 (фиг.3, к).From the output of the first binary optical fiber structure of the BVOS 3-1, a packet of pulses is fed to the fiber-optic connector BOC 5, from the output of the binary fiber-optical structures of the BVOS 3-2 ... 3-N copies are fed to the fiber-optic connector BOC 5, respectively, through the fiber Optical delay lines VOLZ 4-1 ... 4- (N-1) (see figure 3, d). In the fiber optic connector of BOC 5, the pulse packets formed by all N binary fiber optic structures of BVOS 3-1 ... 3-N are combined into a single sequence (see Fig. 3, f), after which it is amplified in OA 6 and converted from the optical to the electrical signal in the receiving optical module PROM 7. To select the spectrum of the chirp signal, the pulse sequence is passed through a band-pass filter PF 8 (figure 3, g). The received signal is fed to the amplitude limiter AO 9 to eliminate spurious amplitude modulation (Fig. 3, h), is additionally amplified by an electronic amplifier EU 10 (Fig. 3, and) and is fed to the low-pass filter LPF 11 (Fig. 3, )

Обобщенная временная зависимость частоты ЛЧМ-сигнала приведен на фиг.4, где t0 - момент начала радиосигнала, t1 - момент окончания сигнала, τn - шаг изменения временного интервала, f0 - минимальное значение частоты сигнала, f1 - максимальное значение частоты сигнала, Δfn - шаг изменения частотного интервала.The generalized time dependence of the frequency of the chirp signal is shown in Fig. 4, where t 0 is the start time of the radio signal, t 1 is the end time of the signal, τ n is the step of changing the time interval, f 0 is the minimum value of the signal frequency, f 1 is the maximum frequency value signal, Δf n is the step of changing the frequency interval.

Конструктивные особенности бинарной волоконно-оптической структуры определяются параметрами формируемого радиосигнала с ЛЧМ: начальной частотой ЛЧМ-сигнала f0, скоростью частотной модуляции β, длительностью τЛЧМ формируемого ЛЧМ-сигнала.The design features of the binary fiber optic structure are determined by the parameters of the generated RF signal with the LFM: the initial frequency of the LFM signal f 0 , the frequency modulation rate β, the duration τ of the LFM of the generated LFM signal.

Если задано количество копий K, формируемых каждой из бинарных волоконно-оптических структур БВОС 3-1…3-N, то число выходов ВОР 2 определяется формулойIf the number of copies of K formed by each of the binary optical fiber structures of the BVOS 3-1 ... 3-N is specified, then the number of outputs of BOP 2 is determined by the formula

N = τ Л Ч М ( f 0 + 0.5 β τ Л Ч М ) K . ( 6 )

Figure 00000006
N = τ L H M ( f 0 + 0.5 β τ L H M ) K . ( 6 )
Figure 00000006

Количество копий K, формируемых в i-й бинарной волоконно-оптической структуре БВОС 3-i, всегда кратно двум: К=2·j. Причем должно выполняться условиеThe number of copies of K formed in the i-th binary optical fiber structure of BVOS 3-i is always a multiple of two: K = 2 · j. Moreover, the condition must be met

2 j K = 2 π f 0 2 β + 1 2 2 j + 1 . ( 7 )

Figure 00000007
2 j K = 2 π f 0 2 β + one 2 2 j + one . ( 7 )
Figure 00000007

Время задержки i-й ВОЛЗ 3-i определяется по формулеThe delay time of the i-th FOCL 3-i is determined by the formula

τ з а д i = ( K + 1 ) m = 1 i 1 τ Б В О С m . ( 8 )

Figure 00000008
τ s but d i = ( K + one ) m = one i - one τ B AT ABOUT FROM m . ( 8 )
Figure 00000008

Время задержки j-й дополнительной ВОЛЗ 13-ij в i-й бинарной волоконно-оптической структуре БВОС 3-i определяется по формулеThe delay time of the j-th additional FOCL 13-ij in the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i is determined by the formula

τ з а д i j = 2 j 1 τ з а д i 1 , j = 1, Q ¯ . ( 9 )

Figure 00000009
τ s but d i j = 2 j - one τ s but d i one , j = one, Q ¯ . ( 9 )
Figure 00000009

Число Q определяется по формулеThe number Q is determined by the formula

Q = log 2 K 1. ( 10 )

Figure 00000010
Q = log 2 K - one. ( 10 )
Figure 00000010

Для анализа полученного ЛЧМ-сигнала сравним его спектральные и корреляционные характеристики, с характеристиками классического ЛЧМ-сигнала с теми же выходными параметрами (см. фиг.5). Уровень боковых лепестков автокорреляционной функции результирующего сигнала не отличается от соответствующего значения для классического ЛЧМ-сигнала (минус 13.4 дБ).To analyze the obtained chirp signal, we compare its spectral and correlation characteristics with the characteristics of the classical chirp signal with the same output parameters (see Fig. 5). The level of the side lobes of the autocorrelation function of the resulting signal does not differ from the corresponding value for the classical chirp signal (minus 13.4 dB).

При анализе возможности формирования ЛЧМ-сигналов на основе бинарных волоконно-оптических структур получены предельные значения центральной частоты, девиации и длительности формируемого ЛЧМ-сигнала при разных величинах технологического допуска в изготовлении линий задержек в бинарных волоконно-оптических структурах (см. фиг.6).When analyzing the possibility of generating LFM signals based on binary fiber optic structures, the limit values of the central frequency, deviation and duration of the generated LFM signal were obtained for various technological tolerances in the manufacture of delay lines in binary fiber optic structures (see Fig. 6).

Для реализации вышеизложенной схемы существует несколько ограничений.There are several limitations to the implementation of the above scheme.

Во-первых, для выделения спектра ЛЧМ-сигнала полосовым фильтром значение начальной частоты ЛЧМ-сигнала необходимо выбирать больше половины значения девиации частоты f0>0.5Δf.Firstly, to select the spectrum of the LFM signal with a band-pass filter, the value of the initial frequency of the LFM signal must be chosen more than half the value of the frequency deviation f 0 > 0.5Δf.

Во-вторых, длительность входного оптического импульса должна удовлетворять условию T0≤0.5/fmax, где fmax - максимальная частота радиоимпульсов в последовательности. Кроме того, поскольку параметры входного ЛЧМ-сигнала должны быть согласованы со структурными особенностями построения бинарных волоконно-оптических структур, то использовать бинарные волоконно-оптические структуры для синтеза согласованного фильтра для ЛЧМ-сигнала целесообразно при условии формирования ЛЧМ-сигнала на этой же синтезируемой структуре.Secondly, the duration of the input optical pulse must satisfy the condition T 0 ≤0.5 / f max , where f max is the maximum frequency of the radio pulses in the sequence. In addition, since the parameters of the input LFM signal must be consistent with the structural features of the construction of binary fiber-optic structures, it is advisable to use binary fiber-optic structures to synthesize a matched filter for the LFM signal provided that the LFM signal is generated on the same synthesized structure.

В-третьих, ограничивающим диапазон частот входного сигнала фактором в бинарных волоконно-оптических структурах при формировании копий, а, следовательно, и в устройстве формирования ЛЧМ-сигналов, является дисперсия оптического волокна.Thirdly, the limiting factor in the frequency range of the input signal in binary fiber-optic structures during the formation of copies, and, therefore, in the device for generating LFM signals, is the dispersion of the optical fiber.

Поскольку в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов используется одномодовое оптическое волокно, то преобладающей является хроматическая дисперсия. Для оценки степени влияния хроматической дисперсии на форму сигнала используем параметр дисперсионной длины LD, определяемый по формуле для источника излучения с шириной частотного спектра Δω, длительности импульса передающего оптического модуля ПОМ 1 T0 и параметра дисперсии групповой скорости β2 Since the inventive device for generating LFM signals uses a single-mode optical fiber, chromatic dispersion is predominant. To assess the degree of influence of chromatic dispersion on the waveform, we use the dispersion length parameter L D , determined by the formula for a radiation source with a frequency spectrum width Δω, pulse width of the transmitting optical module POM 1 T 0 and group velocity dispersion parameter β 2

L D = T 0 2 / | β 2 | 1 + ( Δ ω ) 2 T 0 2 . ( 11 )

Figure 00000011
L D = T 0 2 / | β 2 | one + ( Δ ω ) 2 T 0 2 . ( eleven )
Figure 00000011

Соотношение (11) справедливо для импульсов любой формы. Если максимальное расстояние zmax, на котором влиянием дисперсии можно пренебречь, принять равным 0,1 LD, то длительность импульса Tz·max после прохождения волокна протяженностью zmax, выраженная через длительность импульса передающего оптического модуля ПОМ 1 T0, составит Tz·max≈1,0057о, а относительное "уширение" импульса не превысит 0,5%.Relation (11) is valid for pulses of any shape. If the maximum distance z max , at which the influence of dispersion can be neglected, is assumed to be 0.1 L D , then the pulse duration T z · max after passing a fiber of length z max , expressed through the pulse duration of the transmitting optical module POM 1 T 0 , will be T z · Max ≈ 1.0057 °, and the relative "broadening" of the pulse does not exceed 0.5%.

Рассчитаем значения дисперсионной длины для различных типов одномодового волокна и значений длительности T0. При этом учтем, чтоWe calculate the values of the dispersion length for various types of single-mode fiber and values of duration T 0 . Moreover, we take into account that

T 0 0.5 / f max . ( 12 )

Figure 00000012
T 0 0.5 / f max . ( 12 )
Figure 00000012

Минимально возможное значение длительности импульса передающего оптического модуля ПОМ 1 с учетом (12)The minimum possible value of the pulse duration of the transmitting optical module POM 1 taking into account (12)

T 0 min = 1 2 f max . ( 13 )

Figure 00000013
T 0 min = one 2 f max . ( 13 )
Figure 00000013

При этом максимально возможное значение длины оптического волокна определяется максимальным числом копий Kmax, формируемых бинарными волоконно-оптическими структурами:In this case, the maximum possible value of the length of the optical fiber is determined by the maximum number of copies K max formed by binary fiber-optic structures:

z max . O B = ( K max + 1 ) r = 1 N 1 1 f r . ( 14 )

Figure 00000014
z max . O B = ( K max + one ) r = one N - one one f r . ( fourteen )
Figure 00000014

Учитывая вышеприведенные данные, получены минимально возможные значения длительности входного импульса T0=38 пс и длины оптического волокна zmax.OB=37 м.Given the above data, the minimum possible values of the input pulse duration T 0 = 38 ps and the length of the optical fiber z max.OB = 37 m were obtained .

Результаты расчета значения дисперсионной длины согласно (11) для различных типов оптического волокна и длины импульса изображены на фиг.7.The results of calculating the dispersion length according to (11) for various types of optical fiber and pulse length are shown in Fig.7.

Зависимость дисперсионной длины от длительности импульса T0 и типа оптического волокна в графическом виде представлена на фиг.8.The dependence of the dispersion length on the pulse duration T 0 and the type of optical fiber is graphically presented in Fig. 8.

Из фиг.7 и фиг.8 видно, что при длительности импульса свыше 38 пс значения дисперсионной длины для различных типов оптического волокна отличается незначительно и превышает 63 км.From Fig. 7 and Fig. 8 it can be seen that for pulse durations exceeding 38 ps, the dispersion lengths for various types of optical fiber differ slightly and exceed 63 km.

Принимая во внимание значение максимальной длины оптического волокна в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов zmax.OB (длина волоконно-оптической линии задержки, соединяющей выходы N-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-N и волоконно-оптический соединитель ВОС 5), можно заключить, что zmax.OB<<0,1·LD для любого типа оптического волокна, что позволяет не учитывать эффект хроматической дисперсии при рассмотрении свойств заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов. Кроме того, в целях удешевления устройства целесообразно использовать оптическое волокно с несмещенной дисперсией SF.Taking into account the value of the maximum length of the optical fiber in the inventive device for generating LFM signals z max.OB (the length of the fiber-optic delay line connecting the outputs of the Nth binary fiber-optic structure of BVOS 3-N and fiber-optic connector BOC 5), we can conclude that z max.OB << 0.1 · L D for any type of optical fiber, which allows not to take into account the effect of chromatic dispersion when considering the properties of the inventive device for generating chirp signals. In addition, in order to reduce the cost of the device, it is advisable to use an optical fiber with unbiased dispersion SF.

Поскольку для использования в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов предполагается использование одномодовых волокон с малым значением хроматической дисперсии и лазеров с узкой спектральной полосой излучения, необходимо также учитывать и поляризационную модовую дисперсию.Since for use in the inventive device for generating LFM signals, it is assumed to use single-mode fibers with a low chromatic dispersion value and lasers with a narrow spectral band of radiation, it is also necessary to take into account the polarization mode dispersion.

Коэффициент удельной дисперсии T нормируется в расчете на 1 км и имеет размерность ( п с / к м )

Figure 00000015
, а усредненная во времени дифференциальная групповая задержка между двумя ортогональными состояниями поляризации ΔτПМД растет с ростом расстояния по законуThe specific dispersion coefficient T is normalized per km and has a dimension ( P from / to m )
Figure 00000015
, and the time-averaged differential group delay between two orthogonal polarization states Δτ PMD increases with increasing distance according to the law

Δ τ П М Д = T z . ( 15 )

Figure 00000016
Δ τ P M D = T z . ( fifteen )
Figure 00000016

Типовое значение удельной поляризационной модовой дисперсии для индивидуального одномодового волокна со ступенчатым профилем изменения показателяTypical value of the specific polarization mode dispersion for an individual single-mode fiber with a step profile

преломления составляет на длине волны 1550 нм не более 0,02 п с / к м

Figure 00000017
. Следовательно, для заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов, в котором осуществляется большое количество соединений индивидуальных волокон, необходимо учитывать поляризационную модовую дисперсию протяженной линии (квадратично усредненная поляризационная модовая дисперсия для соединенных волокон), типовое значение которой для одномодового волокна составляет 0,2 1,0 п с / к м
Figure 00000018
.refraction is not more than 1550 nm 0.02 P from / to m
Figure 00000017
. Therefore, for the inventive device for generating chirp signals, in which a large number of compounds of individual fibers are carried out, it is necessary to take into account the polarization mode dispersion of the extended line (squared averaged polarization mode dispersion for connected fibers), the typical value of which for a single-mode fiber is 0.2 ... 1,0 P from / to m
Figure 00000018
.

Рассчитанная ранее максимальная протяженность одномодового волокна с несмещенной дисперсией SF и минимальной длительностью входного сигнала, при которой влиянием хроматической дисперсией можно пренебречь, составляет порядка 6,3 км (0.1·LD). При этом усредненная во времени дифференциальная групповая задержка между двумя ортогональными состояниями поляризации ΔτПМД при типовом значении удельной поляризационной модовой дисперсии протяженной линии для одномодового волокна данного типа Т = 0,4 п с / к м

Figure 00000019
составитThe previously calculated maximum length of a single-mode fiber with unbiased SF dispersion and the minimum input signal duration at which the influence of chromatic dispersion can be neglected is about 6.3 km (0.1 · L D ). Moreover, the time-averaged differential group delay between two orthogonal polarization states Δτ PMD for a typical value of the specific polarization mode dispersion of the extended line for a single-mode fiber of this type T = 0.4 P from / to m
Figure 00000019
will make

Δ τ П М Д 0,4 6,3 1 п с . ( 16 )

Figure 00000020
Δ τ P M D 0.4 6.3 one P from . ( 16 )
Figure 00000020

При длительности входных оптических импульсов T0=38 пс задержка между двумя ортогональными состояниями поляризации ΔτПМД, рассчитанная по формуле (16), составляет порядка 3,6% от длительности сигнала. Учитывая тот факт, что реальная максимальная длина оптического волокна в формирователе не превышает zmax.OB=37 м, можно сделать вывод, что при использовании одномодового волокна с несмещенной дисперсией SF в бинарной волоконно-оптической структуре поляризационной модовой дисперсией можно пренебречь.For the duration of the input optical pulses T 0 = 38 ps, the delay between two orthogonal polarization states Δτ PMD calculated by formula (16) is about 3.6% of the signal duration. Considering the fact that the actual maximum optical fiber length in the shaper does not exceed z max.OB = 37 m, it can be concluded that when using a single-mode fiber with unbiased SF dispersion in a binary optical fiber structure, the polarization mode dispersion can be neglected.

При рассмотрении вопроса обеспечения требуемой полосы пропускания устройства формирования ЛЧМ-сигналов необходимо также учесть и ограничения, накладываемые нелинейными явлениями в оптическом волокне.When considering the issue of providing the required bandwidth of the device for generating chirp signals, it is also necessary to take into account the restrictions imposed by nonlinear phenomena in the optical fiber.

Для оценки явления автомодуляции (SPM) существует понятие нелинейной длины:To assess the phenomenon of self-modulation (SPM) there is the concept of non-linear length:

L N L = 1 P 0 λ 0 S e 2 π n ¯ , ( 17 )

Figure 00000021
L N L = one P 0 λ 0 S e 2 π n ¯ , ( 17 )
Figure 00000021

где P0 - пиковая мощность оптического импульса, Вт; Se - эффективная область поперечного сечения волокна (как правило для одномодовых оптических волокон Se=50 мкм2), n - коэффициент нелинейности показателя преломления (для кварцевого волокна n ¯ = 3,2 10 8 м к м 2 / В т

Figure 00000022
). Влиянием SPM на импульсы можно пренебречь в том случае, когда импульсы распространяются на расстояние z<<LNL.where P 0 is the peak power of the optical pulse, W; S e is the effective region of the fiber cross section (as a rule for single-mode optical fibers S e = 50 μm 2 ), n is the coefficient of nonlinearity of the refractive index (for quartz fiber n ¯ = 3.2 10 - 8 m to m 2 / AT t
Figure 00000022
) The influence of SPM on the pulses can be neglected in the case when the pulses propagate to a distance z << L NL .

Результат расчета нелинейной длины для различных значений пиковой мощности оптического импульса квантового генератора приведен на фиг.9.The result of calculating the nonlinear length for various values of the peak power of the optical pulse of the quantum generator is shown in Fig.9.

Учитывая, что максимальная длина оптического волокна в формирователе zmax.OB=37 м, можно констатировать, что явлением автомодуляции в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов можно принебречь, если пиковая мощность оптического импульса P0 не превышает 1 Вт, что достаточно для большинства приложений.Given that the maximum length of the optical fiber in the shaper z max.OB = 37 m, we can state that the self-modulation phenomenon in the inventive device for generating LFM signals can be neglected if the peak power of the optical pulse P 0 does not exceed 1 W, which is sufficient for most applications .

Для оценки явления рассеивания Бриллюэна (SBS) вводится понятие пороговой мощности Рпор, для расчета которой обычно используется следующее приближенное выражение:To assess the Brillouin scattering phenomenon (SBS), the concept of threshold power P pore is introduced, which is usually calculated using the following approximate expression:

Р п о р 21 S e g B L e ( 1 + Δ f s Δ f B ) , ( 18 )

Figure 00000023
R P about R 21 S e g B L e ( one + Δ f s Δ f B ) , ( eighteen )
Figure 00000023

где gB - коэффициент усиления SBS приблизительно равен 4×10-11 м/Вт и не зависит от длины волны, Δfs - ширина частотного спектра источника оптического сигнала, Le - эффективная длина волокна, ΔfB - полоса частот взаимодействия с акустическими фононами (20 МГц).where g B is the SBS gain of approximately 4 × 10 -11 m / W and does not depend on the wavelength, Δf s is the width of the frequency spectrum of the optical signal source, L e is the effective fiber length, Δf B is the frequency band of interaction with acoustic phonons (20 MHz).

Рассчитаем значения пороговой мощности при различных значениях ширины спектра линии излучения Δλ, определяющей ширину частотного спектра источника оптического сигнала Δfs, при которых вынужденным рассеиванием Бриллюэна в оптического волокна можно пренебречь. Результат расчета приведен на фиг.10.We calculate the threshold power values for various values of the emission line spectrum width Δλ, which determines the width of the frequency spectrum of the optical signal source Δf s , at which stimulated Brillouin scattering into the optical fiber can be neglected. The calculation result is shown in Fig.10.

Как видно из результатов расчета, при рабочей длине волны λ0=1550 нм и ширине спектра линии излучения порядка Δλ>0,1 нм пороговая мощность Рпор имеет приемлемые для практического применения значения.As can be seen from the calculation results, at a working wavelength of λ 0 = 1550 nm and a radiation line spectrum width of the order of Δλ> 0.1 nm, the threshold power P then has values that are acceptable for practical use.

Помимо дисперсии и рассеивания, одним из ключевых факторов, оказывающих влияние на свойства оптического волокна в составе заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов, является температурный фактор.In addition to dispersion and dispersion, one of the key factors affecting the properties of the optical fiber in the composition of the inventive device for generating chirp signals is the temperature factor.

Показатель преломления сердцевины оптического волокна при отсутствии деформаций (растяжений, сжатий) волокна зависит от температуры:The refractive index of the core of the optical fiber in the absence of deformation (tension, compression) of the fiber depends on the temperature:

Δ n = [ ( n T ) T + ( n T ) R ] d T , ( 19 )

Figure 00000024
Δ n = [ ( n T ) T + ( n T ) R ] d T , ( 19 )
Figure 00000024

где n - показатель преломления сердцевины оптического волокна; dT - изменение температуры, K; ( n T )

Figure 00000025
- частная производная по температуре.where n is the refractive index of the core of the optical fiber; dT — temperature change, K; ( n T )
Figure 00000025
- partial derivative with respect to temperature.

Первое слагаемое формулы (19) проанализировано в литературе, где представлена зависимость составляющей изменения показателя 1 n ( n T ) T

Figure 00000026
от температуры (0,68·10-5°C для кварцевого стекла).The first term of formula (19) is analyzed in the literature, which presents the dependence of the component of the change in the indicator one n ( n T ) T
Figure 00000026
temperature (0.68 · 10 -5 ° C for quartz glass).

Для вычисления второго слагаемого, характеризующего изменения показателя преломления сердечника оптического волокна из-за деформаций можно воспользоваться формулойTo calculate the second term characterizing changes in the refractive index of the core of the optical fiber due to deformations, you can use the formula

Figure 00000027
Figure 00000027

где a - радиус сердечника волокна, принимаемый за радиус поля моды; R - радиус изгиба волокна в катушке; TN - условная температура, при которой длина оптического волокна равнялась бы номинальной длине.where a is the radius of the fiber core, taken as the radius of the mode field; R is the bending radius of the fiber in the coil; T N - conditional temperature at which the length of the optical fiber would be equal to the nominal length.

На основании формулы (20) можно заключить, что относительное изменение показателя преломления сердечника оптического волокна, вызванное деформацией изгиба или кручения за счет теплового расширения, составляет величину порядка 10-5. Учитывая разброс значений показателя преломления сердечника оптического волокна различных марок, данная величина составит значения в интервале (0,8…1)·10-5. Таким образом, согласно (20) с учетом (19), получим результирующее изменение значения показателя преломления сердечника для оптического волокна различных марок находится в пределах (1,79…1,99)·10-5 dT.Based on formula (20), we can conclude that the relative change in the refractive index of the core of the optical fiber caused by bending or torsion due to thermal expansion is about 10 -5 . Given the variation in the refractive index of the core of the optical fiber of various brands, this value will be in the range (0.8 ... 1) · 10 -5 . Thus, according to (20), taking into account (19), we obtain the resulting change in the value of the refractive index of the core for optical fibers of various grades is in the range (1.79 ... 1.99) · 10 -5 dT.

С другой стороны, при увеличении температуры окружающей среды, длина отрезка оптического волокна увеличивается за счет температурного расширенияOn the other hand, with increasing ambient temperature, the length of the optical fiber segment increases due to thermal expansion

Δ z = z ρ d T , ( 21 )

Figure 00000028
Δ z = z ρ d T , ( 21 )
Figure 00000028

где z - длина оптического волокна, м; ρ - температурный коэффициент линейного расширения, характеризующая изменение длины оптического волокна, ρ=0,54·10-6°C-1.where z is the length of the optical fiber, m; ρ is the temperature coefficient of linear expansion, which characterizes the change in the length of the optical fiber, ρ = 0.54 · 10 -6 ° C -1 .

Результирующее изменение времени задержки за счет температурных флуктуации показателя преломления и длины оптического волокна будет составлятьThe resulting change in the delay time due to temperature fluctuations in the refractive index and the length of the optical fiber will be

Δ t = z 1,9 10 5 d T c + z ρ d T 4,88 10 9 , ( 22 )

Figure 00000029
Δ t = z 1.9 10 - 5 d T c + z ρ d T 4.88 10 - 9 , ( 22 )
Figure 00000029

где c - скорость света в вакууме (3··108 м/с).where c is the speed of light in vacuum (3 ·· 10 8 m / s).

Значение второго члена выражения (22) крайне мало (гораздо меньше значения первого члена), что позволяет исключить его из дальнейшего рассмотрения.The value of the second term of expression (22) is extremely small (much less than the value of the first term), which allows us to exclude it from further consideration.

Процесс изменения времени задержки различных волоконно-оптических линий задержки в устройстве формирования ЛЧМ-сигнала иллюстрирует фиг.11.The process of changing the delay time of various fiber optic delay lines in the device for generating the chirp signal is illustrated in Fig.11.

Временной сдвиг каждой копии на входе волоконно-оптического соединителя ВОС 5 в результате изменения температуры окружающей среды имеет две составляющие:The time shift of each copy at the input of the fiber-optic connector BOC 5 as a result of changes in ambient temperature has two components:

- изменение времени задержки дополнительных волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 13-i1…13-iQ в составе i-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3 i τ V i k

Figure 00000030
;- change the delay time of additional fiber-optic delay lines VOLZ 13-i1 ... 13-iQ as part of the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3 - i τ V i k
Figure 00000030
;

- изменение времени задержки волоконно-оптической линии задержки, соединяющих i-ю бинарную волоконно-оптическую структуру БВОС 3-i и волоконно-оптический соединитель ВОС 5 τBi.- change the delay time of the fiber-optic delay line connecting the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i and fiber-optic connector BOC 5 τ Bi .

Временной сдвиг копии, обусловленный изменением времени задержки дополнительных волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 13-il…13-i(Q+1) в составе i-й бинарной волоконно-оптической структуры БВОС 3-i, определяется количеством копий K, формируемых БВОС, значением изменения температуры dT, номером бинарной волоконно-оптической структуры i и частотой следования копий бинарной волоконно-оптической структуры fсдед r The time shift of the copy due to a change in the delay time of the additional fiber optic delay lines of the VOLZ 13-il ... 13-i (Q + 1) in the i-th binary optical fiber structure of the BVOS 3-i is determined by the number of copies K formed by the BVOS, changes in temperature value dT, the number of binary optical fiber structure i and repetition frequency copies the binary optical fiber structure sdeduet f r

τ B i = 0.389 10 4 ( K + 1 ) d T c r = 1 i 1 1 f с л е д r . ( 23 )

Figure 00000031
τ B i = 0.389 10 four ( K + one ) d T c r = one i - one one f from l e d r . ( 23 )
Figure 00000031

Из фиг.11 очевидно, что достаточным условием для исключения наложения импульсов при увеличении температуры окружающей среды является удовлетворение выбора значений τ V i k

Figure 00000032
и τBi двум условиям:From figure 11 it is obvious that a sufficient condition for eliminating the imposition of pulses with increasing ambient temperature is the satisfaction of the choice of values τ V i k
Figure 00000032
and τ Bi to two conditions:

{ τ V i k < 1 f с л е д i + τ V i ( k + 1 ) ; τ B i + τ V i k < 1 f с л е д i + τ B ( i + 1 ) + τ V ( i + 1 ) 1 . ( 24 )

Figure 00000033
{ τ V i k < one f from l e d i + τ V i ( k + one ) ; τ B i + τ V i k < one f from l e d i + τ B ( i + one ) + τ V ( i + one ) one . ( 24 )
Figure 00000033

Неравенство (24) справедливо для любого значения dT.Inequality (24) is valid for any value of dT.

Скорость частотной модуляции заявляемого технического решения достигает значения 2478070 МГц/мкс (Кукуяшный А.В. Особенности формирования ЛЧМ-сигналов с использованием волоконно-оптических структур // Информационное противодействие угрозам терроризма. - 2007. - №9. - С.75-88) при длительности формируемых импульсов и девиации частоты до 5.65 ГГц, и что позволяет обеспечить высокую разрешающую способность по дальности (до 20 мм при длительности ЛЧМ-сигнала 3 нс) и существенно сократить минимальную зону действия устройства, использующего данные сигналы (до 45 см).The frequency modulation rate of the proposed technical solution reaches 2478070 MHz / μs (Kukuyashny A.V. Features of the generation of chirp signals using fiber optic structures // Information Counterterrorism Threats. - 2007. - No. 9. - P.75-88) with the duration of the generated pulses and frequency deviation up to 5.65 GHz, and that allows to provide high resolution in range (up to 20 mm with the duration of the chirp signal 3 ns) and significantly reduce the minimum range of the device using these signals (up to 45 cm).

Проверка эффективности заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов проведена посредством моделирования.Verification of the effectiveness of the inventive device for generating chirp signals was carried out through simulation.

Модель синтезирована на основе структурной схемы устройства формирования ЛЧМ-сигнала с длительностью τЛЧМ=30 нс, центральной частотой fc=10 ГГц и скоростью частотной модуляции β=153333 МГц/мкс.The model is synthesized on the basis of a block diagram of a device for generating an LFM signal with a duration of τ LFM = 30 ns, a central frequency f c = 10 GHz and a frequency modulation rate β = 153333 MHz / μs.

Согласно формуле (12) длительность импульса передающего оптического модуля ПОМ 1. составит T0min=40,6 пс.According to formula (12), the pulse duration of the transmitting optical module POM 1. will be T 0min = 40.6 ps.

В соответствии с формулами (6) и (7) находим количество бинарных волоконно-оптических структур N=18 и число формируемых копий К=16 для требуемого ЛЧМ-сигнала. Таким образом, в состав устройства формирования должны входить передающий оптический модуль ПОМ 16 (длительность импульсов 40 пс), волоконно-оптический разветвитель ВОР 17 на 32 выхода, 18 бинарных волоконно-оптических структур БВОС 18-1…18-18. 17 волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 19-1…19-17, волоконно-оптический соединитель ВОС 20 с 32 входами, оптический усилитель ОУ 21, приемный оптический модуль ПРОМ 22, полосовой фильтр ПФ 23, амплитудный ограничитель АО 24, электронный усилитель ЭУ 25 и фильтр низких частот ФНЧ 26 (см. фиг.12).In accordance with formulas (6) and (7), we find the number of binary fiber-optic structures N = 18 and the number of generated copies K = 16 for the desired chirp signal. Thus, the composition of the forming device should include a POM 16 transmitting optical module (pulse duration 40 ps), a fiber optic splitter VOR 17 for 32 outputs, 18 binary fiber-optic structures BVOS 18-1 ... 18-18. 17 fiber optic delay lines VOLZ 19-1 ... 19-17, fiber optic connector BOC 20 with 32 inputs, optical amplifier OU 21, receiving optical module PROM 22, bandpass filter PF 23, amplitude limiter AO 24, electronic amplifier EU 25 and a low-pass filter low-pass filter 26 (see Fig.12).

Каждая бинарная волоконно-оптическая структура содержит в себе один разделительный направленный волоконный ответвитель НВО Y-типа 27-1, один суммирующий направленный волоконный ответвитель НВО Y-типа 30-i, (log2K-1)=3 направленных волоконных ответвителей НВО Х-типа 28-i1…28-i3, log2K=4 дополнительных волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 29-i1…29-i4 (см. фиг.13).Each binary fiber-optic structure contains one dividing directional fiber coupler of HBO Y-type 27-1, one summing directional fiber coupler of HBO Y-type 30-i, (log 2 K-1) = 3 directional fiber couplers of HBO Y-type type 28-i1 ... 28-i3, log 2 K = 4 additional fiber-optic delay lines VOLZ 29-i1 ... 29-i4 (see Fig.13).

Постоянная времени для каждой из бинарных волоконно-оптических структур БВОС 18-1…18-18. волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 19-1…19-17 и дополнительных волоконно-оптических линий задержки ВОЛЗ 29-i1…29-i4 рассчитывается согласно формулам (3), (4) и (5), а результаты расчета приведены на фиг.The time constant for each of the binary optical fiber structures of BVOS 18-1 ... 18-18. VOLZ fiber optic delay lines 19-1 ... 19-17 and additional VOLZ fiber optic delay lines 29-i1 ... 29-i4 are calculated according to formulas (3), (4) and (5), and the calculation results are shown in FIG.

Коэффициент усиления ОУ 21 подбирается с учетом компенсации потерь в устройстве формирования ЛЧМ-сигналов и с учетом чувствительности ПРОМ 22.The gain of the OS 21 is selected taking into account the compensation of losses in the device for generating chirp signals and taking into account the sensitivity of PROM 22.

Полоса пропускания полосового фильтра ПФ 23 определена согласно рассчитанной девиации частоты формируемого сигнала. При заданных параметрах формируемого ЛЧМ-сигнала значение полосы пропускания составляет 4,6 ГГц.The passband of the band-pass filter PF 23 is determined according to the calculated frequency deviation of the generated signal. With the given parameters of the generated LFM signal, the bandwidth value is 4.6 GHz.

Моделирование проведено в пакете MATLAB. На фиг.15 изображены спектр и корреляционная функция результирующего сигнала. Уровень боковых лепестков автокорреляционной функции составил минус 13,6 дБ, что подтверждает эффективность устройства формирования при генерировании сигнала для обозначенных выше целей.The simulation was carried out in the MATLAB package. On Fig shows the spectrum and the correlation function of the resulting signal. The level of the side lobes of the autocorrelation function was minus 13.6 dB, which confirms the effectiveness of the formation device when generating a signal for the purposes indicated above.

Ширина спектра результирующего ЛЧМ-сигнала определяется выражением:The width of the spectrum of the resulting chirp signal is determined by the expression:

Δ f = β N K π 1 f 1 + f 1 2 + β N K π . ( 25 )

Figure 00000034
Δ f = β N K π one f one + f one 2 + β N K π . ( 25 )
Figure 00000034

Центральная частота спектра ЛЧМ-сигнала определяется выражением:The center frequency of the spectrum of the chirp signal is determined by the expression:

f c = f 1 + β N K 2 π 1 f 1 + f 1 2 + β N K π . ( 26 )

Figure 00000035
f c = f one + β N K 2 π one f one + f one 2 + β N K π . ( 26 )
Figure 00000035

Длительность результирующего импульса определяется выражением:The duration of the resulting impulse is determined by the expression:

f c = 1 N K ( f 1 + β N K 2 π 1 f 1 + f 1 2 + β N K π ) . ( 27 )

Figure 00000036
f c = one N A. K ( f one + β N K 2 π one f one + f one 2 + β N K π ) . ( 27 )
Figure 00000036

Таким образом, использование заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов позволило генерировать ЛЧМ-радиоимпульс длительностью τЛЧМ=29 нс, центральной частотой fс=9,92 ГГц, девиацией Δf=4,45 ГГц и скоростью частотной модуляции β=153448 МГц/мкс.Thus, the use of the inventive device for generating LFM signals made it possible to generate an LFM pulse with a duration of τ LFM = 29 ns, a central frequency f s = 9.92 GHz, a deviation of Δf = 4.45 GHz, and a frequency modulation rate of β = 153448 MHz / μs.

Докажем наличие причинно-следственной связи между заявляемой совокупностью признаков и достигаемым техническим результатом. С этой целью проведем сравнительный анализ заявляемого устройства и прототипа по длительности формируемых импульсов, девиации частоты и скорости частотной модуляции.Let us prove the presence of a causal relationship between the claimed combination of features and the achieved technical result. To this end, we will conduct a comparative analysis of the claimed device and prototype in terms of the duration of the generated pulses, the frequency deviation and the frequency modulation speed.

Длительность формируемого импульса.The duration of the generated impulse.

Материал изготовления дефлектора, служащего для задержки оптического сигнала в устройстве прототипа, предусматривает максимальную частоту управляющего сигнала порядка 200 МГц. Таким образом, без учета задержки сигнала в тракте устройства, один цикл изменения частоты на выходе электронного усилителя имеет длительность не менее 5 не, С учетом задержки сигнала в оптическом волокне и обработки в интерферометре, длительность одного цикла изменения частоты может составить до 10 нс. Поскольку для формирования ЛЧМ-сигнала требуется несколько подобных циклов, минимальная длительность формируемого сигнала превышает значение аналогичного параметра в заявляемом техническом устройстве (от 40 не в прототипе и от 2,28 с в заявляемом устройстве).The manufacturing material of the deflector, which serves to delay the optical signal in the prototype device, provides a maximum frequency of the control signal of about 200 MHz. Thus, without taking into account the signal delay in the device path, one cycle of the frequency change at the output of the electronic amplifier has a duration of at least 5 ns. Taking into account the signal delay in the optical fiber and processing in the interferometer, the duration of one cycle of the frequency change can be up to 10 ns. Since the formation of the chirp signal requires several such cycles, the minimum duration of the generated signal exceeds the value of a similar parameter in the claimed technical device (from 40 not in the prototype and from 2.28 s in the claimed device).

Девиация частоты.Frequency deviation.

Девиация частоты в прототипе ограничена верхней рабочей частотой электрооптического модулятора, значение которой для современных серийных моделей на основе заявленного в прототипе материала составляет порядка 8 ГГц (Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: Изд-во «Syrus System», 1999. С.175). Девиация заявляемого технического решения при минимальной длительности формируемого сигнала не превышает 5,65 ГГц.The frequency deviation in the prototype is limited by the upper working frequency of the electro-optical modulator, the value of which for modern serial models based on the material declared in the prototype is about 8 GHz (Ivanov AB Fiber optics: components, transmission systems, measurements. - M.: Publishing House "Syrus System", 1999. P.175). The deviation of the proposed technical solution with a minimum duration of the generated signal does not exceed 5.65 GHz.

Скорость частотной модуляции.Frequency Modulation Rate.

На основе значений длительности формируемого импульса и девиации частоты, значение скорости частотной модуляции для прототипа не превышает 200000 МГц/мкс, а для заявляемого технического решения - 2478070 МГц/мкс. Таким образом, очевидно улучшение показателей длительности и скорости частотной модуляции заявляемого технического решения по сравнению с прототипом.Based on the values of the duration of the generated pulse and the frequency deviation, the value of the frequency modulation speed for the prototype does not exceed 200,000 MHz / μs, and for the claimed technical solution - 2478070 MHz / μs. Thus, it is obvious the improvement of the duration and speed of the frequency modulation of the claimed technical solution in comparison with the prototype.

Помимо традиционного использования в радиолокации, короткие ЛЧМ-радиосигналы могут найти применение в защищенной связи, наблюдении в плотных средах (геолокация), медицине и гидролокации.In addition to the traditional use in radiolocation, short LFM radio signals can be used in secure communications, surveillance in dense environments (geolocation), medicine and sonar.

Например, использование ЛЧМ-сигналов в системах связи по сравнению с цифровыми системами CDMA (Code Livision Multiply Access) позволяет упростить обработку и удешевить устройства при тех же технических характеристиках.For example, the use of chirp signals in communication systems compared to digital systems CDMA (Code Livision Multiply Access) allows you to simplify processing and reduce the cost of devices with the same technical characteristics.

Актуальность и промышленную востребованность подтверждает большое число патентных документов, посвященных формированию ЛЧМ-сигналов (например, патенты 2033685 RU 7791415 US, 5428361 US, 5557241 US и др.).The relevance and industrial relevance is confirmed by a large number of patent documents on the formation of chirp signals (for example, patents 2033685 RU 7791415 US, 5428361 US, 5557241 US and others).

Функциональные элементы устройства формирования ЛЧМ-сигналов удовлетворяют критерию промышленного применения.The functional elements of the chirp signal generation device satisfy the criterion of industrial use.

В качестве передающего оптического модуля может быть использован, например, инжекционный полупроводниковый лазер, работающий в импульсном режиме и способный формировать импульсы пикосекундной длительности, например, производства компании Laser2000.As a transmitting optical module, for example, an injection semiconductor laser operating in a pulsed mode and capable of generating pulses of picosecond duration, for example, manufactured by Laser2000, can be used.

Физические особенности работы инжекционного полупроводникового лазера и распространения оптического излучения в оптическом волокне накладывают определенные ограничения на ширину спектральной линии и модовый режим излучения инжекционного полупроводникового лазера и обуславливают дополнительные требования к источнику излучения следующего характера:The physical features of the operation of the injection semiconductor laser and the propagation of optical radiation in the optical fiber impose certain restrictions on the spectral line width and the mode of radiation of the injection semiconductor laser and determine additional requirements for the radiation source of the following nature:

- одномодовый одночастотный режим излучения при минимальной ширине спектрапьной линии;- single-mode single-frequency radiation mode with a minimum spectral line width;

- высокая квантовая эффективность, т.е. отсутствие заметных утечек и других внутренних потерь, способных вызвать локальный перегрев структуры лазера;- high quantum efficiency, i.e. the absence of noticeable leaks and other internal losses that can cause local overheating of the laser structure;

- высокая стабильность мощности и малые собственные шумы;- high power stability and low intrinsic noise;

- малая излучающая площадь для повышения коэффициента связи с оптическим волокном.- small emitting area to increase the coupling coefficient with the optical fiber.

Учитывая это, а также на основании оценки влияния физических факторов оптического волокна на функционирование заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов, приведенной выше, передающий оптический модуль должен иметь следующие характеристики:Given this, and also on the basis of assessing the influence of the physical factors of the optical fiber on the functioning of the inventive device for generating chirp signals above, the transmitting optical module should have the following characteristics:

- рабочая длина волны оптического излучения 1550 нм;- working wavelength of optical radiation 1550 nm;

- длительность оптических импульсов более 37 пс;- the duration of optical pulses is more than 37 ps;

-- спектральная ширина излучения более 0,1 нм;- spectral radiation width of more than 0.1 nm;

- пиковая мощность оптического импульса: не более 1 Вт;- peak optical pulse power: not more than 1 W;

- относительный шум интенсивности 140 дБ/Гц;- relative intensity noise of 140 dB / Hz;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

В качестве волоконно-оптического разветвителя могут применяться промышленные оптические разветвители на 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 128 выходов, например, производства ЗАО "Компонент". Они бывают планарные и сплавные. Планарные оптические разветвители изготавливаются методом вытравливания волноводного слоя, выращенного на основе ниобата лития на монокристалле кремния, соответствующем конфигурации дерева разветвителя. Планарные разветвители имеют более стабильные и точные параметры по сравнению со сплавными.As a fiber-optic splitter, industrial optical splitters can be used for 2, 4, 8, 16, 32, 64 and 128 outputs, for example, manufactured by ZAO Component. They are planar and rafted. Planar optical splitters are made by etching a waveguide layer grown on the basis of lithium niobate on a silicon single crystal corresponding to the configuration of the splitter tree. Planar splitters have more stable and accurate parameters compared to alloy splitters.

Требования к волоконно-оптическим разветвителям с N выходами в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов следующие:Requirements for fiber optic splitters with N outputs in the inventive device for the formation of chirp signals are as follows:

- коэффициент разветвления 4, 8,16, 32, 64, 128;- branching ratio 4, 8.16, 32, 64, 128;

- рабочая длина волны оптического излучения 1550 нм;- working wavelength of optical radiation 1550 nm;

- избыточные потери 0,4,0,8, 1,6, 3,2, 6,4, 12,8 дБ соответственно;- excess losses of 0.4.0.8, 1.6, 3.2, 6.4, 12.8 dB, respectively;

- изоляция: не менее 50 дБ;- isolation: not less than 50 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°С.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° С.

Оптические волокна могут быть реализованы на основе кварцевых одномодовых световодов (Иванов А. Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. М.: Изд-во «Syrus System», 1999. - С.50-52).Optical fibers can be implemented on the basis of quartz single-mode optical fibers (Ivanov A. B. Fiber optics: components, transmission systems, measurements. M: Publishing House "Syrus System", 1999. - P.50-52).

Требования к оптическому волокну в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов с учетом оценки влияния физических факторов оптического волокна на функционирование заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов, приведенной выше, следующие:The requirements for optical fiber in the inventive device for generating chirp signals taking into account the assessment of the influence of physical factors of the optical fiber on the functioning of the inventive device for forming chirp signals above are as follows:

- одномодовое оптическое волокно с несмещенной дисперсией (SF);- single-mode optical fiber with unbiased dispersion (SF);

- максимальное затухание не более 0,2 дБ/км;- maximum attenuation no more than 0.2 dB / km;

- коэффициент удельной дисперсии менее 0,06 пс/км-1;- specific dispersion coefficient less than 0.06 ps / km -1 ;

- удельная хроматическая дисперсия менее 18 пс/(нмкм);- specific chromatic dispersion of less than 18 ps / (nmkm);

- точность изготовления отрезков оптического волокна не менее 1 мм;- the accuracy of the manufacture of segments of the optical fiber is not less than 1 mm;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Направленные волоконные ответвители могут быть реализованы, например, на базе направленных одномодовых ответвителей (Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы. - М.: Солон Р., 2001. - с.194). Требования к направленным волоконным ответвителям в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов:Directional fiber couplers can be implemented, for example, on the basis of directional single-mode couplers (O. Sklyarov. Modern fiber-optic transmission systems, equipment and components. - M.: Solon R., 2001. - p.194). Requirements for directional fiber couplers in the inventive device for generating chirp signals:

- переходное затухание минус 3 дБ;- transient attenuation minus 3 dB;

- рабочая длина волны оптического излучения 1550 нм;- working wavelength of optical radiation 1550 nm;

- избыточные потери не более 0,1 дБ;- excess losses of not more than 0.1 dB;

- изоляция не менее 50 дБ;- isolation of at least 50 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Волоконно-оптический соединитель может быть реализован в виде промышленных оптических сумматоров на 2, 4, 8, 16, 32, 64 или 128 входов, например, производства ЗАО «Компонент».The fiber-optic connector can be implemented in the form of industrial optical adders for 2, 4, 8, 16, 32, 64 or 128 inputs, for example, manufactured by ZAO Component.

Требования к волоконно-оптическим соединителям с М-входами в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов следующие:The requirements for fiber-optic connectors with M-inputs in the inventive device for the formation of chirp signals are as follows:

- избыточные потери: 0,4, 0,8, 1,6, 3,2, 6,4, 12,8 дБ соответственно;- excess losses: 0.4, 0.8, 1.6, 3.2, 6.4, 12.8 dB, respectively;

- изоляция: не менее 50 дБ;- isolation: not less than 50 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Оптический усилитель реализуется в виде волоконно-оптического усилителя на волокне, легированном эрбием (EDFA). Производится ряд усилителей, работающих в оптическом диапазоне 1530…1560 нм и обеспечивающих оптическое усиление 22…30 дБ при коэффициенте шума не более 4 дБ (Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. - М.: Изд-во «Syrus System», 1999. - С.104-105).The optical amplifier is implemented as an Erbium Doped Fiber Optic Amplifier (EDFA). A number of amplifiers are produced, operating in the optical range of 1530 ... 1560 nm and providing optical amplification of 22 ... 30 dB with a noise figure of not more than 4 dB (Ivanov A.B. Fiber optics: components, transmission systems, measurements. - M.: Publishing House "Syrus System", 1999. - S.104-105).

Требования к оптическому усилителю в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов следующие:The requirements for the optical amplifier in the inventive device for generating chirp signals are as follows:

- рабочая длина волны оптического излучения 1550 нм;- working wavelength of optical radiation 1550 nm;

- усиление оптического сигнала не менее 13,3 дБ;- amplification of the optical signal of at least 13.3 dB;

- мощность входного сигнала не менее 1 мкВт;- input signal power of at least 1 μW;

- коэффициент шума не более 6 дБ;- noise figure no more than 6 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Приемный оптический модуль обычно представляет сочетание фотодиода и каскада предварительного усиления сигнала фотоответа. Максимальная полоса детектируемых сигналов серийных фотодиодов достигает 10 ГГц, при чувствительности по мощности оптического излучения порядка минус 30 дБм, динамическом диапазоне 20…25 дБ и крутизна характеристик детектирования 0,5…0,8 А/Вт по току (Стручева О.Ф., Безбородова Т.М. Изделия волоконно-оптической техники: Каталог. - М.: Экос, 1993. - 142 с.)The receiving optical module is usually a combination of a photodiode and a pre-amplification stage of the photoresponse signal. The maximum band of detected signals of serial photodiodes reaches 10 GHz, with a sensitivity of optical radiation power of the order of minus 30 dBm, a dynamic range of 20 ... 25 dB and a steepness of the detection characteristics of 0.5 ... 0.8 A / W current (Strucheva O.F. Bezborodova T.M. Products of fiber-optic technology: Catalog. - M .: Ekos, 1993. - 142 p.)

Требования к приемному оптическому модулю в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов следующие:The requirements for the receiving optical module in the inventive device for generating chirp signals are as follows:

- рабочая длина волны: 1550 нм;- working wavelength: 1550 nm;

- диапазон спектральной чувствительности не выше 13,3 ГГц;- the range of spectral sensitivity is not higher than 13.3 GHz;

- крутизна детекторных характеристик 0,7…0,9 А/Вт;- the steepness of the detector characteristics of 0.7 ... 0.9 A / W;

- ширина полосы частот или скорость приема информации не более 6,6 ГГц;- bandwidth or information reception rate of not more than 6.6 GHz;

- время отклика не более 10 пс;- response time no more than 10 ps;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Полосовой фильтр и фильтр низких частот могут быть реализованы на полосковых и микрополосковых линиях (Зикий А.Н. Конспект лекций по курсу «Прием и обработка сигналов СВЧ». Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2005 г., с.24-41).A band-pass filter and a low-pass filter can be implemented on strip and microstrip lines (Zikiy AN Lecture notes on the course “Receiving and processing microwave signals.” Taganrog: Publishing house of TRTU, 2005, p.24-41).

Требования к полосовому фильтру в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов:Requirements for the bandpass filter in the inventive device for the formation of chirp signals:

- центральная частота не выше 10 ГГц;- the center frequency is not higher than 10 GHz;

- относительная ширина полосы пропускания не более 50%;- relative bandwidth not more than 50%;

- вносимое затухание не более 1 дБ;- insertion attenuation no more than 1 dB;

- коэффициент прямоугольности: <1,3;- coefficient of squareness: <1.3;

- неравномерность вносимого затухания в полосе пропускания ниже 10 дБ;- unevenness of the introduced attenuation in the passband below 10 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Требования к фильтру низких частот в заявляемом устройстве формирования ЛЧМ-сигналов:The requirements for a low-pass filter in the inventive device for generating chirp signals:

- полоса пропускания не более 13,3 ГГц;- bandwidth not more than 13.3 GHz;

- вносимое затухание не выше 1 дБ;- insertion attenuation not higher than 1 dB;

- полоса затухания не более 13,3 ГГц;- attenuation band of not more than 13.3 GHz;

- уровень ослабления в полосе затухания не менее 50 дБ;- attenuation level in the attenuation band of at least 50 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Амплитудный ограничитель может быть реализован по двусторонней диодной схеме.The amplitude limiter can be implemented on a two-sided diode circuit.

В качестве широкополосных электронных усилителей наиболее широко используются транзисторные усилители, работающие в диапазоне частот 0,1…25 ГГц и имеющие полосу усиления 4…80%, коэффициент усиления на каскад 5…30 дБ, коэффициент шума 2…6 дБ и динамический диапазон входного сигнала 80…90 дБ (Микроэлектронные устройства СВЧ / Под ред. Г.И. Веселова.- М.: Высшая школа, 1988. - С.78-86, 225).The most widely used as broadband electronic amplifiers are transistor amplifiers operating in the frequency range of 0.1 ... 25 GHz and having a gain band of 4 ... 80%, a gain per cascade of 5 ... 30 dB, a noise figure of 2 ... 6 dB and the dynamic range of the input signal 80 ... 90 dB (Microelectronic Microwave Devices / Edited by G.I. Veselov.- M.: Higher School, 1988. - P.78-86, 225).

Требования к электронному усилителю в устройстве формирования ЛЧМ-сигналов:Requirements for the electronic amplifier in the device for generating chirp signals:

- рабочий диапазон частот не более 13,3 ГГц;- operating frequency range of not more than 13.3 GHz;

- шумовая температура не более 5K;- noise temperature no more than 5K;

- коэффициент усиления не менее 10 дБ;- gain of at least 10 dB;

- рабочая температура в диапазоне - 40…+60°C.- operating temperature in the range - 40 ... + 60 ° C.

Таким образом, доказана практическая реализуемость заявляемого устройства формирования ЛЧМ-сигналов.Thus, the practical feasibility of the inventive device for generating chirp signals is proved.

Claims (1)

Устройство формирования ЛЧМ-сигналов, содержащее передающий оптический модуль, приемный оптический модуль, фильтр низких частот и электронный усилитель, отличающееся тем, что в него дополнительно введены волоконно-оптический разветвитель с N оптическими выходами, N бинарных волоконно-оптических структур, (N-1) волоконно-оптических линий задержек, волоконно-оптический соединитель с N оптическими входами, оптический усилитель, полосовой фильтр и амплитудный ограничитель, причем оптический выход передающего оптического модуля соединен с оптическим входом волоконно-оптического разветвителя, первый выход которого через первую бинарную волоконно-оптическую структуру подключен к первому оптическому входу волоконно-оптического соединителя, второй выход волоконно-оптического разветвителя через последовательно соединенные вторую бинарную волоконно-оптическую структуру и первую волоконно-оптическую линию задержки подключен к второму входу волоконно-оптического соединителя, а i-й выход волоконно-оптического разветвителя через последовательно соединенные i-ю бинарную волоконно-оптическую структуру и (i-1)-ю волоконно-оптическую линию задержки подключен к i-му входу волоконно-оптического соединителя, оптический выход которого через оптический усилитель соединен с оптическим входом приемного оптического модуля, электрический выход которого через последовательно соединенные полосовой фильтр, амплитудный ограничитель и электронный усилитель подключен к электрическому входу фильтра низких частот, причем все N бинарных волоконно-оптических структур содержат разделительный направленный волоконный ответвитель Y-типа, Q направленных волоконных ответвителей Х-типа, (Q+1) дополнительных волоконно-оптических линий задержки и суммирующий направленный волоконный ответвитель Y-типа, причем вход разделительного направленного волоконного ответвителя Y-типа является входом бинарной волоконно-оптической структуры, первый выход которого объединен с первым входом первого направленного волоконного ответвителя Х-типа, а второй выход через первую дополнительную волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом первого направленного волоконного ответвителя Х-типа, первый выход которого соединен с первым входом второго направленного волоконного ответвителя Х-типа, а второй выход через вторую дополнительную волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом второго направленного волоконного ответвителя Х-типа, причем первый выход j-го направленного волоконного ответвителя Х-типа соединен с первым входом (j+1)-го направленного волоконного ответвителя Х-типа, а второй выход j-го направленного волоконного ответвителя Х-типа через j-ю дополнительную волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом (j+1)-го направленного волоконного ответвителя Х-типа, причем первый выход последнего Q-го направленного волоконного ответвителя Х-типа соединен с первым входом суммирующего направленного волоконного ответвителя Y-типа, а второй выход последнего Q-го направленного волоконного ответвителя X-типа через (Q+1)-го волоконно-оптическую линию задержки соединен с вторым входом суммирующего направленного волоконного ответвителя Y-типа, а выход фильтра низких частот является выходом устройства. A device for generating chirp signals containing a transmitting optical module, a receiving optical module, a low-pass filter and an electronic amplifier, characterized in that it additionally includes a fiber optic splitter with N optical outputs, N binary fiber optic structures, (N-1 ) fiber-optic delay lines, a fiber optic connector with N optical inputs, an optical amplifier, a bandpass filter and an amplitude limiter, the optical output of the transmitting optical module being connected to optical input of the fiber optic splitter, the first output of which is connected through the first binary fiber optic structure to the first optical input of the fiber optic connector, the second output of the fiber optic splitter through the second binary optical fiber structure and the first fiber-optic delay line connected in series to the second input of the fiber optic connector, and the ith output of the fiber optic splitter through the i-th binary wave connected in series the window-optical structure and the (i-1) -th fiber-optic delay line is connected to the i-th input of the fiber-optic connector, the optical output of which is connected through the optical amplifier to the optical input of the receiving optical module, the electrical output of which is through a series-connected bandpass filter , an amplitude limiter and an electronic amplifier are connected to the electrical input of the low-pass filter, and all N binary fiber-optic structures contain a dividing directional fiber branch Y-type fiber, Q directional X-type fiber couplers, (Q + 1) additional fiber-optic delay lines and a summing Y-type directional fiber coupler, wherein the input of the Y-type directional fiber coupler is an input of a binary optical fiber structure, the first output of which is combined with the first input of the first directional X-type fiber coupler, and the second output through the first additional fiber-optic delay line is connected to the second input of the first directional fiber X-type coupler, the first output of which is connected to the first input of the second X-type directional fiber coupler, and the second output through the second additional fiber-optic delay line is connected to the second input of the second X-type directional fiber coupler, the first output of the jth X-type directional fiber coupler is connected to the first input of the (j + 1) -th X-type directional fiber coupler, and the second output of the j-type X-type directional fiber coupler through the jth additional fiber optic the delay line is connected to the second input of the (j + 1) th directional X-type fiber coupler, the first output of the last Qth directional X-type fiber coupler being connected to the first input of the summing Y-type directional fiber coupler The Qth directional X-type fiber coupler is connected via the (Q + 1) -th fiber delay line to the second input of the summing Y-type directional fiber coupler, and the output of the low-pass filter is the output of the device.
RU2012104485/08A 2012-02-08 2012-02-08 Apparatus for generating chirp signals RU2501157C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012104485/08A RU2501157C2 (en) 2012-02-08 2012-02-08 Apparatus for generating chirp signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012104485/08A RU2501157C2 (en) 2012-02-08 2012-02-08 Apparatus for generating chirp signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012104485A RU2012104485A (en) 2013-08-20
RU2501157C2 true RU2501157C2 (en) 2013-12-10

Family

ID=49162446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012104485/08A RU2501157C2 (en) 2012-02-08 2012-02-08 Apparatus for generating chirp signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2501157C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2568329C1 (en) * 2015-01-21 2015-11-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Device for generating chirp signals
RU2606307C1 (en) * 2015-11-17 2017-01-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of harmonic linearly frequency-modulated voltage analog forming

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633185A (en) * 1982-10-16 1986-12-30 Ferranti Plc Chirp signal generator for pulse compression radar
US5428361A (en) * 1993-08-06 1995-06-27 Rockwell International Corporation Large time-bandwidth chirp pulse generator
RU2282302C1 (en) * 2004-11-25 2006-08-20 Александр Анатольевич Борцов Generator of frequency-modulated signals
US7391550B2 (en) * 2003-05-07 2008-06-24 Montana State University Method and apparatus for optical broadband frequency chirp

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4633185A (en) * 1982-10-16 1986-12-30 Ferranti Plc Chirp signal generator for pulse compression radar
US5428361A (en) * 1993-08-06 1995-06-27 Rockwell International Corporation Large time-bandwidth chirp pulse generator
US7391550B2 (en) * 2003-05-07 2008-06-24 Montana State University Method and apparatus for optical broadband frequency chirp
RU2282302C1 (en) * 2004-11-25 2006-08-20 Александр Анатольевич Борцов Generator of frequency-modulated signals

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2568329C1 (en) * 2015-01-21 2015-11-20 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) Device for generating chirp signals
RU2606307C1 (en) * 2015-11-17 2017-01-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of harmonic linearly frequency-modulated voltage analog forming

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012104485A (en) 2013-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9885614B2 (en) Method and apparatus for multifrequency optical comb generation
Morvan et al. Building blocks for a two-frequency laser lidar-radar: a preliminary study
Shi et al. Review of low timing jitter mode-locked fiber lasers and applications in dual-comb absolute distance measurement
Mance et al. Time-stretched photonic Doppler velocimetry
Zarifi et al. Highly localized distributed Brillouin scattering response in a photonic integrated circuit
JP3631653B2 (en) Group velocity dispersion measuring apparatus and group velocity dispersion measuring method
CN111751844A (en) Coherent laser radar based on frequency domain coding technology
CN112698355A (en) Multi-wavelength coherent laser radar based on electro-optical modulation technology
CN110243492B (en) Brillouin optical correlation domain analyzer device and method based on supercontinuum
RU2501157C2 (en) Apparatus for generating chirp signals
EP3971638A1 (en) Method for generating heralded single-photons
US20150043598A1 (en) Method for generating optical pulses and optical pulse generator
RU121672U1 (en) DEVICE FOR FORMING LINEAR-FREQUENCY-MODULATED SIGNALS
JP5577592B2 (en) Chromatic dispersion measuring apparatus and chromatic dispersion measuring method
CN106768871A (en) Method based on photoswitch laser beat frequency systematic survey fibre-optical dispersion
JP3905780B2 (en) Brillouin spectral distribution measuring method and apparatus
CN114646941A (en) Electrically-controlled pulse laser for coherent laser radar
RU2568329C1 (en) Device for generating chirp signals
Chang et al. Convolution using guided acoustooptical interaction in thin-film waveguides
JP2972885B1 (en) Optical fiber dispersion measurement method
CN116481644A (en) Device and method for generating double optical combs
Kilic et al. Experimental demonstration of time lens photon Doppler velocimetry (TL-PDV)
JP5796738B2 (en) Terahertz wave generation detection device and terahertz wave propagation device
Varlamov et al. Operating characteristics of acousto-optic frequency shifter modulator on x-cut lithium niobate substrate
JP3291158B2 (en) Method and apparatus for measuring nonlinear refractive index of optical fiber

Legal Events

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

Effective date: 20160209