RU2799112C1 - Fiber-optical system for measuring instant frequencies of multiple microwave signals - Google Patents
Fiber-optical system for measuring instant frequencies of multiple microwave signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2799112C1 RU2799112C1 RU2023107342A RU2023107342A RU2799112C1 RU 2799112 C1 RU2799112 C1 RU 2799112C1 RU 2023107342 A RU2023107342 A RU 2023107342A RU 2023107342 A RU2023107342 A RU 2023107342A RU 2799112 C1 RU2799112 C1 RU 2799112C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- input
- output
- frequencies
- microwave signals
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Волоконно-оптическая система относится к технике оптико-электронных измерений, в частности к устройствам для измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов с помощью регистрации мощности сигналов биений с компонентами убывающей по мощности симметричной гребенки частот, у которых существует зависимость изменения мощности в зависимости от частоты измеряемых сигналов.A fiber-optic system refers to the technique of optoelectronic measurements, in particular, to devices for measuring instantaneous frequencies of microwave signals by recording the power of beat signals with components of a symmetrical frequency comb decreasing in power, in which there is a dependence of the change in power depending on the frequency of the measured signals .
Известно устройство для измерения мгновенной частоты СВЧ-сигналов (см. электронный ресурс https://elibrary.ru/item.asp?id=41216821/, опубликованный 16.10.2019). Данное устройство выбранное в качестве прототипа, содержит последовательно соединенные источник узкополосного оптического сигнала, оптический разветвитель, два параллельных каскада амплитудного и фазового модуляторов Маха-Цандера, оптический объединитель, оптический циркулятор, оптический фильтр на основе вогнутой волоконной решетки Брэгга и фотоприемный блок, соединенный с контроллером определения частоты СВЧ-сигнала, в котором производится математическая обработка спектрального смещения, по которому определяют мгновенную частоту СВЧ-сигнала.A device is known for measuring the instantaneous frequency of microwave signals (see the electronic resource https://elibrary.ru/item.asp?id=41216821/ published on 10/16/2019). This device, chosen as a prototype, contains a narrow-band optical signal source connected in series, an optical splitter, two parallel cascades of amplitude and phase Mach-Zander modulators, an optical combiner, an optical circulator, an optical filter based on a concave fiber Bragg grating and a photodetector unit connected to the controller determining the frequency of the microwave signal, in which the mathematical processing of the spectral shift is performed, by which the instantaneous frequency of the microwave signal is determined.
Устройство работает следующим образом. Генерируют узкополосное оптические излучение в лазерном излучателе, которое через оптический разветвитель поступает в два параллельных каскада амплитудного и фазового модуляторов Маха-Цандера. В верхнем каскаде узкополосное оптические излучение модулируют измеряемым неизвестным СВЧ-сигналом, а в нижнем каскаде узкополосное оптические излучение модулируют известным СВЧ-сигналом для формирования равномерной по мощности компонент частотной гребенки с числом компонент для покрытия измеряемого частотного диапазона и с шагом частоты равным величине частоты модулирующего СВЧ-сигнала. Далее происходит объединение верхнего и нижнего каналов в оптическом объединителе, выходной спектр с выхода которого через оптический циркулятор подается на вогнутую волоконную решетку Брэгга где происходит изменение амплитуд спектральных составляющих частотной гребенки и попавших между ними спектральных компонент измеряемого сигнала согласно огибающей вогнутой волоконной решетки Брэгга. Полученный таким образом спектр отражается от вогнутой волоконной решетки Брэгга и через циркулятор принимается в фотоприемном блоке, полоса частот которого ограничена шириной одного канала частотной гребенки, определяемой величиной частоты модулирующего СВЧ-сигнала, с выхода которого спектр проходит в блок спектрального анализа принятого излучения, где определяют канал измерения и неизвестную мгновенную частоту СВЧ-сигнала на основе сравнения отношения мощностей частот биений спектральных компонент измеряемого сигнала с двумя близлежащими спектральными составляющими частотной гребенки между которыми они расположены.The device works as follows. Narrow-band optical radiation is generated in a laser emitter, which, through an optical splitter, enters two parallel cascades of amplitude and phase Mach-Zehnder modulators. In the upper cascade, narrow-band optical radiation is modulated with a measured unknown microwave signal, and in the lower cascade, narrow-band optical radiation is modulated with a known microwave signal to form a frequency comb component uniform in power with the number of components to cover the measured frequency range and with a frequency step equal to the frequency of the modulating microwave -signal. Next, the upper and lower channels are combined in an optical combiner, the output spectrum from the output of which is fed through an optical circulator to a concave fiber Bragg grating, where the amplitudes of the spectral components of the frequency comb and the spectral components of the measured signal that fall between them change according to the envelope of the concave fiber Bragg grating. The spectrum obtained in this way is reflected from a concave fiber Bragg grating and is received through a circulator in a photodetector unit, the frequency band of which is limited by the width of one frequency comb channel, determined by the frequency of the modulating microwave signal, from the output of which the spectrum passes to the spectral analysis unit of the received radiation, where it is determined the measurement channel and the unknown instantaneous frequency of the microwave signal based on a comparison of the ratio of the power of the beat frequencies of the spectral components of the measured signal with two nearby spectral components of the frequency comb between which they are located.
Недостатком указанного устройства является невозможность измерения частот одновременно нескольких СВЧ сигналов.The disadvantage of this device is the inability to measure the frequencies of several microwave signals simultaneously.
Техническая проблема указанного устройства заключается в невозможности измерения частот одновременно нескольких СВЧ сигналов.The technical problem of this device is the impossibility of measuring the frequencies of several microwave signals simultaneously.
Решаемая техническая задача (технический результат) в волоконно-оптической системе измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов заключается в измерении частот одновременно нескольких СВЧ-сигналов.The technical problem to be solved (technical result) in the fiber-optic system for measuring the instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals is to measure the frequencies of several microwave signals simultaneously.
Решаемая техническая задача (технический результат) в волоконно-оптической системе измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, содержащей источник узкополосного оптического излучения, оптический разветвитель, модулятор Маха-Цендера, при этом радиочастотный вход модулятора Маха-Цендера является входом волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, фазовый модулятор, генератор СВЧ-сигнала гребенки, оптический объединитель, фотоприемник, а также контроллер определения частот СВЧ-сигналов, который имеет выход являющийся выходом волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, причем источник узкополосного оптического излучения через вход и первый выход оптического разветвителя посредством волоконных световодов подключен к оптическому входу модулятора Маха-Цендера, фазовый модулятор, оптический выход которого посредством волоконных световодов через вход и второй выход оптического объединителя и фотоприемник последовательно соединен с контроллером определения частот СВЧ-сигналов, а генератор СВЧ-сигнала гребенки соединен с радиочастотным входом фазового модулятора достигается тем, что источник узкополосного оптического излучения через вход и второй выход оптического разветвителя посредством волоконных световодов подключен к оптическому входу фазового модулятора, а оптический выход модулятора Маха-Цендера через вход и первый выход оптического объединителя посредством волоконных световодов подключен к фотоприемнику.Solved technical problem (technical result) in a fiber-optic system for measuring instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals, containing a source of narrow-band optical radiation, an optical splitter, a Mach-Zehnder modulator, while the radio-frequency input of the Mach-Zehnder modulator is the input of a fiber-optic system for measuring instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals, a phase modulator, a comb microwave signal generator, an optical combiner, a photodetector, and a controller for determining the frequencies of microwave signals, which has an output that is the output of a fiber optic system for measuring instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals, and the source of narrow-band optical radiation through the input and the first output of the optical splitter by means of fiber light guides is connected to the optical input of the Mach-Zehnder modulator, the phase modulator, the optical output of which is connected in series to the controller for determining the frequencies of microwave signals through the input and second output of the optical combiner and the photodetector via fiber light guides, and the generator The microwave signal of the comb is connected to the RF input of the phase modulator is achieved by the fact that the source of narrow-band optical radiation through the input and the second output of the optical splitter is connected to the optical input of the phase modulator by means of optical fibers, and the optical output of the Mach-Zehnder modulator is connected through the input and the first output of the optical combiner through fiber light guides connected to a photodetector.
На фиг. 1 изображена структурная схема волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов.In FIG. 1 is a block diagram of a fiber optic system for measuring the instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals.
На фиг. 2 изображены зависимости мощностей гармоник пар сигналов трех неизвестных частот СВЧ-сигналов, после модуляции узкополосного оптического сигнала, попавших между различными составляющими частотной гребенки в разные измерительные каналы.In FIG. Figure 2 shows the power dependences of the harmonic pairs of signals of three unknown frequencies of microwave signals, after modulation of a narrow-band optical signal, that fell between different components of the frequency comb in different measuring channels.
На фиг. 3 изображены отношения мощностей гармоник частотной гребенки, на основе сравнения с которыми которых происходит определение измерительного канала.In FIG. 3 shows the power ratios of the harmonics of the frequency comb, based on the comparison with which the measurement channel is determined.
На фиг. 4 представлен алгоритм работы контроллера определения частот СВЧ-сигналов.In FIG. 4 shows the algorithm of the controller for determining the frequencies of microwave signals.
Система электропитания необходимая для источника узкополосного оптического излучения, модулятора Маха-Цандера, фазового модулятора, генератора СВЧ-сигнала гребенки и контроллера определения частот СВЧ-сигналов на фиг. 1 не показана.The power supply system required for the source of narrow-band optical radiation, the Mach-Zehnder modulator, the phase modulator, the microwave signal generator of the comb, and the controller for determining the frequencies of the microwave signals in FIG. 1 is not shown.
Волоконно-оптическая система измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, представленная на фиг. 1, содержит источник узкополосного оптического излучения 1, оптический разветвитель 2, модулятор Маха-Цендера 3, при этом радиочастотный вход модулятора Маха-Цендера 3 является входом волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, фазовый модулятор 4, генератор СВЧ-сигнала гребенки 5, оптический объединитель 6, фотоприемник 7, а также контроллер определения частот СВЧ-сигналов 8, который имеет выход являющийся выходом волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов, причем источник узкополосного оптического излучения 1 через вход и первый выход оптического разветвителя 2 посредством волоконных световодов подключен к оптическому входу модулятора Маха-Цендера 3, фазовый модулятор 4, оптический выход которого посредством волоконных световодов через вход и второй выход оптического объединителя 6 и фотоприемник 7 последовательно соединен с контроллером определения частот СВЧ-сигналов 8, а генератор СВЧ-сигнала гребенки 5 соединен с радиочастотным входом фазового модулятора 4 отличающаяся тем, что источник узкополосного оптического излучения 1 через вход и второй выход оптического разветвителя 2 посредством волоконных световодов подключен к оптическому входу фазового модулятора 4, а оптический выход модулятора Маха-Цендера 3 через вход и первый выход оптического объединителя 6 посредством волоконных световодов подключен к фотоприемнику 7.The fiber optic system for measuring the instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals shown in FIG. 1, contains a source of narrow-band
Рассмотрим работу волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов.Let us consider the operation of a fiber-optic system for measuring instantaneous frequencies of microwave signals.
Предварительно в блок контроллера определения частот СВЧ-сигналов загружают значения отношения мощностей измерительных каналов, которые приведены на фиг. 3 и программу, работающую согласно алгоритму, который приведен на фиг. 4.Beforehand, the values of the power ratio of the measuring channels, which are shown in FIG. 3 and a program operating according to the algorithm shown in FIG. 4.
Подключают систему электропитания для блоков источник узкополосного оптического сигнала 1, модулятора Маха-Цендера 3, фазового модулятора 4, генератора СВЧ-сигнала гребенки 5, контроллера определения частот СВЧ-сигналов 8.The power supply system for the blocks is connected to the source of a narrow-band
На вход модулятора Маха-Цендера 3, например, с принимающей антенны подают СВЧ-сигналы с измеряемыми частотами.At the input of the Mach-Zehnder
Для измерения мгновенных частот СВЧ-сигналов с помощью источника узкополосного оптического сигнала 1 генерируют сигнал с частотой ƒl, который проходя через оптический разветвитель 2 затем модулируют в модуляторе Маха-Цендера 3, работающем в нулевой рабочей точке модуляционной характеристики для подавления несущей, измеряемыми СВЧ-сигналами с частотами ƒi… ƒj, а в фазовом модуляторе 4 модулируют СВЧ-сигналом ƒгр генератора СВЧ-сигнала гребенки 5 для создания эквидистантной и симметричной по частоте относительно подавленной несущей частотной гребенки с нечетными составляющими спектр гармониками с убывающими относительно центральных гармоник амплитудами, определяющимися коэффициентами ряда Фурье En=2E0/πn, где n=1, 3, 5 - номер составляющей разложения по модулирующей частоте.To measure the instantaneous frequencies of microwave signals using a narrow-band
На выходе оптического объединителя 6 спектры излучений с выходов модулятора Маха-Цендера 3 и фазового модулятора 4 объединяются и спектральные составляющие неизвестных измеряемых сигналов попадают между двумя ближайшими компонентами частотной гребенки, формирующие измерительные каналы. Объединенный спектр поступает на фотоприемник 7, частота которого ограничивается шириной одного измерительного канала, на выходе которого формируются массив сигналов биений fiБгр…fjБгр за счет биений каждой гармоники измеряемого сигнала с двумя близлежащими компонентами гребенки fГР i и fГР i+1.At the output of the
Полученные биения поступают на контроллер определения частот СВЧ-сигналов 8, где проводится оцифровка, дискретное преобразование Фурье, определение частот и мощностей сигналов биений. Сформированный массив биений сортируется согласно алгоритму работы контроллера и затем вычисляется отношение мощностей симметричных относительно fГР пар биений, отношение мощностей которых сравнивается с отношением мощностей гармоник частотной гребенки для каждого из каналов, приведенной на фиг. 3, которая благодаря разнице мощностей гармоник будет индивидуальной для каждого канала, что позволяет определить его номер. Частота внутри каждого из каналов определяется как разница известных частот компонент частотной гребенки и измеренных частот биений.The resulting beats are sent to the controller for determining the frequencies of
Полученные данные с контроллера определения частот СВЧ-сигналов 8 могут быть выведены на экран и записаны в память контроллера определения частот СВЧ-сигналов 8.The received data from the controller for determining the frequencies of
Точность измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов определяется производительностью процессора, который является базовой частью контроллера определения частот СВЧ-сигналов 8.The accuracy of measuring the instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals is determined by the performance of the processor, which is the basic part of the controller for determining the frequencies of
Волоконно-оптическая система измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов может быть реализована на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1300 нм (возможны и другие длины волн), например:A fiber-optic system for measuring the instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals can be implemented on the following elements, designed to operate at a wavelength of 1300 nm (other wavelengths are possible), for example:
В качестве источника узкополосного оптического излучения 1 может быть выбран лазерный диод IDL10S-1300 НИИ «Полюс» или ДМПО131-22 ООО НПФ «Дилаз»;As a source of narrow-band
В качестве оптического разветвителя 2 может быть выбран оптический разветвитель 1х2 1310/1550 нм компании ООО «ОПТЕЛ»;As an
В качестве модулятора Маха-Цандера 3 может быть выбран модуляторы на основе интерферометра Маха-Цендера 500-x-13 компании Laser2000;As a Mach-Zehnder 3 modulator, modulators based on the Mach-Zehnder interferometer 500-x-13 from Laser2000 can be selected;
В качестве фазового модулятора 4 может быть выбран фазовый модулятор SSP-P-13-10 - 1310 нм, 10 ГГц компании Rofea Optoelectronics;As a phase modulator 4, a phase modulator SSP-P-13-10 - 1310 nm, 10 GHz from Rofea Optoelectronics can be selected;
В качестве генератора СВЧ-сигнала гребенки 5 может быть выбран СВЧ аналоговый генератор сигналов Agilent Technologies N5183A-532;A microwave analog signal generator Agilent Technologies N5183A-532 can be selected as a microwave signal generator of
В качестве оптического объединителя 6 может быть выбран оптический объединитель 2х1 АО «ЛЛС»;As an
В качестве фотоприемника 7 может быть выбран высокоскоростной волоконно-оптический InGaAs микроволновый широкополосный PIN фотоприемник компании Optilab, например, PD-40-MM;As a
В качестве контроллера определения частот СВЧ-сигналов 8 может быть выбран микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;As a controller for determining the frequencies of
В качестве волоконных световодов могут быть выбраны эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ».Standard cords or cables TELECOM-TEST of the LLC Production and Trade Company SOKOL can be chosen as fiber light guides.
Для построения волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот множества СВЧ-сигналов все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.To build a fiber-optic system for measuring the instantaneous frequencies of a plurality of microwave signals, all of the above blocks for generating, receiving and processing signals can be made on a single chip or in an integrated design.
Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи (технического результата) - измерении мгновенных частот одновременно множества СВЧ-сигналов волоконно-оптической системы измерения мгновенных частот одновременно нескольких СВЧ-сигналов.All this allows us to speak about the achievement of the solution of the set technical problem (technical result) - the measurement of instantaneous frequencies simultaneously of a plurality of microwave signals of a fiber-optic system for measuring instantaneous frequencies of several microwave signals simultaneously.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2799112C1 true RU2799112C1 (en) | 2023-07-04 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU102256U1 (en) * | 2010-09-06 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
US9287993B1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-03-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | RF channelizer based on parametrically generated combs derived from a single master seed |
CN107367880A (en) * | 2017-07-26 | 2017-11-21 | 中国科学院半导体研究所 | Microwave photon filter based on double parallel Mach zehnder modulators |
RU193095U1 (en) * | 2019-06-07 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Fiber optic device for measuring instantaneous frequencies of multiple microwave signals |
RU2721739C1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Fiber-optic instantaneous frequency measuring system of multiple microwave signals |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU102256U1 (en) * | 2010-09-06 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
US9287993B1 (en) * | 2014-10-31 | 2016-03-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | RF channelizer based on parametrically generated combs derived from a single master seed |
CN107367880A (en) * | 2017-07-26 | 2017-11-21 | 中国科学院半导体研究所 | Microwave photon filter based on double parallel Mach zehnder modulators |
RU193095U1 (en) * | 2019-06-07 | 2019-10-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Fiber optic device for measuring instantaneous frequencies of multiple microwave signals |
RU2721739C1 (en) * | 2019-06-07 | 2020-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Fiber-optic instantaneous frequency measuring system of multiple microwave signals |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Eliyahu et al. | Phase noise of a high performance OEO and an ultra low noise floor cross-correlation microwave photonic homodyne system | |
CN102638305B (en) | Optical single-side band modulation based optical device measuring method and optical single-side band modulation based optical device measuring device | |
EP3657243B1 (en) | Optical dual-comb source apparatuses including two optical microresonators | |
EP0978740A2 (en) | Wavelength division multi/demultiplexer | |
KR20190106105A (en) | Light comb generating device and spectrometers comprising the same | |
CN102628893A (en) | System and method for measuring photonic integration microwave frequency | |
RU102256U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
US20230349760A1 (en) | Device and method for optical spectrum measurement | |
CN110967167A (en) | Micro-cavity optical frequency comb repetition frequency stability test system and test method | |
CN111397851A (en) | OFDR multi-path optical fiber sensing system and method based on optical frequency comb technology | |
US8379217B2 (en) | System and method for optical sensor interrogation | |
RU193095U1 (en) | Fiber optic device for measuring instantaneous frequencies of multiple microwave signals | |
RU2799112C1 (en) | Fiber-optical system for measuring instant frequencies of multiple microwave signals | |
CN110445542A (en) | The 20 times frequency optical millimeter waves device and method based on nested Mach-Zehnder modulators | |
RU2721739C1 (en) | Fiber-optic instantaneous frequency measuring system of multiple microwave signals | |
CN110113095A (en) | A kind of smooth delay test device and system | |
JP2014149190A (en) | Measuring device, measuring method, light source device, and article manufacturing method | |
RU2608394C1 (en) | Device for measuring parameters of physical fields | |
Morozov et al. | Optical vector analyzer based on double-side modulation with a suppressed carrier and phase-shift FBG | |
RU161644U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
EP0497847A1 (en) | A wide bandwidth rf spectrum analyser. | |
US11243141B2 (en) | Method and apparatus for chromatic dispersion measurement based on optoelectronic oscillations | |
KR102360033B1 (en) | Optical dual-comb source including optical microresonator | |
RU2623710C1 (en) | Method of determining the symmetrical optical structure (versions) central frequency and device for its implementation | |
Andreev et al. | CD monitoring based on Bragg Notch filter reflection spectrum analysis |