АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК Российский патент 1996 года по МПК H04B10/06 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для приема сложных сигналов и анализа их спектра.

Целью изобретения является повышение помехозащищенности и достоверности путем раздельного приема сигналов на комбинированных частотах.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предложенного устройства; на фиг. 2 частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных каналов.

Акустооптический приемник содержит антенну 1, преобразователь 2 частоты, первый и второй гетеродины 3 и 4, первый и второй смесители 5 и 6, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители 7, 8, 9, 10 и 11 промежуточной частоты, первый, второй и третий амплитудные детекторы 12, 13 и 14, первый, второй и третий ключи 15, 16 и 17, лазер 18, коллиматор 19, первую, вторую и третью ячейки Брэгга 20, 21 и 22, первую, вторую и третью линзы 23, 24 и 25, первый, второй и третий фотоприемники 26, 27 и 28, первый, второй фазовращатели 29 и 30 на 90^o, третий и четвертый смесители 31 и 32, шестой и седьмой усилители 33 и 34 промежуточной частоты, третий фазовращатель 36 на 90^o, первый и второй фазовращатели 36 и 37 на -90^o, четвертый амплитудный детектор 39, видеоусилитель 40, первый сумматор 41, первый блок 42 сравнения, пятый амплитудный детектор 43, шестой амплитудный детектор 44, пятый ключ 45, второй блок 46 сравнения, второй и третий сумматоры 47 и 48, пятый ключ 49, пятый и шестой сумматоры 50 и 51, четвертую, пятую, шестую и седьмую ячейки Брэгга 52, 53, 54 и 55, четвертую, пятую, шестую и седьмую линзы 56, 57, 58 и 59, четвертый, пятый, шестой и седьмой фотоприемники 60, 61, 62 и 63.

Акустооптический приемник работает следующим образом.

С выхода антенны 1 на первые входы смесителей 5, 6, 31 и 32 поступает принимаемый сигнал, например, с фазовой манипуляцией (ФМн).

u_с(t) = U_сcos[2πf_сt+Φ_к(t)+Φ_с], 0≅t≅T_с,
где U_c, f_c, T_c, Φ_с амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала;
Φ_к(t) манипулируемая составляющая фазы сигнала, отображающая закон фазовой манипуляции, причем Φ_к(t) = const при kτ_п<t<(k+1)τ_п и может изменяться скачком при t kτ_п ,, то есть на границах между элементарными посылками (К= 1,2,3,N-1);
τ_п, N длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с Nτ_п).

На вторые входы смесителей 5 и 6 соответственно с выходов гетеродинов 3 и 4 подаются напряжения:

где U_г1, U_г2, f_г1, f_г2, амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов.

На вторые входы смесителей 31 и 32 соответственно с выходов фазовращателей 29 и 30 на 90^o подаются напряжения:

Причем частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 3 и 4 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты
f_г2 f_г1 2f_пр
и выбраны симметричными относительно частоты f_c основного канала
f_с f_г1 f_г2 f_с f_пр
Частота настройки f_н1 и голоса пропускания Δf₁ усилителей 7, 9, 11, 33 и 34 промежуточной частоты выбраны следующим образом:

Частота настройки f_н2 и голоса пропускания Δf₂ усилителей 8 и 10 промежуточной частоты выбраны следующим образом:

В смесителях 5, 6, 31 и 32 принимаемый сигнал преобразуется в напряжения следующих частот:
f_с1 f_с f_г1 f_пр
f_с2 f_г2 f_с f_пр
где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал, второй индекс обозначает номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала.

Усилителями 7, 9, 11, 33 и 34 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:


где


где
К коэффициент передачи смесителей;
f_пр f_с f_г1 f_г2 f_с промежуточная частота,

Напряжение U_пр2(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 12, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий вход ключа 15, открывая его. Ключи 15, 16, 17, 45 и 49 в исходном состоянии всегда закрыты. При этом напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 7 промежуточной частоты через открытый ключ 15 поступает на первый вход сумматора 41.

Напряжение U_пр3(t) с выхода усилителя 33 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 35 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение

Это напряжение поступает на второй вход сумматора 41, на выходе которого образуется напряжение
U_Σ1(t) = U_Σ1•cos[2πf_прt+Φ_к(t)+Φ_пр1], 0≅t≅T_с
где U_Σ1= 2U_пр1
Это напряжение поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 20, где происходит его преобразование в акустическое колебание.

Пучок света от лазера 18, сколлимированный коллиматором 19, проходит через ячейки Брэгга 20, 21, 22, 52, 53, 54 и 55 и дифрагирует в ячейке Брэгга на акустооптических колебаниях, возбуждаемых напряжением . На пути распространения дифрагируемой части пучка света устанавливается линза 23. В фокальной плоскости линзы 23 (24, 25, 56, 57, 58, 59), формирующей пространственные спектры принимаемого сигнала, установлен фотоприемник 26 (27, 28, 60, 61, 62, 63).

Каждая ячейка Брэгга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно Х и У 35^o среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот.

Напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t) с выходов усилителей 9 и 11 промежуточной частоты поступают соответственно на первые входы ключей 16 и 17.

Так как в полосу пропускания Df₂ усилителей 8 и 10 промежуточной частоты напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t) не попадают, то ключи 16 и 17 остаются в закрытом состоянии.

Одновременно принимаемый ФМн сигнал с выхода антенны 1 поступает на вход детекторного приемника, состоящего из последовательно включенных амплитудного детектора 39 и видеоусилителя 40. Напряжение с выхода детекторного приемника подается на первый вход блока 42 сравнения, на второй вход которого подается напряжение с выхода супергетеродинного приемника, состоящего из последовательно включенных смесителя 5, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 3, усилителя 7 промежуточной частоты и амплитудного детектора 43. Так как общий коэффициент усиления детекторного приемника при приеме ФМн сигналов по основному каналу на частоте f_c меньше коэффициента супергетеродинного приемника, то в блоке 42 сравнения напряжение не формируется и ключ 45 не открывается.

Следовательно, если ФМн сигнал принимается по основному каналу на частоте f_c, то его спектp анализиpуется фотоприемником 26.

Если ФМн сигнал принимается по первому зеркальному каналу на частоте f₃₁, то в смесителях 5, 6, 31 и 32 он преобразуется в напряжения следующих частот:
f₁₁ f_г1 f₃₁ f_пр
f₁₂ f_г2 f₃₁ 3 f_пр
которые попадают в полосы пропускания Δf₁ и Δf₂ усилителей 7, 9, 10 и 33 промежуточной частоты



Напряжение U_пр7(t) с выхода усилителя 10 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 14, где оно детектируется и поступает на управляющий вход ключа 16, открывая его. При этом напряжение U_пр6(t) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 16 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 21, где происходит его преобразование в акустическое колебание. В этом случае ФМн сигнал, принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте f₃₁, анализируется фотоприемником 27.

Напряжение U_пр5(t) с выхода усилителя 7 промежуточной частоты поступает на первый вход ключа 15. Так как в полосу пропускания Δf₁ усилителя 11 промежуточной частоты напряжение не попадает, то ключ 15 остается в закрытом состоянии.

Если ФМн сигнал принимается по второму зеркальному каналу на частоте f₃₂, то в смесителях 5, 6, 31 и 32 он преобразуется в напряжения следующих частот:
f₂₂ f₃₂ f_г2 f_пр
f₂₁ f₃₂ f_г1 3 f_пр
которые попадают в полосы пропускания и усилителей 11, 34 и 8 промежуточной частоты



Напряжение U_пр11(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 13, где оно детектируется и поступает на управляющий вход ключа 17, открывая его. При этом напряжение U_пр9(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты через открытый ключ 17 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 22, где происходит его преобразование в акустическое колебание. В этом случае ФМн сигнал, принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте f₃₂, анализируется фотоприемником 28.

Напряжение U_пр9(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты одновременно через амплитудный детектор 44 поступает на второй вход блока 46 сравнения, на первый вход которого поступает напряжение с выхода детекторного приемника, состоящего из последовательно включенных амплитудного детектора 39 и видеоусилителя 40. Так как общий коэффициент усиления детекторного приемника при приеме ФМн сигналов по второму каналу на частоте f₃₂ меньше коэффициента усиления супергетеродинного приемника, то в блоке 46 сравнения напряжение не формируется и ключ 49 не открывается.

Если ФМн сигнал принимается по первому комбинационному каналу на частоте f_к1, то в смесителях 5, 6, 31 и 32 он преобразуется в напряжение следующей частоты:

где показатель степени обозначает вторую гармонику частоты гетеродина, который попадает в полосу пропускания усилителей 7, 9 и 33 промежуточной частоты:


где f_пр 2 f_г1 f_к1 промежуточная частота.

Напряжение с выхода усилителя 7 промежуточной частоты через амплитудный детектор 43 поступает на второй вход блока 42 сравнения, на первый вход которого подается напряжение с выхода детекторного приемника, состоящего из последовательно включенных амплитудного детектора 39 и видеоусилителя 40. Так как общий коэффициент усиления детекторного приемника при приеме ФМн сигналов по комбинационным каналам больше коэффициента усиления супергетеродинного приемника, состоящего из последовательно включенных смесителя 5, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 3, усилителя 7 промежуточной частоты и амплитудного детектора 43, то в блоке 42 сравнения формируется постоянное напряжение. Это напряжение поступает на управляющий вход ключа 45 и открывает его. При этом напряжение U_пр12(t) с выхода усилителя 7 промежуточной частоты через открытый ключ 45 поступает на первые входы сумматоров 47 и 48.

Напряжение U_пр13(t) с выхода усилителя 33 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 35 на 90^o и 36 на -90^o, на выходах которых образуются напряжения:


Напряжения U_пр12(t) и U_пр11(t), поступающие на два входа сумматора 48, на его выходе компенсируются. На выходе сумматора 47 образуется напряжение:

где 2 U_пр1
которое поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 52, где происходит его преобразование в акустическое колебание. В этом случае ФМн сигнал, принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f_к1, анализируется фотоприемником 60.

Если ФМн сигнал принимается по второму комбинационному каналу на частоте f_к2, то в смесителях 5, 6, 31 и 32 он преобразуется в напряжение следующей частоты.

f221

= f_k2-2f_v1= f_пр
которое попадает в полосу пропускания Δf₁ усилителей 7, 9 и 33 промежуточной частоты


Напряжение U_пр17(t) с выхода усилителя 33 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателей 35 на 90^o и 36 на -90^o, на выходах которых образуются напряжения:


Напряжения U_пр16(t) и U_пр19(t), поступающие на два входа сумматора 47, на его выходе компенсируются. На выходе сумматора 48 образуется напряжение

которое поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 53. В этом случае ФМн сигнал, принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте f_к2, анализируется фотоприемником 61.

Если ФМн сигнал принимается по третьему комбинационному каналу на частоте f_к3, то в смесителях 5, 6, 31 и 32 он преобразуется в напряжения следующей частоты
f₃₂ 2 f_г2 f_к3 f_пр
которое попадает в полосу пропускания усилителей 11 и 34 промежуточной частоты


Напряжение U_пр20(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты через амплитудный детектор 44 поступает на второй вход блока 46 сравнения, на первый вход которого подается напряжение с выхода амплитудного детектора. Так как общий коэффициент усиления детекторного приемника, состоящего из последовательно включенных амплитудного детектора 39 и видеоусилителя 40, при приеме ФМн сигналов по комбинационным каналам больше коэффициента усиления супергетеродинного приемника, состоящего из последовательно включенных смесителя 6, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 4, усилителя 11 промежуточной частоты и амплитудного детектора 44, то в блоке 46 сравнения формируется постоянное напряжение. Это напряжение поступает на управляющий вход ключа 49 и открывает его. При этом напряжение U_пр20(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты через открытый ключ 49 поступает на первые входы сумматоров 50 и 51. Напряжение U_пр21(t) с выхода усилителя 34 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 37 на -90^o и 38 на 90^o, на выходах которых образуются напряжения:


Напряжения U_пр20(t) и U_пр23(t), поступающие на два входа сумматора 51, на его выходе компенсируются. На выходе сумматора 50 образуется напряжение


которое поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 54. При этом ФМн сигнал, принимаемый по третьему комбинационному каналу на частоте f_к3, анализируется фотоприемником 62.

Если ФМн сигнал принимается по четвертому комбинационному каналу на частоте f_к4, то в смесителях 5, 6, 31 и 32 он преобразуется в напряжения следующей частоты:
f₄₂ f_к4 2 f_г2 f_пр
которые попадают в полосу пропускания Δf₁ усилителей 11 и 34 промежуточной частоты


Напряжение U_пр24(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты через открытый ключ 49 поступает на первые входы сумматоров 50 и 51.

Напряжение U_пр25(t) с выхода усилителя 34 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 37 на -90^o и 38 на 90^o, на выходах которых образуются напряжения:


Напряжения U_пр24(t) и U_пр25(t), поступающие на два входа сумматора 50, на его выходе компенсируются. На выходе сумматора 51 образуется напряжение

которое поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 55. При этом ФМн сигнал, принимаемый по четвертому комбинационному каналу на частоте f_к4, анализируется фотоприемником 63.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с известным обеспечивает раздельный прием и однозначный анализ ФМн сигналов, принимаемых по первому, второму, третьему и четвертому комбинационным каналам на частотах f_к1, f_к2, f_к3, f_к4. Тем самым помехозащищенность и достоверность приема ФМн сигналов повышается. Это достигается использованием двух гетеродинов, частоты которых f_г1 и f_г2 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты f_г2 f_г1 2 f_пр и выбраны симметричными относительно частоты f_c основного канала
f_с f_г1 f_г2 f_с f_пр,
и семи каналов приема.

Использование: радиотехника, для приема сложных сигналов и анализа их спектра. Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит антенну 1, преобразователь частоты 2, первый и второй гетеродины 3, 4, первый и второй смесители 5, 6, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители 7, 8, 9, 10, 11 промежуточной частоты, первый, второй и третий амплитудные детекторы 12, 13, 14, первый, второй и третий ключи 15, 16, 17, лазер 18, коллиматор 19, первую, вторую и третью ячейки Брэгга 20, 21, 22, первую и третью линзы 23, 24, 25, первый, второй и третий фотоприемники 26, 27, 28, первый, второй фазовращатели на 90^o 29, 30, третий и четвертый смесители 31, 32, шестой и седьмой усилители 33, 34 промежуточной частоты, третий фазовращатель на 90^o 35, первый и второй фазовращатели на -90^o 36, 37, четвертый фазовращатель на 90^o 38, четвертый амплитудный детектор 39, видеоусилитель 40, первый сумматор 41, первый блок сравнения 42, пятый и шестой амплитудные детекторы 43, 44, пятый ключ 45, второй блок сравнения 46, второй и третий сумматоры 47, 48, пятый ключ 49, пятый и шестой сумматоры 50, 51, четвертую, пятую, шестую и седьмую ячейки Брэгга 52, 53, 54, 55, четвертую, пятую, шестую и седьмую линзы 56, 57, 58, 59, четвертый, пятый, шестой, седьмой фотоприемники 60, 61, 62, 63. 2 ил.

Акустооптический приемник, содержащий лазер, выход которого соединен с последовательно расположенными коллиматором, первой, второй и третьей ячейками Брэгга, на пути распространения дифрагированного пучка света каждой ячейки Брэгга установлена соответствующая линза, в фокальной плоскости которой расположен соответствующий фотоприемник, а также последовательно включенные приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым гетеродином, первый усилитель промежуточной частоты, первый ключ, второй вход которого через первый амплитудный детектор соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, к выходу приемной антенны также подключены последовательно соединенные второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, третий усилитель промежуточной частоты, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого через четвертый усилитель промежуточной частоты соединен с выходом первого смесителя, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю второй ячейки Брэгга, к выходу первого смесителя последовательно подключены пятый усилитель промежуточной частоты, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого через второй усилитель промежуточной частоты соединен с выходами второго смесителя, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю третьей ячейки Брэгга, отличающийся тем, что в него введены второй, третий и четвертый фазовращатели на +90^o, первый и второй фазовращатели на -90^o, третий и четвертый смесители, шестой и седьмой усилители промежуточной частоты, четвертый, пятый и шестой амплитудные детекторы, видеоусилитель, первый и второй блоки сравнения, четвертый и пятый ключи, первый, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры, четвертая, пятая, шестая и седьмая ячейки Брэгга, четвертая, пятая, шестая и седьмая линзы, четвертый, пятый, шестой и седьмой фотоприемники, причем к выходу антенны последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого через первый фазовращатель на +90^o соединен с вторым выходом первого гетеродина, шестой усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90^o и первый сумматор, включенный между выходом первого ключа и пьезоэлектрическим преобразователем первой ячейки Брэгга, к выходу ячейки последовательно подключены четвертый амплитудный детектор, видеоусилитель, первый блок сравнения, второй вход которого через пятый амплитудный детектор соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй сумматор, второй вход которого через первый фазовращатель на -90^o соединен с выходом шестого усилителя промежуточной частоты и пьезоэлектрический преобразователь четвертой ячейки Брэгга, к выходу четвертого ключа последовательно подключены третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго фазовращателя на +90^o, и пьезоэлектрический преобразователь пятой ячейки Брэгга, к выходу антенны последовательно подключены четвертый смеситель, второй вход которого через третий фазовращатель на +90^o соединен с вторым выходом второго гетеродина, седьмой усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на -90^o, четвертый сумматор, второй вход которого через пятый ключ соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, и пьезоэлектрический преобразователь шестой ячейки Брэгга, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены шестой амплитудный детектор, второй блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом видеоусилителя, пятый ключ, пятый сумматор, второй вход которого через четвертый фазовращатель на +90^o соединен с выходом седьмого усилителя промежуточной частоты, и пьезоэлектрический преобразователь седьмой ячейки Брэгга, на пути распространения пучка света лазера последовательно с первой, второй и третьей ячейками Брэгга установлены четвертая, пятая, шестая и седьмая ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагированного пучка света которых установлены соответствующие линзы, в фокальной плоскости которых размещены соответствующие фотоприемники.