ПРИЕМОПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АТМОСФЕРНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Российский патент 1998 года по МПК H04B10/10 H04B10/24 

Изобретение относится к приемопередающим система, использующим световые волны, и может быть применено для передачи информации между корреспондентами через атмосферу.

Известны приемопередающие устройства атмосферных оптических линий связи, в которых приемный и передающий каналы выполнены автономно (Заказнов Н.П. Прикладная оптика. М.: Машиностроение, 1988, с. 260).

Недостатком этих устройств являются сложность взаимного совмещения оптических осей передатчика и приемника попарно и сохранение стабильности этих положений.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является приемопередающее устройство, выполненное в одном корпусе и содержащее передатчик, приемник, светоизлучающее устройство, фотоприемное устройство, двухзеркальный объектив и светоделительные диагональные зеркала, которые обеспечивают режим приема и передачи информации. (Гауэр Дж. Оптические системы связи. М.: Радио и связь, 1989, с. 426).

В указанном устройстве происходит рассогласование оптической системы из-за наличия нескольких оптических элементов, кроме этого, испускаемый световой пучок, отражаясь от имеющихся оптических элементов, попадает на фотоприемное устройство, что вносит дополнительное искажение в принимаемую информацию и исключает работу в дуплексном режиме.

Данное изобретение направлено на решение задачи передачи и приема информации. Развитие компьютерных сетей и телефонных линий сталкивается с проблемой нехватки физических линий связи. Стоимость линий связи с использованием высокочастотных кабелей высока. Телефонные линии не обеспечивают надежной связи и обладают малой пропускной способностью. Использование радиорелейных линий связи затруднено в связи со сложностью создания "непрослушиваемых каналов", наличия помех различного характера, загрузкой эфира другими радиосредствами. Перспективно освоение оптического диапазона путем использования оптических систем связи открытого типа (через атмосферу), позволяющих без больших затрат и оперативно связывать средства вычислительной техники и организовывать речевую связь в масштабе зданий, городских кварталов и т. д. Использование открытых оптических каналов связи является новым направлением, перспективным с точки зрения уменьшения материальных и временных затрат. Может быть использовано для сотовых систем связи.

При осуществлении заявляемого изобретения возникает технический результат - уменьшается рассогласование между приемным и передающим трактами при передаче по оптическому каналу и уменьшается влияние излучения передающего тракта на приемный тракт, что приводит к повышению надежности связи и возможности работы в дуплексном режиме.

Приемопередающее устройство содержит передатчик, приемник, светоизлучающее устройство, фотоприемное устройство, коллимирующее зеркало передатчика и фокусирующее зеркало приемника, которые выполнены на одной подложке концентрично, причем фокусирующее зеркало приемника расположено на периферии и имеет более длинное фокусное расстояние. А коллимирующее зеркало передатчика расположено в центре и имеет меньшее фокусное расстояние.

От наиболее близкого аналога заявляемое устройство отличается тем, что зеркала приемного и передающего трактов выполнены на одной подложке концентрично, причем фокусирующее зеркало приемного тракта размещено на периферии и имеет более длинное фокусное расстояние, фотоприемное и светоизлучающее устройства установлены в фокусах зеркал приемного и передающего трактов соответственно. Кроме того, перед светоизлучающим и фотоприемным устройствами установлены взаимно ортогонально линейные поляризаторы.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная электрическая схема приемопередающего устройства, а на фиг. 2 - оптико-механическая схема приемопередающего устройства. Приемопередающее устройство содержит (фиг. 1): передатчик 1, приемник 2, светоизлучающее устройство 3, фотоприемное устройство 4, коллимирующее зеркало передатчика 5, фокусирующее зеркало приемника 6, линейные поляризаторы 7 и 8. Фотоприемное устройство 4 установлено в фокусе зеркала 6 приемного тракта, светоизлучающее устройство 3 установлено в фокусе зеркала 5 передающего тракта. Зеркала 5 и 6 выполнены концентрично на одной подложке, фокусирующее зеркало 6 приемного тракта расположено на периферии и имеет более длинное фокусное расстояние. Перед светоизлучающим устройством 3 и перед фотоприемным устройством 4 установлены взаимно ортогонально линейные поляризаторы 7 и 8 соответственно.

Приемопередающее устройство работает следующим образом. Передаваемый от источника информации сигнал поступает на передатчик 1, который формирует серию электрических импульсов, соответствующих коду передаваемой информации. Импульсы поступают на светоизлучающее устройство 3, которое преобразует электрические импульсы в световые. Световой пучок от светоизлучающего устройства 3 (фиг. 1) попадает на поляризатор 7 (фиг. 2), пропускающий вертикально поляризованные лучи, которые затем падают на коллимирующее зеркало 5 (фиг. 2). Сформированный таким образом световой пучок проходит через открытую атмосферу, попадает на фокусирующее зеркало 6 (фиг. 2) другого приемопередающего устройства, проходит через поляризатор 8, пропускающий вертикально поляризованные лучи, которые затем падают на фотоприемное устройство 4, которое преобразует световые импульсы в электрические, поступающие на приемник 2. Электрические импульсы попадают на приемник, усиливаются в нем, преобразуются в соответствии с кодом передаваемого сообщения и передаются получателю информации.

Передаваемый от получателя информации сигнал обрабатывается аналогичным образом с той лишь разницей, что он проходит через поляризатор, пропускающий горизонтально поляризованные лучи, а также как и принимаемый на другом конце линии связи сигнал, проходит через поляризатор, пропускающий горизонтально поляризованные лучи. В предлагаемом приемопередающем устройстве поляризаторы при необходимости могут быть повернуты на 90^o.

В известном приемопередающем устройстве, выполненном в одном корпусе с одним двухзеркальным объективом, имеющим одно фокусное расстояние для приема и передачи, и светоделительными пластинками при расфокусировке (например, из-за температурных изменений, механических деформаций) перемещение вторичного зеркала на величину Δd вызывает смещение фокальной плоскости на величину Δx, равную

где
Здесь β зависит от фокуса главного зеркала и эквивалентного зеркала. Практически в объективе такого приемопередающего устройства при перемещении вторичного зеркала на 1 мм фокальная плоскость перемещается, согласно расчетам, на 4 мм. В этом случае при продольном, относительно оптической оси, перемещении происходит расфокусировка оптической системы, что приводит к ослаблению сигнала светоприемного устройства, а также к расширению диаграммы направленности передающей системы. Следовательно, в пункте приема удельная облученность будет снижена. При поперечных смещениях относительно оптической оси произойдет рассогласование максимумов излучения и максимумов приема. Указанные эффекты приводят к ухудшению условий обмена информацией вплоть до ее искажений и прекращения обмена.

В заявляемом устройстве за счет выполнения зеркал приемного и передающего трактов на одной подложке концентрично не возникает такого рассогласования между приемным и передающим трактом, что исключает искажение информации.

За счет того, что фотоприемное и светоизлучающее устройства снабжены поляризаторами, пропускающими свет во взаимно ортогональных плоскостях, исключается влияние излучения передающего тракта на приемный при дуплексной работе системы.

Заявляемое приемопередающее устройство атмосферных оптических линий расширяет ассортимент средств связи.

В научно-исследовательском физико-техническом институте Красноярского госуниверситета изготовлен и испытан макет открытого оптического канала связи инфракрасного диапазона с использованием заявляемого приемопередающего устройства атмосферных оптических линий связи, содержащий в пунктах передачи и приема информации источники ИК-излучения на мощном светоизлучающем диоде и приемник ИК-излучения на фотодиоде. На передачу и прием использована зеркальная оптическая система с двумя отражающими поверхностями, имеющими разные фокусные расстояния. Распространение излучения происходило через атмосферу при условии наличия прямой видимости.

Устройство относится к приемопередающим системам, использующим световые волны, и может быть применено для передачи информации между объектами через атмосферу, в частности для передачи речевой информации, сигналов управления, для связи между компьютерами, расположенными как внутри помещений, так и вне, может заменять различные информационные кабели, повышая степень защиты информации от несанкционированного доступа. Устройство содержит передатчик, приемник, светоизлучающее устройство, фотоприемное устройство, коллимирующее зеркало передатчика и фокусирующее зеркало приемника, которые выполнены концентрично на одной подложке, причем фокусирующее зеркало приемника размещено на периферии и имеет более длинное фокусное расстояние. Фотоприемное и светоизлучающее устройства установлены в фокусах зеркал приемного и передающего трактов соответственно. Перед светоизлучающим и фотоприемным устройствами установлены взаимно ортогонально линейные поляризаторы. При этом уменьшается рассогласование между приемным и передающим трактами при передаче по оптическому каналу и уменьшается влияние передающего тракта на приемный тракт, что приводит к повышению надежности приема-передачи оптического сигнала и является техническим результатом. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Приемопередающее устройство атмосферных оптических линий связи, содержащее передатчик, приемник, светоизлучающее устройство, фотоприемное устройство, коллимирующее зеркало передающего тракта, фокусирующее зеркало приемного тракта, отличающееся тем, что коллимирующее зеркало передатчика и фокусирующее зеркало приемника выполнены концентрично на одной подложке так, что фокусирующее зеркало приемника расположено на периферии и имеет более длинное фокусное расстояние. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перед светоизлучающим и фотоприемным устройствами установлены взаимноортогонально линейные поляризаторы.