УСТРОЙСТВО СЕЛЕКЦИИ СИГНАЛОВ ПО ЧАСТОТЕ Российский патент 2016 года по МПК G01R23/17 G02F1/33 G08C23/02 

Устройство относится к области обработки сигналов и предназначено для использования в радиоприемных системах.

Известно устройство селекции сигналов, построенное на основе электронных компонент. Устройство представляет собой набор параллельно включенных узкополосных радиочастотных усилителей, перекрывающих всю полосу селекции (В.А. Мартынов, Ю.И. Селихов. Панорамные приемники и анализаторы спектра. - М.: Сов. Радио, 1980, с. 206-225). Такое устройство позволяет разделить принимаемые сигналы в соответствии со значениями их частот.

К недостаткам такого устройства следует отнести большую массу и габариты при достаточно большом числе усилителей (~10³ и более). Для снижения массы и габаритов устройства можно использовать акустооптоэлектронную (АОЭ) элементную базу.

Известно устройство селекции, построенное на акустооптоэлектронной элементной базе (см. В.Н. Парыгин, В.И. Балакший. Оптическая обработка информации. - Изд. Московского университета, 1987, с. 116-117). Устройство носит название анализатора спектра с когерентным детектированием. К недостатку устройства следует отнести сложность формирования гетеродинного (опорного) светового пучка при работе устройства селекции в широкой полосе частот, так как в этом случае необходимо формировать гетеродинный световой пучок для всех возможных частот принимаемого сигнала. Это увеличивает сложность и громоздкость устройства, а также существенно увеличивает световые потери на формирование гетеродинных пучков, вследствие чего повышаются требования к мощности используемого источника света.

Также известно устройство (см. С.В. Кулаков. Акустооптические устройства спектрального и корреляционного анализатора сигналов. - Ленинград: Наука, Ленинградское отделение, 1978, с. 55-63), которое содержит последовательно оптически соединенные источник света (лазер), коллиматор, первый акустооптический модулятор (АОМ) света, на электрический вход которого подается входной сигнал, проектирующую оптическую систему, второй АОМ света, на электрический вход которого подается сигнал в виде δ-импульса, интегрирующую линзу и фотодетектор.

На выходе такого устройства формируется корреляционная функция сигналов, подаваемых на первый и второй АОМ света. Поэтому если на электрический вход первого АОМ света подать входной сигнал и одновременно с этим на электрический вход второго АОМ света подать δ-импульс, то на выходе фотодетектора будет сформирован (восстановлен) выходной сигнал, являющийся копией входного.

Первый недостаток такого устройства заключается в том, что оно не может работать при неизвестном заранее времени прихода входного сигнала. Это связано с тем, что неизвестно, в какой момент необходимо формировать δ-импульс.

Второй недостаток такого устройства заключается в том, что использование δ-импульсов энергетически невыгодно, так как формально δ-импульс имеет бесконечно широкий спектр, и поэтому световой поток, соответствующий спектру δ-импульса, распределяется по всей полосе пространственных частот, в которой работает устройство, и на каждое значение пространственной частоты приходится, таким образом, очень малая световая энергия. Поэтому при приеме узкополосных сигналов, которым соответствует узкий спектр пространственных частот, уровень выходного сигнала будет весьма низок.

Указанных недостатков лишено устройство (см. патент РФ 2498413, C1, МПК G08C 23/02, G02F 1/33, опубл. 10.11.2013, бюл. №31). Это устройство содержит последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, первый АОМ света, электрический вход которого является входом устройства, первую интегрирующую линзу проектирующей оптической системы, пространственный фильтр, вторую интегрирующую линзу проектирующей оптической системы, второй АОМ света, электрический вход которого подключен ко входу устройства, интегрирующую линзу, второй пространственный фильтр и линейку фотодиодов, причем второй АОМ света оптически соединен с интегрирующей линзой через второй порядок дифракции, а скорость распространения акустической волны во втором АОМ света выбрана вдвое больше скорости распространения акустической волны в первом АОМ света.

Недостатком данного устройства является искажение выходных сигналов относительно входных. Искажения возникают вследствие нелинейного режима дифракции светового потока на акустическом сигнале. В линейном режиме дифракции присутствуют световые максимумы, соответствующие нулевому и первому порядкам дифракции. Если же при дифракции появляются максимумы, соответствующие вторым и более высоким порядкам, то это свидетельствует о наличии нелинейного режима дифракции (см., например, Е.Р. Мустель, В.Н. Парыгин. Методы модуляции и сканирования света. - М.: Наука, 1970, с. 200-213). В прототипе присутствуют световые максимумы, соответствующие не только 0-му и +1-му, но и +2-му порядку дифракции, что приводит к нелинейному режиму работы устройства и искажениям выходных сигналов относительно входных.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение искажений выходных сигналов.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, АОМ света, электрический вход которого является входом устройства, первую интегрирующую линзу, пространственный фильтр, а также вторую интегрирующую линзу и линейку фотодиодов, между пространственным фильтром и второй интегрирующей линзой в ±1-х порядках дифракции установлены оптические транспаранты с функцией пропускания

,

где K - размерный постоянный коэффициент;

х, у - координаты Фурье-плоскости интегрирующей линзы,

а в 0-м порядке дифракции четвертьволновая пластинка.

На фигуре представлена схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, АОМ света 3, интегрирующие линзы 4.1 и 4.2, пространственный фильтр 5, фазовые транспаранты 6.1 и 6.2, четвертьволновую пластинку 7 и линейку фотодиодов 8.

Устройство работает следующим образом. С помощью лазера 1 и коллиматора 2 формируется монохроматический световой поток с плоским фронтом, который падает на АОМ света 3, работающий в режиме Рамана-Ната. На электрический вход АОМ света 3 подается входной сигнал, возбуждающий в модуляторе бегущую акустическую волну. На выходе модулятора формируется бегущая световая волна, представляющая собой бегущее фазовое световое изображение акустического сигнала. Интегрирующая линза 4.1 производит пространственное преобразование Фурье светового поля на выходе АОМ света 3. Пространственный фильтр 5 отфильтровывает все порядки дифракции, кроме ±1-х и 0-го. Фазовые транспаранты 6.1 и 6.2 преобразуют световые пучки, распространяющиеся по ±1-м порядкам дифракции. Четвертьволновая пластинка 7, помещенная в 0-й порядок дифракции, преобразует фазовый контраст в контраст интенсивности. Восстановление входного сигнала в соответствии со значением его частоты осуществляется с помощью линейки фотодиодов 8.

Если на входе устройства присутствует несколько сигналов на разных частотах, то все они будут разделяться в пространстве и каждый сигнал будет формироваться на выходе соответствующего фотодиода линейки.

Использование в устройстве световых максимумов 0-го и ±1-го порядков дифракции позволяет обеспечить линейный режим дифракции и тем самым снизить искажения выходных сигналов, возникавших в прототипе из-за нелинейного режима дифракции.

Устройство селекции сигналов по частоте содержит последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, акустооптический модулятор (АОМ) света, первую интегрирующую линзу и пространственный фильтр, а также вторую интегрирующую линзу и линейку фотодиодов. Электрический вход модулятора является входом устройства. При этом между пространственным фильтром и второй интегрирующей линзой в ±1-х порядках дифракции установлены оптические транспаранты. Технический результат заключается в снижении искажений выходных сигналов. 1 ил.

Устройство селекции сигналов по частоте, содержащее последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, акустооптический модулятор света, электрический вход которого является входом устройства, первую интегрирующую линзу и пространственный фильтр, а также вторую интегрирующую линзу и линейку фотодиодов, отличающееся тем, что между пространственным фильтром и второй интегрирующей линзой в ±1-х порядках дифракции установлены оптические транспаранты с функцией пропускания

где K - размерный постоянный коэффициент;
х, y - координаты Фурье-плоскости интегрирующей линзы,
а в 0-м порядке дифракции четвертьволновая пластинка.