РАДИОФОТОННЫЙ ФАЗОВЫЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2024 года по МПК G01S3/46 H04B10/2575 

Изобретение относится к радиолокации, радиофотонике и интегральной оптике и может быть использовано для создания СВЧ-устройств, применяемых в телекоммуникационных и радиолокационных системах.

Известны фазовые пеленгаторы, применяемые в устройствах радиолокации и радионавигации, содержащие n приемных антенн, n коммутаторов и n фазовращателей [1. Патент RU 2143707 от 11.06.1998; 2. RU 186801 от 24.09.2018]. Недостатками известных аналогов является низкая точность измерения фазы сигнала источника, обусловленная погрешностями фазовращателей.

Наиболее близким к заявляемому устройству является фазовый пеленгатор, содержащий приемные антенны, высокочастотные коммутаторы, многоканальный приемник, АЦП, лазер, оптический канал, модуляторы Маха-Цендлера, являющиеся электрооптическими модуляторами, контроллер высокочастотных коммутаторов, фотоприемник, приемник и многоканальный коммутатор, управляемый контроллером, являющимся вычислителем пеленга. [3. Патент RU 2736543 от 12.05.2020]. Недостатком данного устройства является низкая точность определения фазового сдвига.

Задача изобретения - повышение точности определения фазы между приемными антеннами и повышение точности определения направления на источник излучения.

Техническим результатом является повышение точности определения фазы между приемными антеннами и повышение точности определения направления на источник излучения.

На фиг. 1 показана структурная схема заявленного устройства, с указанием следующих позиций: 1 - антенна 1, 2 - антенна 2, 3 - электрический канал, 4 и 5 - электрооптический модулятор, 6 - лазер, 7 - разветвитель оптического сигнала, 8 - оптический канал, 9 - сумматор оптических сигналов, 10 - волоконная брегговская решетка, 11 - фото детектор, 12 - логарифмически-усилительный детектор, 13 - вычислитель пеленга.

На фиг. 2 приведен график изменения мощности сигнала, дБм (вертикальная шкала значений на графике), на выходе фотодетектора от разности фаз принимаемых сигналов Δφ ° (горизонтальная шкала значений на графике).

На фиг. 3 приведен график зависимости напряжения на выходе логарифмически-усилительного детектора, В (вертикальная шкала значений на графике), от разности фаз принимаемых сигналов Δφ ° (горизонтальная шкала значений на графике).

Радиофотонный фазовый пеленгатор содержит приемные антенны, электрооптические модуляторы, лазер, оптический канал, электрический канал, вычислитель пеленга.

В конструкцию радиофотонного фазового пеленгатора дополнительно введены разветвитель оптического сигнала, сумматор оптических сигналов, волоконная брегговская решетка, фотодетектор, логарифмически-усилительный детектор и используются две антенны и два электрооптических модулятора.

Выход первой антенны 1 соединен электрическим каналом с электрическим входом первого электрооптического модулятора 4, выход второй антенны 2 соединен электрическим каналом с электрическим входом второго электрооптического модулятора 5, оптические входы электрооптических модуляторов путем параллельного соединения связаны с первым и вторым выходами разветвителя оптического сигнала 7, вход которого соединен с выходом лазера 6, оптические выходы электрооптических модуляторов путем параллельного соединения связаны оптическим каналом с первым и вторым входами сумматора оптических сигналов 9, причем выход сумматора оптических сигналов соединен оптическим каналом 8 со входом волоконной брегговской решетки 10, выход которой соединен оптическим каналом со входом фото детектора 11, выход фотодетектора соединен электрическим каналом со входом логарифмически-усилительного детектора 12, выход которого соединен со входом вычислителя пеленга 13.

Заявляемое устройство работает следующим образом: Пеленгуемый радиосигнал поступает на приемную антенну 1 и приемную антенну 2, разнесенные в пространстве в горизонтальной плоскости на некоторое расстояние. Между сигналами с выходов антенн 1 и 2 имеется некоторый фазовый сдвиг, находящийся в диапазоне более нуля и до 180° (0°…180°].

Сигнал с антенны 1 по электрическому каналу поступает на электрический вход первого электрооптического модулятора 4, со второй антенны 2 по электрическому каналу сигнал поступает на электрический вход второго электрооптического модулятора 5.

На оптические входы первого электрооптического модулятора 4 и второго электрооптического модулятора 5 поступает оптический сигнал с лазера 6 разделенный пополам через разветвитель оптического сигнала 7, фаза оптического сигнала на входах первого электрооптического модулятора 4 и второго электрооптического модулятора 5 одинаковая. На выходе первого электрооптического модулятора 4 и выходе второго электрооптического модулятора 5 будет амплитудно-модулированные входным с антенн сигналом оптические сигналы.

Оптический сигнал с выхода первого электрооптического модулятора 4 и оптический сигнал с выхода второго электрооптического модулятора 5 поступают на первый и второй входы сумматора оптических сигналов 9. В сумматоре оптических сигналов 9 сигналы суммируются.

С выхода сумматора оптических сигналов 9 оптический сигнал поступает на вход волоконной брегговской решетки 10.

На выходе волоконной брегговской решетки 10 появляется сигнал, имеющий спектр с явно выраженными максимумами гармониками сигналов от первой и второй антенн. [Othonos, A. Fiber Bragg gratings / A. Othonos // Rev. Sci. Instrum. - 1997. - V. 68. - №12. - P. 4309-4341].

Оптический сигнал с выхода волоконной брегговской решетки 10 поступает на вход фотодетектора 11. Зависимость мощности сигнала на выходе фото детектора 11 от разности фаз принимаемых сигналов приведена на фиг. 2.

Электрический сигнал с выхода фотодетектора 11 поступает логарифмически-усилительный детектор 12, на выходе данного устройства будет формироваться постоянное напряжение, значение которого будет изменяться в зависимости от разности фаз принимаемых сигналов в соответствии с графиком, представленным на фиг. 3.

Сигнал с выхода логарифмически-усилительного детектора 12 для обработки поступает на вычислитель пеленга 13, который формирует соответствующие управляющие сигналы.

Все элементы данного устройства серийно выпускаются и, соответственно, предлагаемое устройство может быть промышленно реализовано.

Пример реализации заявленного устройства с подтверждением заявленного технического результата

В качестве приемных антенн 1 и 2 может использоваться, например, комплект антенн AK-26G, производства компании «А.Н. Systems» (https://ahsystems.m/nabory-antenn/ak-26g-id12/), работающих в диапазоне частот 20 Гц - 26 ГГц.

В качестве электрооптических модуляторов 4 и 5 могут использоваться, например, фазовый электрооптический высокочастотный модулятор, производства компании «Смартс Кванттелеком» (официальный диллер АО «ЛЛС» (https://lenlasers.ru/moskva/catalog/elektroopticheskie-modulyatory/)), с диапазоном рабочих частот до 12 ГГц и длиной волны 1550±20 нм.

В качестве разветвителя оптического сигнала 7 может использоваться, например, стандартный одномодовый светоделитель, разработки фирмы Advanced Fiber Resources (официальный дистрибьютор АО «ЛЛС» (https://lenlasers.ru/moskva/catalog/opticheskie-razvetviteli/)), работающий в диапазоне длин волн 1310-1550 нм, полосой пропускания ±15 нм и делением оптического сигнала 50:50.

В качестве сумматора оптических сигналов 9 может использоваться, например, оптический сплиттер/сумматор POAS-3212, разработки ООО «ПРОФИТТ» (http://www.profitt.ru/RUSSIAN/poas3212.html), работающий в диапазоне длин волн 1270-1610 нм, с отношением входных мощностей сигнала 50:50.

В качестве волоконно-брегговской решетки 10 может быть использована, например, одиночная волоконная брегговская решетка FBG-1, разработки компании «Optilab» (официальный дистрибьютор АО «ЛЛС» (https://lenlasers.ru/moskva/catalog/volokonnye-breggovskie-reshetki/), центральная длина волны которой лежит в диапазоне 1510-1600 нм, точность длины волны ±0,2 нм и отражательная способность >90%.

В качестве фотодетектора 11 может использоваться, например, высокомощный фотоприемник серии Р20РЕ, производства АО «ЛЛС» (https://lenlasers.ru/product/vysokomoshchnyy-fotopriemnik-serii-p20pe-do-20-ggts-sdelano-v-rossii/#use), высокоскоростной микроволновой фотодиодный модуль, предназначенный для прямого преобразования оптических сигналов в электрические радиочастотно-модулированные оптические сигналы и обеспечивающий минимальную полосу частот до 20 ГГц. Фотодиод внутри этого модуля на основе InGaAs p-i-n работает в диапазоне длин волн 1260-1620 нм.

В качестве логарифмически-усилительного детектора 12 может использоваться, например, микросхема HMC948LP3E, производства компании «Analog Devices» (https://www/chipdip.ru/product0/8027000617), относящаяся к радиочастотному детектору 1С общего назначения, имеющей 16 выводов, с такими основными техническими параметрами: частота 1-23 ГГц, напряжение 3,15-3,45 В.

В качестве вычислителя 13 пеленга может использоваться, например, любой вычислитель с АЦП на входе, например, микропроцессор PIC16F18855, производства компании «Microchip Technology)) с тактовой частотой 32 МГц, объемом памяти SRAM 1,024 кБ, напряжением питания 2,3-5,5 В.

Электрический канал по данному изобретению состоит из кабелей, соединяющих антенны с электрооптическими модуляторами, а также фотодетектора с логарифмически-усилительным детектором.

Работоспособность пеленгатора подтверждена изготовлением макета и проведенными испытаниями. Заявленный технический результат достигается за счет того, что принимаемый антеннами сигнал, модулирующий лазерное излучение, сразу переносится в оптический диапазон, устраняя тем самым погрешность, вносимую в процесс измерения фазы фазовращателями и обусловленную неравномерностью амплитудно-частотной характеристики фазовращателя в рабочем частотном диапазоне пеленгатора.

Изобретение относится к радиолокации, радиофотонике и интегральной оптике и может быть использовано для создания СВЧ-устройств, применяемых в телекоммуникационных и радиолокационных системах. Техническим результатом является повышение точности определения фазы между приемными антеннами и повышение точности определения направления на источник излучения. Радиофотонный фазовый пеленгатор содержит две приемные антенны, два электрооптических модулятора, лазер, оптический канал, электрический канал, разветвитель оптического сигнала, сумматор оптических сигналов, волоконную брегговскую решетку, фотодетектор, логарифмически-усилительный детектор и вычислитель пеленга. 3 ил.

Радиофотонный фазовый пеленгатор, содержащий приемные антенны, электрооптические модуляторы, лазер, оптический канал, вычислитель пеленга, отличающийся тем, что в конструкцию радиофотонного фазового пеленгатора дополнительно введены разветвитель оптического сигнала, сумматор оптических сигналов, волоконная брегговская решетка, фотодетектор, логарифмически-усилительный детектор, электрический канал и используются две антенны, разнесенные в пространстве в горизонтальной плоскости, а также два электрооптических модулятора, при этом выход первой приемной антенны соединен электрическим каналом с электрическим входом первого электрооптического модулятора, выход второй приемной антенны соединен электрическим каналом с электрическим входом второго электрооптического модулятора, оптические входы электрооптических модуляторов путем параллельного соединения связаны с первым и вторым выходами разветвителя оптического сигнала, вход которого соединен с выходом лазера, оптические выходы электрооптических модуляторов путем параллельного соединения связаны оптическим каналом с первым и вторым входами сумматора оптических сигналов, причем выход сумматора оптических сигналов соединен оптическим каналом со входом волоконной брегговской решетки, выход которой соединен оптическим каналом со входом фотодетектора, выход фотодетектора соединен электрическим каналом со входом логарифмически-усилительного детектора, выход которого соединен со входом вычислителя пеленга.