Акустооптический спектроанализатор Советский патент 1987 года по МПК G01R23/17 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для спектрального анализа широкополосных радиосигналов в реальном масштабе времени ,

Цель изобретения - повьшение точности измерения фазы.

На фиг. 1 изображена функциональная схема акустооптического спектро- анализатора; на фиг. 2 - конструкция блока модуляторов.

Акустооптический спектроанализа- тор содержит импульсный лазер 1, выход которого через фильтр 2, формиру- киций пучок с однородным распределени- ем интенсивности, поступает на коллиматор 3, выход которого оптически соединен с акустооптическими модуляторами 4-6, которые через последовательно оптически соединенные первую цилиндрическую линзу 7, щелевую диафрагму 8, вторую цилиндрическую линзу 9 оптически соединены соответствено: модулятор 6 - с линейками 11-12 фотоприемйиков, модулятор 5 через модулятор 6, линзу 7, диафрагму 8 и линзу 9 - с линейкой 12 фотоприемников, модулятор 4 через линзу 7, диафрагму 8 и линзу 9 - с линейкой 13 фотоприемников. Вход модулятора 5 че рез фазовращатели 4 на - электрически соединен со вторыми выходами генераторов I5 частот, первые выходы которых электрически соединены с входом модулятора 4. Вход модулятора 6 является шиной входного сигнала.

Конструкция блока модуляторов содержит акустооптический кристалл 16 и пьезрпреобразователи 17-19.

Акустооптический спектроанализа- тор р отает следующим образом.

Луч импульсного лазера I через фильтр поступает на коллиматор 3, который расширяет пучок, чтобы осветит апертуры акустооитических модуляторов 4-6, Ширина модулятора 6 выбирается равной t . 31, где I - таг

MfitffTfФП

между линейками фотоприемников. Шири

Таким образом, на модулятор 4 пост пают N опорных сигналов с частотам определяемыми по вьфажению (2), а модулятор 5 поступают такие же сиг лы , но

поступают такие же сдвинутые на г . На каждом

фотоприемников линеек П и 12 опор и сигнальный пучки будут интерфери ровать. Тогда можно записать следу щее выражение для интенсивностей с

рина модулятора 5 выбирается равной 50 1, где - ширина линейки I фотоприемников . Ширина модулятора 4 выбирается равной .

Таким образом, модулятор 6 оптически соединен с линейками 10-12, мо-55 i-ом фотоприемнике линеек II дулятор 5 - с линейкой 11, модулятор 4 - с линейками 12 и 13. Цилиндрическая линза 7 фокусирует дифрагированные на модуляторах 4-6 лучи в

и 12:

I

12

+ А . + 2А . А ...

оо; ОП1 txn

(х,0).

5

0

5

плоскость щелевой диафрагмы 8, которая выделяет только первые порядки дифрагированньк лучей. Цилиндрическая линза 9 увеличивает по одной координате изображение спектра до размера линейки фотоприемников.

В соответствии с вьшерассмотрен- ными связями модуляторов 4-6 с линейками 10-13, на линейку 10, которая измеряет амплитудный спектр сигнала, будет поступать дифрагированный свет первого порядка от модулятора 6. На линейке 11 будут интерферировать лучи от модуляторов 5 и 6. На линейке 12 будут интерферировать лучи от модуляторов 4 и 6. На линейку 13 будут поступать дифрагированные лучи от модулятора 4.

Разрешающая способность N акустооптического спектроанализатора по частоте определяется известным соотношением :

N Af 1, . (I)

где if - полоса частот сигнала; Н - высота модулятора;

V - скорость звука в модуляторе. Количество фотоприемников в каждой из линеек выбирается равным N, количество генераторов I5 также равно N..

Частоты генераторов 15 выбираются следующим образом:

fv..

-. if

N

(2)

где

fo

N 2

несущая частота радиосигнала;

-7 -1 Г) 1 7 т ... 2 , 1,и,I f,j

Фазовращатели 14 сдвигают фазу на выходе каждого генератора

1 Я 15 на Таким образом, на модулятор 4 поступают N опорных сигналов с частотами, определяемыми по вьфажению (2), а на модулятор 5 поступают такие же сигналы , но

поступают такие же сдвинутые на г . На каждом из

фотоприемников линеек П и 12 опорный и сигнальный пучки будут интерферировать. Тогда можно записать следующее выражение для интенсивностей све i-ом фотоприемнике линеек II

фотоприемнике линее

+ А . + 2А . А ...

оо; ОП1 txn

i-ом фотоприемнике линеек II

(х,0).

(3)

А Li

2А . А ...

ОП1Оо1

,(x,0)

(4)

де А.

и А

амплитуды опорного и сигнального лучей для i-й составляющей;

. (х,о) - преобразованная по Фурье фаза i-й частотной составляющей Ш радиосигнала, х - координата в плоскости линеек фотоприемников .

Из выражений (3) и ЯР,- |х

(4) получим: ,0/ arctg ..-AL,

I,e

В прототипе фаза измеряется с погрешностью, обусловленной принципиально неустранимыми отличиями от 7Г/2 сдвигов фаз между интерферирующими пучками

1„и

11

из-за зависимости

угла падения света первого порядка дифракции на четвертьв олновую пластину от частоты модуляции опорногсЯ сигнала, В предлагаемом акустооптическом спектроанализаторе за счет введения фазо-зо тический модулятор и фазовращатели на вращателей 14 и третьего акустооптического модулятора 5 обеспечивается одинаковый сдвиг фаз J/2 между интерферирующими на линейках 11 и 12 пучками. В результате измерения величина i-й частотной составляющей свободна от указанной погрешности прототипа, что и обеспечивает более высокую точность измерения.

35

/2, ,входы которых электрически соединены с вторыми выходами соответствующих генераторов частот, а выходы электрически соединены с входом третьего акустооптического модулятора, оптический вход которого оптически соединен с выходом коллиматора, а оптический выход через последовательно соединенные первый акустооптический моДругой источник случайной фазовой Q дулятор, первую цилиндр тческую линзу.

погрешности, имеющий место в реальной практике из-за непараллельности плоскостей акустооптических модуляторов вследствие ограниченных возможностей их взаимной юстировки, может быть ранен конструктивньм исполнением модуляторов 4-6 на одном акустооптическом кристалле 16 (фиг. 2).

щелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с оптическим входом второй линейки фотоприемников.

2. Спектроанализатор по п. 1, о т- личающийся тем, что все три акустооптических модулятора конст- ipyKTHBHo выполнены на одном кристалле.

296959 Ф о

р м у л а

4 3 о

бретения

Ш15

.

20

25

, . Акустооптический спектроанали- затор, содержащий импульсный лазер, выход которого через последовательно соединенные фильтр и коллиматор оптически соединен с оптическими входами первого и второго акустооптических модуляторов, оптический выход первого акустооптического модулятора через последовательно соединенные первую цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с оптическими входами первой, второй и третьей линеек фотоприемников, а вход является входной шиной, второй.акустооптический модулятор оптически соединен с первым акустооптическим модулятором и непосредственно через первую цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с четвертой линейкой фотоприемников, вход второго акустооптического модулятора электрически соединен с первыми выходами генераторов частот, отлич ающийся тем, что, с целью повышения точности измерения фазы, в него введены третий акустооптический модулятор и фазовращатели на

/2, ,входы которых электрически соединены с вторыми выходами соответствующих генераторов частот, а выходы электрически соединены с входом третьего акустооптического модулятора, оптический вход которого оптически соединен с выходом коллиматора, а оптический выход через последовательно соединенные первый акустооптический мощелевую диафрагму, вторую цилиндрическую линзу оптически соединен с оптическим входом второй линейки фотоприемников.

2. Спектроанализатор по п. 1, о т- личающийся тем, что все три акустооптических модулятора конст- ipyKTHBHo выполнены на одном кристалле.

Ю

19

Составитель И. Коновалов Редактор А. Ревин Техред А.Кравчук

Заказ 773/47 Тираж 731Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фие.2

Корректор О. Луговая

Изобретение относится к радиотехнике. Может быть использовано для спектрального анализа широкополосных радиосигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - повышение точности измерения фазы. Для достижения поставленной цели в устройство допохшительно введены акустооптичес- кий модулятор 5 и фазовращатели на 11/2 14. Также устройство содержит импульсный лазер 1, фильтр 2, коллиматор 3, акустооптические модуляторы 4, 6, цилиндрические линзы 7, 9, щелевую диафрагму 8, .линейки фотоприемников 10, 11, 12, 13, генератор 15 час- |Тоты. Конструкция акустооптических модуляторов 4, 5, 6 содержит акустооп- тический кристалл и пьезопреобразова- телн. Введение новых элементов обеспечило одинаковый сдвиг фаз между интерферирующ1ши на линейках 11, i 2 пучками. Повышение точности также обуславливается ликвидацией непараллельности плоскостей модуляторов за счет исполнения их на одном кристалле. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л ND СО Oi CD сл со