Способ анализа спектра радиосигнала Советский патент 1992 года по МПК G01R29/08 G01R21/00 

Изобретение относится к радиотехнике и электронике и может быть использовано в построении оптических и радиотехнических систем обработки информации, преимущественно СВЧ-диапазона.

Цель изобретения - расширение полосы анализируемых частот радиосигнала.

На фиг.1 изображена схема взаимодействия оптического излучения и СВЧ-сигнала в градиентном магнитном поле; на фиг.2 - схема одного из вариантов устройства для анализа спектра радиосигнала.

Устройство содержит преобразователь 1, оптические призмы 2 и 3, проводник 4, источник 5 оптического излучения, линзу 6, поляризатор 7, анализатор 8, систему 9 постоянных

магнитов, приемник 10 оптического излучения.

Способ анализа спектра радиосигнала заключается в преобразовании радиосигнала в магнитостатическую волну (МСВ), рзс- пространяющуюся в пленке феррита, помещенной в магнитное поле, вводе в пленку феррита оптического излучения широким пучком и определении спектра радиосигнала по пространственному распределению оптического излучения. Направление распространения оптического излучения и МВС выбирают коллинеарным и создают продольный и поперечный относительно направления оптического излучения пространственные градиенты магнитного поля, которые удовлетворяют системе уравнений:

J

СО

о

4

.. vCOaQ/aQ .

Z Z0 + J -3-/-ТГ dy ; о dq dk

vn v ,-7 y . KW-KotZJ-J- / dy;

„. yCOdfl Q. 4®- J-aT -aiT 1

k(Z) k0(Z),

где k и q - проекции волнового вектора MCB на оси у и z соответственно, переменные с индексом о соответствуют значениям переменных при у 0;

Q- левая часть закона дисперсии поверхностной МСВ:

Q 2(wg -й)+амиь, (k2 + q2)+a)m(wH + Hhi)l + + 2 (ий + - ft) (k2 + q2) X th (2 Xd) ,

где X k2 + q2 СОнШт

,2 .

ftjЈ + (ОнШт - О

WH Y H 4 тгу М , где d - толщина пленки феррита;

H (y,z) - внешнее магнитное поле;

о)- частота МСВ;

М - намагниченность насыщения пленки феррита;

У - гиромагнитное отношение.

Наиболее простой вид распределение магнитного поля наблюдается, когда (фиг.1) в поперечном направлении создан постоянный небольшой градиент поля. В этом случает закон изменения магнитного поля в продольном направлении выбирают квадратичным;

H (y,z) H (o,z) +

+ H(0.2)+27rlVb L H(0.z)2y2 5z )

Таким образом, поперечный линейный градиент магнитного поля обеспечивает взаимно однозначное соответствие между частотой МСВ и координатой Z, при которой происходит преобразование поляризации оптического излучения, а продольное квадратичное изменение поля - высокую эффективность преобразования.

Если радиосигнал не монохроматический, а содержит спектр частот, то изме- нение поляризации происходит при различных значениях координаты Z. Определение частот радиосигнала сводится к определению распределения интенсивности оптического излучения по координате Z.

Способ позволяет осуществлять параллельный анализ спектра радиосигнала в реальном масштабе времени.

В результате коллинеарной дифракции оптического излучения на МВС в тех областях пленки, где выполняется условие фазового синхронизма, происходит преобразование волноводной моды ТЕ (или ТМ ), т.е. изменяется поляризация оптического излучения. Затем оптическое излучение выводят из пленки, с помощью анализатора выделяют пространственное

положение области преобразования и по нему определяют спектр радиосигнала.

Величину, ориентацию и пространственный градиент магнитного поля выбирают в соответствии с центральной частотой и

шириной спектра анализируемого радиосигнала.

Преобразование оптического излучения происходит в широком диапазоне частот радиосигнала, причем различным

частотам радиосигнала соответствуют различные пространственные области преобразования оптического излучения.

Ширина анализируемого диапазона частот радиосигнала определяется величиной

поперечного градиента магнитного поля.

При наличии поперечного градиента магнитного поля в пленке возбуждается МСВ с волновым числом К, удовлетворяющим условию пространственного синхронизма не при одной частоте, как в случае однородного поля, а в широком диапазоне частот.

Однако при наличии поперечного градиента магнитного поля траектории

распространения МСВ становятся криволинейными и условие постоянства волнового числа вдоль направления распространения оптического излучения перестает выполняться.

Для того, чтобы волновое число МСВ оставалось фиксированным вдоль направления распространения оптического излучения, создают продольный градиент магнитного поля.

Наличие поперечного градиента магнитного поля позволяет расширить полосу анализируемых частот радиосигнала. Диапазон анализируемых частот A f связан с

перепадом величины магнитного поля в поперечном направлении соотношением

Af уЛН,

где ,8 МГн/Э.

Создавая неоднородность магнитного поля в 600 Э, можно проводить анализ спектра радиосигнала с шириной полосы до Af 1,6 ГГц, причем эти значения не являются предельными.

Вдоль оси у создают продольный градиент магнитного поля. Распределение магнитного поля вдоль оси у выбирают таким, чтобы для фиксированной частоты и любой координаты у условие фазового синхронизма выполнялось только при одном значении координаты Z.

Устройство работает следующим образом.

В качестве преобразователя 1 используется пленка феррита состава YaFesCha толщиной 8,7 мкм, выращенная на немагнитной подложке. На поверхность пленки оптическим клеем приклеены две призмы 2 и 3 из GaP для ввода и вывода из пленки оптического излучения.

Для преобразования радиосигнала в МСВ используется прижатый к поверхности пленки проводник 4 длиной 10 мм и диаметром 30 мкм.

Широкий плоский пучок оптического излучения от источника 5 - газового или полупроводникового лазера с длиной волны А 1,15 мкм формируется линзой 6.

Поляризатор 7 на входе и анализаторе 8 на выходе устройства служат соответственно для задания поляризации входного излучения и пространственного выделения области преобразования оптических волновод ных мод.

Постоянное неоднородное магнитное поле с требуемым градиентом создается системой постоянных магнитов 9 и SmCo, нео днородно намагниченных по длине.

Распределение интенсивности выходного оптического излучения регистрируется приемником 10, например линейкой фотодиодов, намагниченных по длине

Продольный градиент магнитного поля в устройстве создается путем изменения по определенному закону индукции насыщения вдоль одной из сторон магнита.

Поперечный градиент достигается путем использования двух магнитов с различными величинами индукции насыщения, которые рассчитываются по формулам магнитостатики.

Поперечный градиент также может быть достигнут с помощью системы двух магнитов, один из которых плоский и неоднородно намагничен, а другой выполнен в

виде клина и расположен относительно первого, как показано на фиг.2.

Форма и расположение магнитов рассчитывается по формулам магнитостатики или подбираются экспериментально так,

чтобы создаваемые ими магнитные поля удовлетворяли приведенной системе уравнений.

Исследуемый радиосигнал подается на преобразователь 1 и возбуждает в пленке

феррита распространяющуюся МСВ. Одновременно широкоапертурным оптическим пучком в пленке возбуждается мода ТМз. В этой области пленки, где выполняется условие фазового синхронизма на частоте поданного сигнала /Зтм - РТЕ К (для пленки толщиной 8,7 мкм К составляет 300 ), происходит преобразование оптических волноводов мод ТМз .

Формула изобретения

Способ анализа спектра радиосигнала, заключающийся в преобразовании радиосигнала в магнитостатическую волну, распространяющуюся в пленке феррита, помещенной в магнитное поле, воздействии на эту пленку оптическим излучением и определении спектра радиосигнала по пространственному распределению прошедшего оптического излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения

полосы анализируемых частот, направление распространения магнитостатической волны и оптического излучения выбирают коллинеарным, создают продольный и поперечный относительно направления распространения магнитостатической волны градиенты магнитного поля, которые удовлетворяют системе уравнений:

у р9Д/гК2(

+

dq (9k

dy:

{

vi-л v п Ч дП/dQ . Ka-KotZoJ-J- / dy:

™ yCz)aQxaQ.

c|(Z) - J-X-dy:

k(Z) k0(Z),

где К и Z - проекции волнового вектора магнитостатической волны на продольную и поперечную относительно направления распространения магнитостатической волны оси у и Z:

Q- левая часть закона дисперсии маг- нитостатической волны;

Q 2(uЈ-u)+uMOMb

(k2 + q2) + Wm (Шн + Одп) k2 +

+ 2 (аи + ftWOm - ft) (k2 + q2) X th (2 Xd) ,

0

где X k2 + q2 -4W™q2 ,

a& + а)цшт - а

WH yH ,Шт -Лпу М ,

где (а- частота магнитостатической волны, d - толщина пленки феррита, Н - внешнее магнитное поле; М - намагниченность насыщения пленки феррита,

у- гиромагнитное отношение.

Использование: Изобретение относится к радиотехнике и электронике и может быть использовано в построении оптических и радиотехнических систем обработки информации, преимущественно СВЧ-диапазона. Сущность изобретения: способ анализа спектра радиосигнала заключается в преобразовании радиосигнала в магнитостатиче- скую волну, распространяющуюся в пленке феррита, помещенной в магнитное поле, воздействии на эту пленку оптическим излучением и определении спектра радиосигнала по пространственному распределению прошедшего оптического излучения, при этом направление распространения магни- тостатической волны и оптического излучения выбирают коллинеарным, создают продольный и поперечный относительно направления распространения магнитостати- ческой волны градиенты магнитного поля, которые удовлетворяют системе уравнений. 2 ил.

te /

W///M