Волоконно-оптическое устройство синхронизации Советский патент 1992 года по МПК H04B10/02 

со С

Волоконно-оптическое устройство синхронизации содержит лазер 1, модулятор 2, опорный генератор 3, оптический канал 4, фотоприемники 5, 10, фазовращатель 11. оптический вентиль 6, оптические разветви- тели 7,9, световод 8. 1-2-6-7-8-9-5, 7-10-11, 3-2,3-11. 1 ил.

I/

ч|

со

со со о

Изобретение относится к технике связи оптического диапазона и может быть использовано для фазирования пространственно разнесенных радиотехнических систем

Известно устройство синхронизации разнесенных гетеродинов в радиоинтерферометре, в котором каналом связи является радиорелейная линия Устройство содержит 2 балансных смесителя, 2 схемы фазо- вой автоподстройки ра бочей частоты, 2 схемы фазовой автоподстройки несущей частоты, генератор несущей частоты, генератор боковой полосы, схему, поддерживающую разность частот задаю- щих генераторов. Для формирования коге- рентных сигналов разнесенных гетеродинов используется метод частотного суммирования двух сигналов с близкими частотами.

Недостатком данного устройства является низкая помехозащищенность радиорелейного канала связи за счет большой загруженности радиодиапазона и подверженности промышленным и атмосферным помехам,

Известно устройство фазовой синхронизации гетеродинов с волноводным каналом связи. Устройство содержит задающий генератор, следящую систему управления длиной волновода и модулированную нагрузку. Фазовая подстройка осуществляется по методу отражения части СВЧ-сигнала от модулированной нагрузки.

Однако данное устройство нецелесооб- разно использовать для синхронизации разнесенных позиций при расстоянии между ними 100 Ом из-за большого расхода дорогостоящего материала, требуемого для изготовления волновода.

Прототипом изобретения является устройство синхронизации разнесенных пунктов. Устройство содержит 2 лазера с различной длиной волны, излучение которых с помощью системы зеркал совмещены в один луч и модулируется СВЧ-сигналом опорного генератора частотой S. в электрооптическом модуляторе, выход которого через коллимирующую оптику, связан с оптическим каналом связи На выходе канала, в качестве которого служит свободное пространство, расположен приемный телескоп, С помощью системы зеркал и фильтров оптическое излучение после прохождения телескопа разделяется на два оптических канала с разными длинами волн и демоду- лируется в фотоприемниках Сигналы частотой je. с выходов фотоприемников поступают на входы фазометра, который измеряют разность фаз модулирующих сигналов, распространяющихся на двух оптических несущих, Управляющий сигнал с фазометра поступает на вход фазовращателя.

Однако в данном устройстве оптические несущие распространяются непосредственно в атмосфере. Поэтому известному устройству присущи следующие недостатки.

Синхронизация возможна между пунктами, находящимися в прямой видимости. Для переориентации траекторий световых пучков в соответствии с профилем местности необходимо введение дополнительных оптических устройств.

Точность д (р синхронизации разнесенных пунктов при использовании открытого светового канала связи определяется величиной д р f(Ai) /f( AI )- f(Aa ) , гдеДу -точность измерения разности фаз огибающих на двух оптических несущих с длинами волн AI и A2;-f(Ai) - функция, определяющая дисперсию оптического сигнала в атмосфере для AI , где i 1,2. При At 0,63 мкм, А2 0,44 мкм f( Ai)/f (Ai)-f (A2)20. Это ограничивает точность синхронизации, т.к. для обеспечения заданной погрешности д с/9 необходимо точное измерение разности фаз. Кроме того, в данном устройстве не учитываются сезонные колебания геометрической длины канала связи и нестабильность пространственного положения светового пучка за счет перемещения воздуха на трассе, что также снижает точность фазирования.

Целью изобретения является повышение точности синхронизации.

Цель достигается тем, что в устройстве синхронизации, содержащем последовательно расположенные на одной оптической оси лазер, модулятор, другой вход которого соединен с выходом опорного генератора, оптический канал связи и первый фотоприемник, а также последовательно соединенные второй фотоприемник и фазовращатель, причем выходы прямого сигнала и отраженного сигнала оптического канала связи соединены с входами второго фотоприемника, оптический канал связи выполнен в виде последовательно расположенных на одной оптической оси оптического вентиля, первого оптического разветвителя, световода и второго оптического разветвителя, причем два выхода первого оптического разветвителя являются выходами прямого и отраженного сигнала, а вхо,Ј} оптического разветвителя является входом оптического канала связи, один выход второго оптического разветвителя является входом оптического

канала, а вход и другой выход второго оптического разветвителя соединены между собой, причем выход опорного генератора соединен с другим входом фазовращателя.

Суть изобретения заключается в коррекции фазы модулирующего сигнала за счет выделения набега фазы поднесущей, вызванного влиянием дестабилизирующих воздействий в световодном канале связи. Изменение параметров окружающей среды (температура, давление и т.д.) вызывает изменение электрической длины световода, что приводит к изменению фазы поднесущей на его выходе. Измерение разности фаз поднесущей прямого сигнала и отраженного сигнала, дважды прошедшего световод, позволяет вырабатывать управляющий сигнал, пропорциональный Ду, и компенсировать этот набег фазы. Таким образом, при изменении условий на трассе распространения сдвиг фазы сигнала в фазовращателе изменяется таким образом чтобы разность фаз между сигналами на двух выходах устройства оставалась постоянной

Волоконно-оптическое устройство синхронизации (см. чертеж) содержит последовательно расположенные и связанные между собой лазер 1, модулятор 2, связанный с опорным генератором 3, оптический канал связи 4 и первый фотоприемник 5. Оптический канал связи 4 выполнен с петлей обратной связи в виде последовательно расположенных оптического вентиля 6, первого волоконно-оптического разветвителя 2x2 7, световода 8 и второго волоконно-оптического разветвителя 1x3 9 Два выхода первого разветвителя 7 оптического канала 4 подключены ко входу второго фотоприемника 10, выход которого связан с одним входом фазовращателя 11. Другой вход фазовращателя 11 подсоединен с выходом опорного генератора 3

Устройство работает следующим образом.

Сигнал лазера 1, проходя модулятор 2, приобретает модуляцию на частоте й- опорного генератора 3. Модулированное оптическое излучение поступает в оптический канал связи 4, где после прохождения оптического вентиля 6 и первого разветвителя 7 возбуждает световод 8. Часть излучения лазера 1 первым разветвителем 7 направляется на вход второго фотоприемника 10. На выходе оптического канала связи 4 второй разветвитель Q разделяет оптическое излучение на две части, одно из которых попадает на фотоприемник 5 где и демодулируется. Другая часть излучения за

счет того, что два выхода разветвителя 9 1x3 соединены между собой, распространяется по световоду 8 в обратном направлении. Оптический вентиль 6 обеспечивает 5 однонаправленность передачи так, что сигнал дважды прошедший световод.не попадает в резонатор лазера, а разветвителем 7 направляется на фотоприемник 10. На оптический фотоприемник 10 поступают два сиг0 нала: сигнал на входе канала связи 4 и сигнал, дважды прошедший по нему. На выходе фотоприемника 10 появляется сигнал биений, который является управляющим сигналом фазовращателя 11, на управляе5 мый вход которого подается сигнал опорного генератора 3. Фазовращатель 11 поддерживает фазу сигнала опорного генератора 3 с учетом условий распространения на трассе Таким образом, разнесенные

0 объекты работают синфазно.

Выполнение в устройстве синхронизации оптического канала связи в виде световода с волоконно-оптическими разветвителями на входе и выходе позволя5 ет повысить точность синхронизации по сравнению с прототипом в 20 раз при одинаковой точности фазовых измерений, т.к. в заявляемом устройстве точность Доопределяется только точностью Ду из0 мерений разности фаз сигналов опорного генератора и модулирующего сигнала, распространяющегося по световоду, тогда как в прототипе д(р 20 -Д р. Необходимо отметить, что точность синхронизации в про5 тотипе может снижаться также и за счет того, что в основе работы устройства заложен метод, не учитывающий влияние влажности, непостоянства содержания С02 в воздухе и т.д. В заявляемом устройстве ста0 билизация фазы осуществляется по изменению электрической длины световода, учитывающей изменение любого параметра окружающей среды. Кроме того, значительно упрощается конструкция устройства в це5 лом за счет отсутствия громоздких линзовых и зеркальных систем различного назначения. Приведенные технико-конструктивные преимущества позволяют получить экономический эффект при использовании уст0 ройства, например, для синхронизации гетеродинов в радиоинтерферометре. Формула изобретения Волоконно-оптическое устройство синхронизации, содержащее последовательно

5 расположенные на одной оптической оси лазер, модулятор, другой вход которого соединен с выходом опорного генератора, оп- тическиь канал связи и первый фотоприемник, а также последовательно соединенные второй фотоприемник, и фазовращатель, причем выходы прямого сигнала и отраженного сигнала оптического канала связи соединены с входами второго фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности синхронизации, оптический канал связи выполнен в виде последовательно расположенных на одной оптической оси оптического вентиля, первого оптического разветвителя световода и второго оптического разветвителя, при0

чем два выхода первого оптического разветвителя являются выходами прямого и отраженного сигналов, а вход первого оптического разветвителя является входом оптического канала связи, один выход второго оптического разветвителя является выходом оптического канала, а вход и другой выход второго оптического разветвителя соединены между собой, причем выход опорного генератора соединен с другим входом фазовращателя.