Акустооптическое устройство для измерения девиации частоты радиосигнала

 

Изобретение относится к области измерительной техники. Цель изобретения - повьпвение точности измерения девиации при малых индексах модуляции , частоты исследуемого генератора и повьшение точности измерения кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора. СВЧ-сигнал от исследуемого генератора 8 поступает на радиочастотные входы акустооптических дефлекторов (АОД) 6 и 7, возбуждая в них акустические волны. В результате взаимодействия световых пучков с акустическими упругими деформациями АОД 6 и 7 происходит дифракция света на звуке. ДифрагированS СЛ СП СП ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

В 1"" ВЯНИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3873991/24-21 (22) 26.03.85 (46) 15.09.86. Вюл. ¹ 34 (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) Л.Н.Аснис, А.А.Головков, С.В.Кузнецов, А.А.Макаров, И.IO.Пивоваров и А.П.Осипов (53) 621.317.757(088.8) (56) Нахмансон Г.С., Гуревич А.С.

Обнаружение и измерение частоты

° узкополосных радиосигналов на фоне помех в акустооптическом спектроанализаторе: Известия Вузов СССР.

Радиоэлектроника, 1981, т. 24, ¹ 4, с. 26-33.

Авторское свидетельство СССР № 456228, кл. G 01 R 23/12, 1976.

„„SU 1257551 A 1 (54) АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ ДЕВИАЦИИ ЧАСТОТЫ РАДИОСИГ-

НАЛА (57) Изобретение относится к области измерительной .техники. Цель изобретения — повьппение точности измерения девиации при малых индексах модуляции.частоты исследуемого генератора и повьппение точности измерения кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора. СВЧ-сигнал от исследуемого генератора 8 поступает на радиочастотные входы акустооптических дефлекторов (АОД) 6 и 7, возбуждая в них акустические волны.

В результате взаимодействия световых пучков с акустическими упругими деформациями АОД 6 и 7 происходит дифракция света на звуке. Дифрагирован1257551 о ные свеч,эвые пучки с АОД 6 и 7 интер1 ферируют в плоскости матриц 10 и 11 фотоприемников. Причем один из пучков света, проходя удлинитель пути 9, получает дополнительный набег фазы.

На матрицы 10 и 11 нанесены противофазные штриховые маски, штрихи которых параллельны интерференционным полосам, а период штрихов равен периоду интерференционных полос. Токи фотоприемников матриц 10 и 11 проходят сумматоры 12 и 13 соответственно„ вычитатель 14, фильтр 15 нижних частот:i поступают в регистрирующее устройство 16. Устройство позволяет

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения девиации частоты генераторов гармонических колебаний высоких и сверхвысоких частот, в том числе работающих в радиоимпульсном режиме.

Цель изобретения — повышение точности измерения девиации при малых индексах модуляции частоты исследуемого генератора повышение точности измерения кратковременной нестабильности частоты исследуемого генератора.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит оптический квантовый генератор (ОКГ) 1, коллимирующие линзы 2 и 3, расщепитель 4 оптического луча, наклонное зеркало

5, идентичные акустооптические дефлекторы (АОД) 6 и 7 с противоположным друг относительно друга направлением распространения акустической волны, исследуемый генератор 8, удлинитель оптического пути 9, первую ,матрицу 10 фотоприемников, покрытую штриховой маской, с шагом, равным периоду интерференционной картины, вторую матрицу 11 фотоприемников, покрытую штриховой маской, противофаэной маске на первой матрице 10, первое и второе аналоговые суммирующие устройства 12 и 13, вычитающее

S IO

25 путем переноса спектра исследуемого радиосигнала в оптический диапазон измерять изменение частоты исследуемого генератора 8 относительно номинальной путем регистрации числа смен максимумов и минимумов освещенности в интерференционной картине эа какойто интервал усреднения. Это означает, что измерение нестабильности длины волны исследуемого генератора 8 производится с помощью ОКГ, имеющего длину волны много меньше длины волны исследуемого генератора, что

Г позволяет существенно повысить точность измерений. 1 ил. а устройство 14, фильтр 15 нижних частот, регистрирующее устройство 16.

ОКГ 1 оптически связан через коллимирующие линзы 2 и 3 с расщепителем 4 оптического луча, один из выходов которого оптически связан с первым АОД 7, а второй выход расщепителя 4 оптически связан через наклонное зеркало 5 с вторым АОД 6. Радиочастотные входы АОД 6 и 7 подключены к выходу исследуемого генератора 8.

Оптические выходы АОД 6 и 7 оптически связаны с компланарными матрицами фотоприемников 10 и 11, прйчем

АОД 6 связан с ними через удлинитель1 оптического пути 9. Выходы матриц

10 и 11 фотоприемников подключены к входам аналоговых суммирующих уст-! ройств 12 и 13 соответственно. Выхо ды последних соединены с входами аналогового вычитающего устройства

14, выход которого через фильтр 15 нижних частот подключен к регистрирующему устройству 16.

Устройство работает следующим образом.

Узкий когерентный световой луч, генерируемый ОКГ 1, последовательно проходит через коллимирующие линзы

2 и 3, на выходе которых получается плоский световой пучок с равномерной по сечению интенсивностью. Этот плос1 кий световой пучок поступает на оп1257551

30

55 тический расщепитель 4, где разделяется на два равных по интенсивности световых пучка, один иэ которых поступает на первый АОД б, а второй через наклонное зеркало 5 — на второй АОД 7. СВЧ-сигнал от исследуемого генератора 8 поступает íà ра диочастотные входы АОД 6 и 7, возбуждая в них упругие акустические волны, распространяющиеся в противоположных направлениях. Световые пучки, поступающие на детекторы б и 7, с расщепителя 4 оптического луча и наклонного зеркала 5, взаимодействуют с акустическими упругими деформациями АОД 6 и 7 соответственно, в результате чего происходит дифракция света на звуке.. Если режим работы АОД 6 и 7 выбран брэгговским, то дифрагированный световой пучок на выходе первого АОД б отклонится на угол 0, а на выходе второго АОД 7 на угол -9, так как акустические волны в дефлекторах б и 7 распространяются в противоположных направлениях. Прошедшие (не дифрагированные) световые пучки на выходе дефлекторов для уменьшения паразитных засветок должны быть поглощены, например, с помощью масок. При диф ракции световых пучков в акустооптических дефлекторах 6 и 7 происходит не только их отклонение на угол &

) и — 8, но также изменяется частота электромагнитных колебаний в дифрагированном световом пучке на величину частоты сигнала исследуемого генератора 8. Дифрагированные световые пучки с первого 6 и второго 7

АОД интерферируют в плоскости,где расположены первая 10 и вторая 11 матрицы фотоприемников, причем второй пучок, проходя через удлинитель пути Ч, получает дополнительный набег фазы.

В результате интерференции на матрицах 10 и 11 фотоприемников возникает картина из чередующихся светлых и темных интерференционных полос, параллельных штрихам масок, которыми покрыты матрицы 10 и 11 фотоприемников. Шаг штриховых масок равен периоду интерференционных полос, ширина непрозрачных штрихов равна половине периода интерйеренционных полос.

Ток фотоприемника пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Токи фотоприемников первой матрицы 10 суммируются в первом аналоговом сумматоре 12. Так как матрица 10 покрыта маской с непрозрачными штрихами, период которых равен периоду интерференционной картины, то выходной сигнал с первого суммирующего устройства 12 будет пропорционален сумме токов всех фотоприемников матрицы, на которые падают световые колебания с одинаковой пространственной фазой (например, соответствующей светлым полосам интерференционной картины) плюс постоянная засветка и шумовые сиг- .налы.

По аналогии токи фотоприемников второй матрицы 11 суммируются во втором аналоговом сумматоре 13. Но поскольку вторая матрица 11 покрыта штриховой маской с противофазным расположением штрихов по отношению к первой маске 10, то сигнал с выхода второго сумматора 13 будет пропорционален токам всех фотоприемников, на которые падают световые колебания с пространственной .фазой, о сдвинутой на 180 по отношению к световым колебаниям, попадающим на фотоприемники первой матрицы, т.е. фаза для фотоприемников второй матрицы будет соответствовать темным полосам интерференционной картины, ;плюс постоянная засветка и шумы

Сигналы с выходов первого 12 и второго 13 сумматоров вычитаются в аналоговом вычитающем устройстве 14.

В результате сигнал на выходе вычитающего устройства 14 пропорционален удвоенной сумме значений интенсивностей светового потока с одинаковой пространственной фазой и имеет минимальный уровень шумовых сигналов и сигнала постоянной засветки, которые в вычитающем устройстве компенсируют друг друга. Фильтр 15 нижних частот препятствует проникновению сигнала с исследуемого СВЧ, поступает в ре-. гистрирующее устройство 16, которое регистрирует и отображает в цифровом виде изменение частоты исследуемого генератора Я.

При изменении частоты сигнала исследуемого генератора 8 будет изменяться частота акустических колебаний АОД 6 и 7. При этом изменится частота дифрагированного света на выходах АОД 6 и 7 и угол 8, на ко-

ВЯИИПИ Заказ 4913/43

Тираж 728

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 12575 торый они отклоняются при дифракции.

Вследствие одновременного изменения частоты света и угла дифракции, а также разной длины оптических путей дифрагированных световых пучков от АОД до плоскости интерференции эа счет удлинителя пути 9 изменятся условия интерференции. В ре-. зультате интерференционная картина в плоскости матриц фотоприемников 10

10 и 11 сдвинется. Минимально различимое изменение частоты сигнала исследуемого генератора 8 соответствует сдвигу интерференционной картины на половину ее периода, т.е. 15 смену световых полос на фотоприемниках первой матрицы 10 темными полосами и, соответственно, смену темных полос на фотоприемниках второй матрицы 11 светлыми полосами. При 20 этом сигнал ча выходе вычитающего устройства 14 изменится по знаку.

1Если изменение частоты исследуемого генератора 8 будет больше, то смена светлых полос интерференционной картины темными, а значит и количество изменений знака сигнала на выходе вычитающего устройства 14 произойдет несколько раз. Регистрирующее устройство 16, регистрируя число 30 изменений знака сигнала на его входе преобразует это число в девиацию частоты сигнала исследуемого генератора и показывает его на экране или табло либо записывает на внешнем носителе.

Таким образом, устройство позволяет путем переноса спектра исследуемого радиосигнала в оптический ди- 40 ,апазон измерять изменение частоты исследуемого генератора относительно номинальной путем регистрации числа смен максимумов и минимумов освещенности в интерференционной картине 45 за какой-то интервал усреднения. Это означает, что измерение нестабильности длины волны исследуемого генератора выполняется с помощью ОКГ, име.ющего длину волны много меньше дли- 50 ны волны исследуемого генератора, что позволяет существенно повысить точность измерений.

Формула изобретения

Акустооптическое устройство для измерения девиации частоты радиосигнала, содержащее оптический квантовый генератор, оптически связанный через две коллимирующие линзы с расщепителем оптического луча, один из выходов которого оптически связан с первым акустооптическим дефлектором, выход которого оптически связан с фотоприемником, а второй выход расщепителя оптического луча оптически связан с вторым акустооптическим дефлектором, источник исследуемого радиосигнала, подключенный к радиочастотному входу первого акустооптического дефлектора, регистрирующее устройство, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, источник исследуемого радиосигнала подключен к радиочастотному входу второго акустооптического дефлектора с противоположным первому акустооптическому дефлектору направлением рас пространения акустических волн, причем второй акустооптический дефлектор оптически связан с фотоприемником через удлинитель оптического пути, фотоприемник выполнен в виде двух компланарных матриц полупроводниковых фотоприемников с нанесенными на них противофазными штриховыми масками, штрихи которых параллельны интерференционным полосам, а период штрихов равен периоду интерференционных полос, выходы первой матрицы фотоприемников подключены к входам первого аналогового суммирующего устройства, выходы второй матрицы фотоприемников подключены к входам второго аналогового суммирующего устройства, выходы обоих аналоговых суммирующих устройств соединены с входами аналогового вычитающего устройства, выход которого череэфильтр нижнихчастот подключен к регистрирующемуустройству.