Динамическое запоминающее устройство радиосигналов

 

Использование: изобретение относится к технике формирования и обработки радиосигналов. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные оптический передатчик с лазерным диодом, ВС и фотоприемник (ФД), а также электронный коммутатор (ЭК) с двумя ключами, введены первый делитель мощности (ДМ), сумматор мощности, бок управления (БУ) и последовательно соединенные усилитель СВЧ радиосигналов, второй ДМ и управляемый аттенюатор (Уат. ), причем первый выход первого ДМ соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через первый ключ ЭК соединен с выходом Уат., а выход - с входом оптического передатчика, второй выход первого ДМ соединен с входом БУ, первый выход которого подключен к управляющему входу второго ключа ЭК, второй выход - к управляющему входу первого ключа ЭК, а третий - к управляющему входу Уат., вход первого ДМ через второй ключ ЭК соединен с входом устройства, выходом которого является второй ДМ. 5 ил.

Изобретение относится к технике формирования и обработки радиосигналов.

Известно устройство динамической памяти (патент США N 4557552, кл. 3 G 02 B 5/172), содержащее лазерный диод с модулятором тока, оптический выход которого подключен к входному торцу волоконного световода (ВС), намотанного на барабан. Излучение с отводов (изгибов) ВС на барабане проецируется в оптический стержень, с которого через первую линзу, кодирующий пространственный фильтр-маску и вторую линзу фокусируется на фотодиод (ФД). Входом устройства является электрический вход модулятора тока, а выходом - выход ФД.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, является лазерный диод, ВС и ФД.

Недостатками известного устройства являются малое время хранения информации, сложность изготовления, большой расход ВС и неравномерность уровня копий сигнала на выходе.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, состоят в следующем.

Известное устройство по существу является многоотводной волоконно-оптической линией задержки (ЛЗ), причем из технологических соображений коэффициенты ответвления оптического излучения с отводов, намотанного на барабан, ВС в оптический стержень выполняются одинаковыми. В этом случае благодаря последовательному ответвлению части оптического сигнала с постоянными коэффициентами ответвления в оптический стержень и потерь в последнем, амплитуда выходных сигналов устройства с ростом числа копий уменьшается и тем заметнее, чем больше коэффициент ответвления. Например, при коэффициенте ответвления, равном 0,5, амплитуда 10-й копии уменьшается по сравнению с первой в 500 раз. В результате при постоянном уровне шумов ФД отношение сигнал/шум (ОСШ) копий, а следовательно, и время хранения информации в устройстве, резко снижаются.

Стремление обеспечить равномерность уровня копий сигнала на выходе устройства за счет последовательного увеличения коэффициентов ответвления предполагает использование уникального технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, а также усложнение конструкции и габаритов барабана. В сочетании с большим расходом ВС, пропорциональным числу формируемых копий, это приводит к значительным материальным затратам при изготовлении устройства.

Известно также запоминающее устройство (патент США N 4479701, кл. G 02 B 5/172), в котором волоконно-оптическая ДЗ (ВОЛЗ) содержит первый и второй направленные волоконные ответвители (НВО) и первый ВС, проходящий через оба НВО. Первый ВС имеет два концевых участка и промежуточный участок. Первый концевой участок протянут от первой стороны первого НВО, а второй концевой участок от второй стороны второго НВО. Промежуточный участок расположен между второй стороной первого НВО и первой стороной второго НВО.

ВОЛЗ содержит также второй ВС, проходящий через оба НВО. Второй ВС имеет два концевых участка и петлеобразный участок. Первый концевой участок протянут от второй стороны первого НВО, второй концевой участок протянут от первой стороны второго НВО, а петлевой участок размещен между первой стороной первого НВО и второй стороной второго НВО. НВО обеспечивает оптическую связь первого и второго ВС и передачу света между ними.

Признаком этого аналога, совпадающим с признаками заявляемого технического решения, является ВС.

Время хранения информации в данном устройстве, как и в первом случае (см. пат. США N 4557552, кл. G 02 B 5/171), невелико. Кроме того, указанное устройство также не обеспечивает равномерность уровня копий выходного радиосигнала.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является затухание сигнала от копии к копии в связи с последовательным выводом части энергии оптического излучения (ОИ) из процесса циркуляции через второй концевой участок первого ВС и первый концевой участок второго ВС, причем во втором случае энергия ОИ бесполезно теряется на свободном торце ВС. В результате при постоянном уровне шумов фотоприемника и заданных коэффициентах оптической связи между первым и вторым ВС, ОСШ копий на выходе устройства и их уровень быстро снижаются, что в конечном итоге обуславливает малое время хранения информации.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является динамическое оперативное запоминающее устройство (ДЗУ) с замкнутым контуром циркуляции и периодической регенерацией информации (Веловолов М.И. и др. Динамическая оперативная память на волоконных световодах//Квантовая электроника, 1985, т. 12. N 1. с. 214-216), содержащее последовательно соединенные оптический передатчик с лазерным диодом, волоконный световод, фотоприемник, регенератор и коммутатор с двумя электронными управляемыми ключами, причем вход оптического передатчика через первый ключ коммутатора соединен с выходом регенератора, объединенным с выходом ДЗУ, а через второй ключ с электрическим входом ДЗУ.

Работает известное устройство следующим образом (Веловодов М.И. и др. Динамическая оперативная память на волоконных световодах//Квантовая электроника, 1985, т. 12. N 1. с. 214-216. Рис. 1).

Цифровая последовательность импульсов с тактовой частотой f_т через второй ключ коммутатора К подается на вход оптического передатчика П и преобразуется в цифровую последовательность световых импульсов лазерного диода ЛД, которая через волоконный световой ВС поступает затем на фотоприемник ФД, подключенный к регенератору импульсов РГ. С выходом РГ, синхронизируемого тактовой частотой f_т, регенерированная кодовая последовательность электрических импульсов через замкнутый первый ключ коммутатора К снова поступает на вход передатчика П. Причем при поступлении первого импульса с выхода РГ вход ДЗУ отключается от передатчика П и память таким образом оказывается заполненной, а введенная информация циркулирует по замкнутому контуру с регенерацией каждый раз при прохождении РГ. С помощью первого ключа коммутатора K информацию можно стирать (разрывать контур циркуляции) и вводить новые данные по программе, определяемой характером внешних сигналов управления.

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: оптический передатчик с лазерным диодом, ВС, фотоприемник и коммутатор с двумя электронными управляемыми ключами.

Данное устройство служит для организации динамической оперативной памяти цифровых сигналов и не может быть использовано для запоминания аналоговых СВЧ радиосигналов.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключается в том, что при организации динамической памяти радиосигналов использовать регенератор сигналов не предоставляется возможным и он должен быть исключен из состава ДЗУ. При этом структура известного устройства становится неопределенной. Кроме того, в известном устройстве требуется наличие внешних сигналов управления, обеспечивающих синхронную работу регенератора и электронного коммутатора. В случае обработки радиолокационных сигналов в силу случайных моментов их появления воспользоваться внешними сигналами управления для коммутации ключей коммутатора также не представляется возможным.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в достижении возможности организации длительной оперативной памяти импульсных СВЧ радиосигналов на основе волоконно-оптического рециркулятора в условии накопления внутренних шумов устройства, влияния дисперсии ВС и произвольных моментов появления входных радиосигналов.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, позволяет, в зависимости от возможностей используемой элементной базы, формировать сотни и тысячи копий СВЧ радиосигнала. В частности, при допустимом уменьшении ОСШ копий относительно входной исходной смеси сигнала и шума не более чем в 20 раз, ширине огибающей спектра излучения лазера Δλ≅10^-2 нм, полосе пропускания ВС П ≥ 10 ГГц и времени задержки в ВС t_з ≅ 10 мкс, число формируемых копий оценивается величиной от 500 до 2000 и более.

Технический результат достигается тем, что в ДЗУ, содержащее последовательно соединенные оптический передатчик с лазерным диодом, волоконный световод и фотоприемник, а также электронный коммутатор с двумя ключами, дополнительно введены первый делитель мощности, сумматор мощности, блок управления и последовательно соединенные усилитель СВЧ радиосигналов, второй делитель мощности и управляемый аттенюатор, причем первый выход первого делителя мощности соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через первый ключ коммутатора соединен с выходом управляемого аттенюатора, а выход с входом оптического передатчика; второй выход первого делителя мощности соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к управляющему входу второго ключа коммутатора, второй выход к управляющему входу первого ключа коммутатора, а третий к управляющему входу управляемого аттенюатора; вход первого делителя мощности через второй ключ коммутатора соединен с входом устройства, выходом которого является второй выход второго делителя мощности.

Анализ существенных признаков аналогов, прототипа и заявляемого объекта выявил следующие новые существенные признаки для заявляемого объекта: дополнительно введены первый делитель и сумматор мощности с развязанными входами, блок управления, запускаемый входным сигналом, подлежащим запоминанию, и последовательно соединенные усилитель СВЧ, второй делитель мощности и управляемый аттенюатор, затухание которого скачком изменяется под влиянием управляющего сигнала с третьего выхода блока управления; выход второго ключа коммутатора соединен с входом первого делителя мощности, второй выход которого соединен с входом блока управления, а первый - с первым входом сумматора, второй вход которого через первый ключ коммутатора соединен с выходом управляемого аттенюатора, а выход с входом оптического передатчика. Благодаря этому вход блока управления оказывается электрически изолированным от выхода первого ключа коммутатора, т.е. от цепи обратной связи радиочастоте; первый выход блока управления подключен к управляющему входу второго, а второй к управляющему входу первого ключа коммутатора, что обеспечивает раздельное и независимое управление состоянием ключей; третий выход блока управления соединен с управляющим входом аттенюатора, что позволяет изменять коэффициент передачи цепи обратной связи радиосигнала по заданной программе.

На фиг. 1 представлена функциональная схема ДЗУ с использованием ВС; на фиг. 2 эпюры, поясняющие принцип работы устройства; на фиг. 3 графики зависимостей относительного изменения ОСШ копий в функции от коэффициента петлевого усиления К_п; на фиг. 4 функциональная схема блока управления; на фиг. 5 эпюры, поясняющие принцип работы блока управления.

Устройство содержит (см. фиг. 1) последовательно соединенные первый делитель мощности (ДМ) 1, сумматор мощности (СМ) 2 с развязанными по радиочастоте входами, оптический передатчик (ОП) 3 с лазерным диодом (ЛД) 4, волоконный световод (ВС) 5, фотоприемник (ФД) 6, широкополосный усилитель мощности СВЧ колебаний (ШУ) 7, второй ДМ 8, второй выход которого является выходом устройства, и управляемый аттенюатор (УАт.) 9, а также первый 10 и второй 11 управляемые ключи электронного коммутатора (ЭК) 12 и блок управления (БУ) 13, причем выход УАт. 9 через первый ключ 10 коммутатора 12 подключен к второму входу СМ 2, выход второго ключа 11 коммутатора 12 подключен к входу первого ДМ 1, второй выход которого соединен с входом БУ 13, первый выход 13 подключен к управляющему входу второго ключа 11, второй к управляющему входу первого ключа 10, а третий к управляющему входу УАт. 9, вход второго ключа 11 является электрическим входом устройства.

БУ 13 содержит (см. фиг. 4) последовательно соединенные ШУ 14, функциональный преобразователь (ФП) 15, первый элемент задержки (ЭЗ) 16 и первый расширитель импульсов (РИ) 17, выход которого является выходом БУ, а также асинхронный RS-триггер с прямыми входами 18 и три параллельных канала, входы которых объединены с выходом ФП 15.

Первый канал включает последовательно соединенные второй ЭЗ 19, второй РИ 20, первый автоколебательный мультивибратор (АМВ) 21 и формирователь импульсов запуска триггера 18 (ФИЗ) 22, выход которого подключен к входу S триггера 18, прямой выход которого является вторым выходом ВУ.

Второй канал содержит последовательно соединенные третий ЭЗ 23, третий РИ 24, второй АМВ 25 и формирователь импульсов сброса триггера 18 (ФИЧ) 26, выход которого подключен к входу R триггера 18.

Третий канал содержит четвертый РИ 27, выход которого является третьим выходом БУ.

Работает ДЗУ следующим образом (см. фиг. 1 и 2).

В исходном состоянии в отсутствие запоминаемого (тиражируемого) сигнала второй ключ 11 замкнут, первый ключ 10 разомкнут, сигналы управления на всех выходах БУ 13 отсутствуют, на входе устройства, т.е. второго ключа 11, имеет место фоновый шум, а на выходе суммарная мощность собственных и трансформированных на выход входных фоновых шумов. При этом затухание аттенюатора 9 максимально и подобрано, например, таким образом, что коэффициент петлевого усиления К_п, т.е. коэффициент передачи мощности с входа на вход ОП 3 при разомкнутой петле рециркуляции, равен единице. При появлении в момент t_о (на фиг. 2 принято t_о 0 на входе ДЗУ аналогового сигнала СВЧ U_вх(t) длительностью τ_и последний через замкнутый второй ключ 11, первый выход первого ДМ 1 и первый вход СМ 2 поступает на вход ОП 3 с ДД 4, где преобразуется в оптический сигнал, интенсивность которого изменяется в строгом соответствии с законом мгновенного изменения уровня радиосигнала. Линейный закон модуляции оптического излучения (ОИ) достигается благодаря использованию современных полупроводниковых инжекционных лазеров, допускающих прямую модуляцию ОИ путем изменения тока накачки и имеющих линейную модуляционную характеристику (Дураев В.П. Лазеры и передающие оптические модули для волоконно-оптических линий связи//Волоконно-оптическая техника: Технико-коммерческий сб. М. Экос, 1993. N 1. С. 26-28).

Далее через ВС 5 с задержкой t_з>τ_и модулированный оптический сигнал поступает на фотоприемник ФД 6 с линейной характеристикой детектирования. Полученный в результате детектирования радиосигнал через внешний усилитель ШУ 7, первый выход второго ДМ 8 и аттенюатор УАт. 9 поступает на вход первого ключа 10 коммутатора ЭК 12.

Одновременно в момент t_о часть входного сигнала с второго выхода первого ДМ 1 поступает на вход ВУ 13, благодаря чему на выходах последнего появляются сигналы, управляющие дальнейшим состоянием аттенюатора 9 и ключей 10 и 11.

Сигнал управления на первом выходе ВУ 13 U₁(t) появляется с некоторой небольшой задержкой Δt после окончания входного сигнала U_вх.t и размыкает второй ключ 11 на заданное время хранения информации τ₁ Т_и. В результате фоновые шумы на входе передатчика 3 исчезают, а память устройства оказывается заполненной.

Управляющий сигнал на втором выходе БУ 13 U₂(t) появляется в момент t t_о + t_з Δt и представляет собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования t_з и длительностью τ₂ = τ_и + 2Δt Под действием указанных сигналов первый ключ 10 коммутатора 12 периодически замыкается на время t τ₂ c упреждением Δt относительно выходного сигнала аттенюатора 9. В результате введенная в устройство информация циркулирует по замкнутому контуру каждый раз только при наличии разрешающего сигнала с второго выхода БУ 13. Так как в промежутках между замкнутыми состояниями первого ключа 10 собственные шумы устройства не накапливаются, а время задержки оптического сигнала в ВС 5 t_з превышает длительность сигнала τ_и устойчивость устройства сохраняется на весь период времени хранения информации Т_и независимо от величины коэффициента петлевого усиления К_п. Это позволяет реализовать условие К_п≅ 1 без опасности самовозбуждения устройства и тем самым обеспечить время хранения информации, ограниченное только заданным отношением сигнал/шум (ОСШ) копий сигнала, динамическим диапазоном (ДД) устройства и дисперсионными эффектами в ВС 5. Для надежного срабатывания ключей 10 и 11 величина Δt должна выбираться порядка (0,05 0,1) t_з.

Управляющий сигнал на третьем выходе БУ 13 U₃(t) длительностью τ₃ появляется в момент t t_о. Под воздействием этого сигнала затухание аттенюатора 9 скачком изменяется в сторону уменьшения таким образом, чтобы реализовать необходимое значение К_п >1 на время t = τ₃ В промежутке от τ₃ до Т_и затухание аттенюатора 9 и величина К_п снова принимает исходные значения.

Таким образом благодаря наличию управляемого сигналами U₃(t) аттенюатора 9 процесс запоминания входной информации разбивается на два цикла: в первом формируется m-e число копий при К_п=К_п1 >1, а во втором N-е число копий при К_п К_п2 < К_п1. Выбор величин m, N, К_п1 и К_п2 в общем случае регламентирован заданным ОСШ i-й копии сигнала, ДД устройства и величиной дисперсии ВС 5. Можно показать, что в предлагаемом устройстве ОСШ γ_вых.i произвольной i-й копии связано с числом копий i, коэффициентом К_п и коэффициентом шума устройства Ш при разомкнутой петле рециркуляции соотношением где γ_вх ОСШ исходной смеси сигнала и фонового шума на входе устройства.

При К_п >1 формула (1) принимает вид Как видно из графика (см. фиг. 3), отношение γ_вых.i/γ_вх. уменьшается с ростом Ш и увеличивается с ростом К_п, причем уже при К_п ≥ 2 и i≥ 5 указанное отношение не зависит от числа формируемых копий. Следовательно, формально для увеличения отношения γ_вых.i/γ_вх. величину К_п следует выбирать как можно больше. Однако в связи с быстрым ростом при этом сигнала и шума на входе ДЗУ при К_п > 1 реализовать это условие практически не представляется возможным из-за ограниченного ДД реальных устройств. При К_п<2 ОШС копий заметно уменьшается и тем сильнее, чем больше число копий i. Таким образом в первом цикле запоминания оптимальной является величина К_п 2.

В нашем случае указанное значение К_п К_п1 2 реализуется при наличии сигнала U₃(t) на третьем выходе БУ 13. При этом оказывается, что ДД входного процесса устройства D_с в целом слабо зависит от параметров Ш и γ_вх. и определяется простым соотношением D_c ≃ 3i, (дБ). (3)
Если принять, что при этом ДД устройство D_у используется не более чем наполовину, то число копий сигнала, формируемых в первом цикле запоминания, составит

ДД реальных волоконно-оптических систем передачи аналоговых сигналов составляет не более 60 дБ по мощности. Следовательно, в первом цикле запоминания согласно (4) может быть сформировано не более (10 12) копий.

С окончанием сигнала U₃(t) затухание аттенюатора 9 и коэффициент петлевого усиления К_п принимают прежние исходные значения и начинается второй цикл запоминания информации. К этому моменту ОСШ циркулирующей по замкнутому контуру ДЗУ смеси сигнала и шума практически достигает своего предельного значения (см. фиг. 3) и в дальнейшем изменяется очень незначительно, что позволяет при К_п К_п2 1 во много раз увеличить время хранения информации во втором цикле запоминания по сравнению с первым.

Во втором цикле запоминания значения сигнала и шума последней m-й копии на входе ДЗУ, сформированной в первом цикле, рассматриваются как исходные и адекватны соответственно величине сигнала и фонового шума в первом цикле. Можно показать, что в этом случае отношение γ_вых.j/γ_вх. оказывается равным

При К_п2 1 формула (5) принимает вид

Принимая в дальнейшем D_у 60 дБ и полагая в (6) К_п1 2, m 11 найдем

С другой стороны согласно формуле (2) отношение γ_вых.m/γ_вх. при К_п1=2 и i m 11 составит

где γ_вых.m ОСШ m-й копии в первом цикле запоминания.

Поделив (8) на (7), получим

Из (9) видно, что действительно ОСШ копий во втором цикле запоминания остается практически неизменным относительно достигнутого в первом при i m. В частности, при j (1024(2Ш-1)/(Ш-1), что при любых Ш составляет не менее 2048 копий, ОСШ уменьшается только два раза (3 дВ).

Таким образом, второй цикл запоминания информации характеризуется практически постоянным ОСШ и, следовательно, высоким постоянством уровня формируемых копий, поскольку здесь коэффициент петлевого усиления К_п2 принят равным единице.

В заключении рассмотрим возможности ДЗУ, регламентированные дисперсией ВС 5.

Известно, что оптический импульс при распространении по ВС расширяется вследствие межмодовой и частотной (хроматической) дисперсии, причем при использовании одномодовых ВС основной вклад в расширение импульса вносит частотная дисперсия. Расширение импульса после прохождения ВС описывается временной дисперсией, т.е. увеличением длительности импульса после прохождения волокна длиной 1 км, (нс/км), или произведением ширины полосы пропускания на расстояние, МГц · км. При этом ширина полосы пропускания ВС длиной L оказывается равной (Кауфман М. Сидман А. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справ. в 2 т. т. 2: Пер. с анг./Под ред. Ф.Н. Покровского. М. Энергоатомиздат. 1993. с.

где
τ_мs среднеквадратичное расширение импульса, пс;
M(λ) дисперсия материала, пс/(нм·км);
Δλ ширина огибающей спектра оптического излучения, нм;
L длина ВС, км.

Параметр M(λ) при λ 1300 нм для высокостабильного лазера не превышает (2 3) пс/(нм·км), а длина ВС 5 зависит от числа рециркуляций сигнала и составляет

где
С скорость света;
N_с ≃ 1,5 показатель преломления сердцевины одномодового ВС.

Подставляя (11) и (10) и полагая M(λ) 2 пс/(нм·км), получим
П=0,187n_c/2·10^-6ΔλCt_з(m+j). (12)
Из (12) найдем возможное число копий при известных параметрах П, Δλ t_з и N_с
jʹ=(m+j)=0,187n_c/2·10^-12ПΔλCt_з, (13)
где
П в МГц, Δλ в нм; t_з в мкс. С в км/с.

Для современных полупроводниковых лазеров величина Dl составляет от 10^-2 нм до 10^-5 нм и менее (Вратчиков А.Н. Волоконно-оптические линии задержки широкополосных радиосигналов//Зарубежная радиоэлектроника. - 1988. N 3. С. 85-94). Численный анализ (13) при полосе сигнала П ≅ 10 ГГц и t_з ≅ 10 мкс показывает, что в этом случае возможное число копий составляет от 500 до 450000. Следовательно, при использовании элементной базы излучателей с малым значением Dl можно уверенно пренебречь влиянием дисперсии ВС на время хранения информации по сравнению с шумовым фактором. Напротив, при использовании лазеров с большой шириной спектра излучения ( Δλ≥10^-2 нм) дисперсии ВС является основным фактором, ограничивающим время хранения аналоговых СВЧ сигналов.

Процесс запоминания информации заканчивается через время Т_и. При этом сигналы U₁(t) и U₂(t) на первом и втором выходах БУ 13 также исчезают. В результате все функциональные элементы ДЗУ приобретают исходные состояния. При поступлении на вход новых данных описанный выше процесс запоминания информации повторяется.

БУ 13 работает следующим образом (см. фиг. 4 и 5 при t_о 0).

Усиленный в ШУ 14 входной радиосигнал блока U_вх.(t) длительностью τ_и преобразуется в ФП 15 в видеосигнал той же длительности, который задерживается в первом ЭЗ 16 на время τ_з=Δt и затем задним фронтом запускает первый РИ 17, на выходе которого формируется при этом сигнал управления U₁(t) длительностью Т_и. Одновременно видеосигнал с выхода ФП 15 поступает на входы трех других параллельных каналов.

При этом третий канал используется для формирования управляющего сигнала U₃(t) на третьем выходе ВУ 13, а два других совместно с триггером 18 - для формирования управляющего сигнала U₂(t) на втором выходе ВУ 13.

С этой целью в первом канале видеосигнал с выхода ФП 15 предварительно задерживается в ЭЗ 19 на время τ_з=(t_з-Δt) и затем передним фронтом запускает второй РИ 20, на выходе которого в результате формируется видеосигнал длительностью t=T_и-(t_з-Δt) Последний запускает первый АМВ 21, на выходе которого, начиная с момента t t_о + (t_з Δt ), формируется сигнал типа "меандр" с периодом повторения t_з. АМВ 21 и 25 могут быть построены, например, по схеме, представленной в работе Кацнельсон В.З. Тимченко М.И. Волков В.В. Основы радиолокации и импульсной техники. Л. Гидрометеоиздат, 1985. с. 325, рис. 12. 15, когда исходному устойчивому состоянию АМВ соответствуют логическая единица на выходе. В блоке ФИЗ 22 "меандр" с выхода АМВ 21 преобразуется в последовательность коротких видеоимпульсов с периодом повторения t_з, причем временное положение этих импульсов соответствует моментам перехода выходного напряжения АМВ 21 с логической единицы на логический нуль. Выходные сигналы ФИЗ 22 поступают на вход S триггера 18 и служат для периодического запуска последнего в моменты t_к t_о + (1+К)t_з Δt где К 0, 1, 2, При этом на прямом выходе триггера 18 всякий раз устанавливается сигнал логической единицы (Q 1).

Сигналы для сброса триггера 18 в состояние логического нуля по прямому выходу в моменты t_c=t_o+(1+C)t_з+τ_и+Δt, где С 0, 1, 2, формируется аналогичным образом во втором канале. С этой целью видеосигналы с выхода ФП 15, в отличие от первого канала, задерживается в ЭЗ 23 на время τ_з=t_з+Δt и затем задним фронтом запускает третий РИ 24, на выходе которого вырабатывается при этом видеосигнал, длительность которого в первом приближении составляет величину (Т_и t_з + 4 Δt ). Под действием указанного сигнала второй АМВ 25 формирует, как и в первом канале, "меандр" с периодом следования t_з, который далее в блоке ФИС 26 преобразуется в последовательность коротких видеоимпульсов с периодом следования t_з, сдвинутых относительно выходной последовательности импульсов ФИЗ 22 на величину (τ_и+2Δt) Выходные импульсы ФИС 26 поступают на вход R триггера 18 и сбрасывают его в состояние логического нуля по прямому выходу.

Таким образом, благодаря выходным сигналам блоков ФИЗ 22 и ФИС 26 на выходе триггера 18, т.е. на втором выходе БУ 13, формируется сигнал управления U₂(t), представляющий периодическую последовательность видеоимпульсов с периодом следования t_з и длительностью (τ_и+2Δt) возникающих, как и выходные сигналы ФИЗ 22, в моменты t_к t_о + (1+К)t_з - Δt где К 0, 1, 2,
Сигнал управления U₃(t) на третьем выходе БУ 13 длительностью t mt_з вырабатывается на выходе четвертого РИ 27, причем начало формирования сигнала U₃(t) совпадает с моментом прихода полного сигнала U_вх.(t).

Функциональные элементы ДЗУ и устройство в целом (см. фиг. 1) удовлетворяют критерию промышленного применения. Так, по данным работы (Микроэлектронные устройства СВЧ/Под ред. Г.И. Веселова. М. Высшая школа. 1988. С. 68-75) многоступенчатые делители мощности обеспечивают развязку выходных плеч без применения вентильных устройств до 30 дБ в полосе частот с коэффициентом перекрытия диапазона 1,44. С использованием современных ферритовых вентилей (ферритовые СВЧ приборы//Производственное объединение "Гранит". г.Ростов н/Дону, 1992) развязка плеч сумматора 2 и делителей 1 и 8 (см. фиг. 1) может быть увеличена не менее, чем на 25-30 дБ при прямых потерях порядка 0,5-0,8 дБ.

Электронные выключатели (ключи) на современных pin-диодах широко применяются для управления амплитудой сигнала в трактах СВЧ и обеспечивают в разомкнутом состоянии затухание до 90 дБ, при прямых потерях в замкнутом состоянии не более 1 дБ. В качестве управляемого аттенюатора 9 (см. фиг. 1) может использоваться, например, поглощающий аттенюатор лестничного типа на pin-диодах, обеспечивающий хорошее согласование и большой ДД в широкой полосе частот. В качестве усилителей СВЧ (см. п. 7 на фиг. 1 и п. 14 на фиг. 4) в настоящее время наиболее широко используются транзисторные усилители, работающие в диапазоне частот 0,1-25 ГГц и имеющие полосу усиления 4-80% коэффициент усиления на каскад 3,5-20 дБ, коэффициент шума 2-6 дБ и динамический диапазон входного сигнала 80-90 дБ (Микроэлектронные устройства СВЧ/Под ред. Г.И. Веселова. М. Высшая школа, 1988. С. 78-86, 225).

Применительно к элементам схемы ДЗУ 3, 4, 5 и 6 (см. фиг. 1) можно отметить следующее.

Промышленность освоила и серийно выпускает довольно широкий класс полупроводниковых лазерных излучателей и передающих оптических модулей на длину волны 1,3-1,55 мкм, способных работать в одномодовом режиме при комнатной температуре и обладающих приемлемыми потребительскими характеристиками. В частности, передающий оптический модуль ПОМ-13М имеет следующие основные данные (Стручева О.Ф. Безбородова Т.М. Изделия волоконно-оптической техники: Каталог. М. Экос, 1993. 142 с.):
длина волны излучения 1,3-1,55 мкм;
мощность излучения ≥ 1 мВт;
ширина огибающей спектра ОИ ≅ 0,01нм;
скорость передачи информации, Мбит/с 5000;
режим генерации одночастотный.

Полоса пропускания современных одномодовых волоконных световодов достигает 100 ГГц · км и более при групповой задержке сигнала порядка 5 мкс/км и дисперсии на длине волны 1,3 мкм не более 3,5 пс/(нм · км) (Братчиков А.Н. Волоконно-оптические линии задержки широкополосных радиосигналов//Зарубежная радиоэлектроника. 1988. N 3. С. 85-94).

Фотоприемные устройства (ФПУ) обычно представляет собой сочетание ФД и каскада предварительного усиления сигнала фотоответа. Максимальная полоса детектируемых сигналов серийных ФД достигает (5-10) ГГц, при чувствительности по мощности ОИ порядка минус 30 дБм, динамическом диапазоне 20-25 дБ и крутизне характеристик детектирования 0,5-0,8 мА/мВт по току (Стручева О.Ф. Безбородова Т. М. Изделия волоконно-оптической техники: Каталог. М. Эком. 1993. 142 с.)
Все элементы БУ 13 также удовлетворяют критерию промышленного применения.

Расширители импульсов 17, 20, 24 и 27 реализуются на основе обычных ждущих мультивибраторов. Элементы задержки 16, 19 и 23 могут быть также реализованы на основе ждущих мультивибраторов или серийных линий задержки на сосредоточенных элементах. Формирователи импульсов запуска 22 и сброса 26 триггера 18 легко реализуются на основе, например, последовательного соединения дифференцирующей цепи, усилителя-ограничителя и (при необходимости) инвертора.

Формула изобретения

Динамическое запоминающее устройство радиосигналов, содержащее последовательно соединенные оптический передатчик с лазерным диодом, волоконный световод и фотоприемник, а также электронный коммутатор с двумя ключами, отличающееся тем, что в него дополнительно введены, первый делитель мощности, сумматор мощности, блок управления и последовательно соединенные усилитель СВЧ-радиосигналов, второй делитель мощности и управляемый аттенюатор, причем первый выход первого делителя мощности соединен с первым входом сумматора, второй вход которого через первый ключ коммутатора соединен с выходом управляемого аттенюатора, а выход с входом оптического передатчика, второй выход первого делителя мощности соединен с входом блока управления, первый выход которого подключен к управляющему входу второго ключа коммутатора, второй выход к управляющему входу первого ключа коммутатора, а третий к управляющему входу управляемого аттенюатора, вход первого делителя мощности через второй ключ коммутатора соединен с входом устройства, выходом которого является второй выход второго делителя мощности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5