ГЕНЕРАТОР СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

ГЕНЕРАТОР СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в качестве стабильного генератора СВЧ в радиопередающих телекоммуникационных и других радиотехнических системах. Известны генераторы СВЧ высокой стабильности с оптической линией задержки / Дворников А.А. Стабильные генераторы с фильтрами на ПАВ, М. Радио и связь, 1983, с.130/. Использование оптической линии задержки в виде оптического волокна большой длины, по которой распространяется световое излучение, модулированное по амплитуде сверхвысокочастотным сигналом, позволяет получить высокую крутизну фазовой характеристики и, как следствие, высокую стабильность частоты генератора, сравнимую со стабильностью кварцевых генераторов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является генератор СВЧ (Авторское свидетельство СССР №1487781, кл. Н 04 В 9/00). Устройство содержит источник когерентного излучения с модулирующим входом, выполненные в виде лазера и интегрального интерферометра Маха-Цендера, светоделитель, оптическую линию задержки, два оптических коллиматора, оптически связанных с фотоприемником, фотоприемник, выполненный в виде двух фотодетекторов и противофазного сумматора, а также согласующий элемент.
Однако это устройство имеет тот существенный недостаток, что для об печения генерации на одной частоте в нем необходимо использовать очень уд ополосный согласующий элемент на частоте генерации. Реализация такого элемента на сверхвысоких частотах обязательно сопряжена с внесением потерь в кольцо обратной связи, и, как следствие снижением стабильности частоты генерируемого сигнала. Кроме того в этом устройстве используется открытый оптический канал, который даже при малой длине не может быть стабильным.
Н 04 В 9/00
Задачей полезной модели является - повышение стабильности частоты и упрощение конструктивной реализации генератора за счет обеспечения генерации только на одной частоте оптическими методами.
Технический результат достигается за счет введения в устройство второй оптической линии задержки, оптически связанной со вторым выходом светоделителя и вторым коллиматором при чем оптическая длина второй линии задержки равна оптической длине первой линии задержки, умноженной на отношение двух не кратных и не равных целых чисел..
На фиг.1 показана структурная схема предложенного генератора СВЧ.
Генератор СВЧ содержит источник 1 когерентного излучения с модулирующим входом, выполненный в виде лазера 2 и интегрального интерферометра 3 Маха-Цандера, светоделитель 4, первую оптическую линию 5 задержки с первым коллиматором 6, вторую оптическую линию задержки 7 со вторым коллиматором 8, фотоприемник 9, выполненный в виде первого и второго фотодетекторов 10 и 11 и сумматора 12, в также согласующий элемент 13.
Источник когерентного излучения 1 оптически связан через светоделитель 4 с оптическими линиями задержки 5 и 7, выполненными, например в виде отрезков оптоволоконных линий, и снабженными на вторых концах коллиматорами б и 8. Коллиматоры 6 и 8 оптически связаны с фотоприемником 9, который через согласующий элемент 13 связан с модулирующим входом источника когерентного излучения 1.
Предлагаемый генератор сверхвысокой частоты работает следующим образом Когерентный световой луч лазера 2 через интегральный интерферометр 3 поступает на светоделитель 4. В интегральном интерферометре Маха-Цандера осуществляется модуляция светового луча по амплитуде сверхвысокочастотнЕ 1м сигналом, поступающим на центральный электрод интерферометра с согласующего элемента 13. В светоделителе 4 осуществляется формирование двух световых лучей, равных по интенсивности. Оба луча поступают на фотоприемник 9, состоящий из двух фотодетекторов 10 и 11, причем один луч поступает на фотоприемник 9 через первую оптическую линию задержки 5 и первый коллиматор б, а второй - через вторую оптическую оптическую линию задержки 7 с вторым коллиматором 8. Оптические длины линий задержки различны и равны li и 12 для линий 5 и 7 соответственно, причем время задержки сигнала в оптических линиях 5 и 7 должно быть меньше времени когерентности лазера 2.
Об/; У Ь
10 и 11 расположены на расстоянии, равном половине периода интерференционной картины, а их выходы подключены ко входам сумматора 12. Электрический сигнал с выхода сумматора 12, пропорциональный разности интенсивностей света на оптических входах фотоприемников 10 и 11, через согласующий элемент 13 поступает на вход интегрального интерферометра 3 Маха-Цандера, который является модулирующим входом источника 1 когерентного света.
Таким образом, генератор СВЧ представляет собой замкнутую систему с положительной обратной связью, причем сигнал в этой системе распространяется по двум путям. Амплитудные и фазовые соотношения в замкнутой системе с положительной обратной связью определяются следующими выражениями. Модуль коэффициента передачи по кольцу системы:
МОД  К,  Кф„  Kj;
где Кмод - коэффициент передачи интегрального интерферометра 3, показывающий зависимость глубины модуляции света по интенсивности от амплитуды входного электрического сигнала;
Кволз  суммарный коэффициент передачи оптических линий 5 и 7 задержки;
Кфп - коэффициент передачи фотоприемника 9, характеризующий зависимость величины электрического сигнала на выходах фотодетекторов 10 и 11 от интенсивности модулированного СВЧ сигналом света на их входах, зависящий от типов фотодетекторов 10 и 11, режима их работы и интенсивности лазерного луча;
КЕ - коэффициент передачи сумматора 12;
Ксц - коэффициент передачи согласующего элемента 13.
Генерирование СВЧ сигнала возможно в системе с задержанной обратной связью при выполнении условия баланса амплитуд, который можно для заявляемого устройства записать в виде: 1
К„од-К, -Kj-K
Фазовые соотношения в кольце рассмотрим вначале только при наличии лишь одной первой оптической линии задержки 5. Эти соотношения определяются следующим выражением:
ф  фмол+ф олз+ффп+фЬ+фсч
.foc.e
Поскольку Ф волз фмод+ффп+ф2:+фсц ТО гвнврация моЖет возникнуть на частотах
27ini  ,1,2,....,
/ ll
где  - время задержки оптической линии 5; УВОЛЗ  фазовая
скорость распространения электромагнитной энергии в оптической линии 5.
При наличии лишь одной второй оптической линии задержки 7 фазовые соотношения определяются следующим выражением:
ф  фмод+Ф волз+ффп+фЕ+фсц
в этом случае генерация может возникнуть на частотах to  --,- ,
,1,2,....,
где т 3   - время задержки оптической линии 7 .
Естественно, что максимальный сигнал с фотоприемника будет получен при равенстве частот генерации, т.е. при приходе СВЧ сигналов по обоим линиям задержки 5 и 7 в фазе. Это условие записывается в виде:
i  lk 1, 1
Если HI и П2 не кратны, то генерация возможна только на одной частоте, либо на ограниченном множестве частот, при этом согласующий элемент 13 не должен иметь узкую полосу, чтобы обеспечить одночастотный режим генерации.
Выбором частоты настройки согласующего элемента 13 обеспечивается выбор диапазона частот генерации. Подбором фотодетекторов 10 и 11 и режима их работы обеспечивается возникновение колебаний на выбранной частоте генерации.
Поскольку коэффициенты передачи Кмод и Кфп нелинейны, то есть с ростом амплитуды автоколебаний модули этих коэффициентов уменьшаются, то в устройстве будет существовать стационарный режим генерации с амплитудой и фазой колебаний, определяемых из соотношения:
j
Т/-т/ МОД  фп IVr.riiT,  JV волз Е
Фазовая нестабильность, обусловленная флуктуациями амплитуды светового луча лазера 2 устраняется в заявляемом устройстве подобно тому как это делается в устройстве-прототипе. В плоскости фотоприемника 9 происходит интерференция двух лучей, имеющих плоские фазовые фронты. Для интенсивности в плоскости интерференции можно записать:
I  Ij +12 + 2-y/l7Vl2 cos5
где Ii,l2  интенсивности лучей, поступающих на фотоприемник 9 из оптических линий задержки 5 и 7 модулированных по интенсивности
частотой генерируемого сигнала Шп;
5- оптическая разность хода лучей Ii и Хг.
В случае равенства амплитуд интерференционная картина в соответствии с формулой при
cos((ant) будет равна:
I 2IoCOS (Ont) (1+COS6)
причем, I пульсирует с частотой генерации (йд. В случае, если амплитуды не равны, то вид интерференционной картины меняется. Суммарная интенсивность при этом изменяется от минимального значения
шш  (   ) при  до максимального   ( +  ) Р . Это приводит к изменению постоянной составляющей токов фотодетекторов 10 и 11. При случайных быстрых изменениях амплитуды излучения лазера 2 будет наблюдаться разбаланс амплитуд световых волн прошедшей оптическую линию 5 и оптическую линию задержки 7, носящий также случайный характер с тем же законом распределения. Такие быстрые изменения постоянной составляющей тока фотодетектора 10 и 11 являются синфазными и взаимно уничтожаются в противофазном сумматоре. Таким образом, амплитудные шумы лазера 2, приводящие к флуктуации постоянных составляющих токов фотодетекторов 10 и 11, устраняются в сумматоре 12 и не вносят возмущений в колебания системы.
.АРУУ; У 7