АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК-ЧАСТОТОМЕР

Предполагаемая полезная модель относится к радиоизмерительной технике и может быть использована в качестве СВЧ приемника-частотомера радиосигналов в широкополосных системах связи, радиолокации.
Известен (см. фиг.1) акустооптический (АО) анализатор спектра последовательного типа с пространственным интегрированием (опубл. в кн.: Голография и обработка информации / Под ред. Проф. С.П.Гуревича. - Л.: Наука. - 1976. - 196 стр., на стр.110), в состав которого входят последовательно по свету включенные лазер, низкочастотный АО дефлектор, управляемый низкочастотным (НЧ) сигналом, формируемым устройством управления, высокочастотный (ВЧ) АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующая линза, регистрирующее устройство - фотоприемник, а также измеритель временных интервалов. В качестве измерителя временных интервалов в описанном анализаторе использован осциллограф. В данном аналоге о несущей частоте входного радиосигнала судят по результатам измерения осциллографом длительности временного интервала, начало которому задает устройство управления, а концом измеряемого интервала является продетектированный световой сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника.
Причиной, препятствующей достижению заявляемого технического результата, является отсутствие между НЧ и ВЧ АО дефлекторами преобразующей оптической системы, которая могла бы изменять в больших пределах угол входа параллельного пучка света в ВЧ АО дефлектор с целью расширения рабочей полосы частот АО анализатора спектра.
Признаками аналога, совпадающими с признаками предполагаемой полезной модели, являются последовательно по свету включенные лазер, НЧ
АО дефлектор, управляемый сигналом, формируемым устройством управления, ВЧ АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, регистрирующее устройство - фотоприемник, а также измеритель временных интервалов с устройством управления.
Известен АО анализатор спектра со считыванием продифрагированного светового распределения с помощью вспомогательного (зеркального, биморфного) дефлектора (см. Кулаков С.В. Акустооптические устройства спектрального и корреляционного анализа сигналов - Л.: Наука. - 1978. - 144 стр., на стр.38). Устройство-аналог (см. фиг.2) содержит последовательно расположенные по свету лазер, коллиматор, сигнальный АО дефлектор, интегрирующую линзу, вспомогательный дефлектор и фотоприемник, причем фотоприемник соединен с входом измерителя временных интервалов, в качестве которого применяется осциллограф, осуществляющий на экране развертку интенсивности светового распределения, несущего информацию о квадрате модуля спектральной плотности анализируемого сигнала. В данном аналоге временное местоположение (координата) максимума спектральной плотности мощности входного радиосигнала однозначно связано с его центральной частотой.
Признаками данного аналога, общими с заявляемой полезной моделью, являются последовательно по свету включенные лазер, коллиматор, сигнальный АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, вспомогательный дефлектор, управляемый сигналом, формируемым устройством управления, фотоприемник и измеритель временных интервалов, один из входов которого соединен с устройством управления.
Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является отсутствие преобразующей оптической системы, изменяющей угол падения параллельного пучка света на сигнальный АО
дефлектор с целью расширения рабочей полосы частот АО приемника-частотомера.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство-прототип: АО приемник-частотомер, описанный в работе Роздобудько В.В. «Акустооптический СВЧ частотомер последовательного типа» (см. Радиотехника №12, стр.81-86, 1991).
Устройство-прототип (см. фиг.3) в своем составе содержит расположенные последовательно лазер, коллиматор, управляющий АО дефлектор, оптическую систему, осуществляющую перенос изображения, сигнальный АО дефлектор, согласующую оптическую систему, и фотоприемник, нагруженный на один из входов измерителя временных интервалов, а также формирователь импульсов и генератор линейно модулированных по частоте (ЛЧМ) сигналов, причем входной радиосигнал подается на электрический вход сигнального АО дефлектора и на вход формирователя импульсов, выход которого нагружен на вход генератора ЛЧМ сигналов, включенного на электрический вход управляющего АО дефлектора и одновременно на второй вход измерителя временных интервалов.
Признаками выбранного прототипа, общими с заявляемой полезной моделью, являются последовательно по свету включенные лазер, коллиматор, управляющий АО дефлектор, оптическая система, сигнальный АО дефлектор, согласующая оптическая система и фотоприемник, нагруженный на вход измерителя временных интервалов, а также формирователь импульсов, нагруженный на вход генератора ЛЧМ сигналов, выход которого нагружен на электрический вход управляющего АО дефлектора.
В основу принципа работы прототипа положено известное свойство, заключающееся в том, что с изменением угла падения света на сигнальный АО дефлектор, претерпевает изменение и центральная частота АО взаимодействия. Устройство-прототип работает следующим образом.
Передним фронтом измеряемого входного радиосигнала формируется импульс запуска генератора ЛЧМ сигналов и измерителя временных интервалов. Под действием ЧМ колебаний управляющий АО дефлектор сканирует угол падения света и перестраивает частотную область АО взаимодействия сигнального АО дефлектора. Фотоприемник «откликается» в момент совпадения частоты входного сигнала и перестраиваемой узкополосной частотной области АО взаимодействия. Выход фотоприемника нагружен на второй вход измерителя временных интервалов. При этом длительность регистрируемого временного интервала отсчитывается от момента запуска измерителя временных интервалов до момента появления отклика с выхода фотоприемника. Таким образом, в устройстве-прототипе формируется временной интервал, пропорциональный частоте входного сигнала, который и фиксируется измерителем временных интервалов.
Причиной, препятствующей достижению прототипом требуемого технического результата, является наличие между управляющим АО дефлектором и сигнальным АО дефлектором оптической системы, которая осуществляет перенос изображения и не формирует больший угол сканирования параллельного пучка света на входе сигнального АО дефлектора, а это не позволяет расширить полосу рабочих частот АО приемника-частотомера.
Задачей, на решение которой направлена предполагаемая полезная модель, является увеличение диапазона рабочих частот АО приемника-частотомера, за счет преобразование угла сканирования параллельного пучка света на выходе из управляющего АО дефлектора в другой больший угол сканирования на входе в сигнальный АО дефлектор.
Технический результат, достигаемый при осуществлении предполагаемой полезной модели, заключается в расширении полосы рабочих частот АО приемника-частотомера, который достигается тем, что преобразующая оптическая система содержит расположенные по свету
длиннофокусный объектив 1 (см. фиг.4), зеркала 2, 3 и две короткофокусные линзы 4, 5.
Для достижения технического результата в АО приемнике-частотомере, содержащем последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, управляющий АО дефлектор, преобразующую оптическую систему, сигнальный АО дефлектор, согласующую оптическую систему, фотоприемник, нагруженный на один из входов измерителя временных интервалов, а также формирователь импульсов, генератор ЛЧМ сигналов, причем входной радиосигнал подается на электрический вход сигнального АО дефлектора и одновременно на вход формирователя импульсов, выход которого соединен со вторым входом измерителя временных интервалов и одновременно с входом генератора ЛЧМ сигналов, выход которого соединен с электрическим входом управляющего АО дефлектора преобразующая оптическая система содержит расположенные по свету длиннофокусный объектив 1, зеркала 2, 3 и две короткофокусные линзы 4, 5.
Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видно, что оно содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, видно, что предлагаемое устройство соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.
Для доказательства наличия причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим принцип работы предлагаемого АО приемника-частотомера и сопоставим его с работой прототипа и аналога.
Сущность предлагаемой полезной модели, а также работа заявляемого АО приемника-частотомера поясняется на фиг.4. Устройство имеет в своем составе последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, управляющий АО дефлектор, преобразующую оптическую систему, состоящую из длиннофокусного объектива 1, зеркал 2, 3 и двух короткофокусных линз 4, 5, причем вся система работает с большим
отрицательным увеличением, сигнальный АО дефлектор, согласующую оптическую систему, фотоприемник, а также измеритель временных интервалов, формирователь импульсов, генератор ЛЧМ.
Предлагаемый АО приемник-частотомер работает следующим образом. Излучение лазера преобразуется коллиматором в форму заданной геометрии и направляется на управляющий АО дефлектор, где взаимодействует с акустической волной, а дифрагированный пучок света на выходе из управляющего АО дефлектора сканирует по углу, который зависит от диапазона частот входного сигнала, поданного на электрический вход управляющего АО дефлектора с помощью генератора ЛЧМ сигналов; сканирующий параллельный пучок света с выхода управляющего АО дефлектора направляется в длиннофокусный объектив 1 преобразующей оптической системы (см. фиг.4), за которым расположены две близко стоящие короткофокусные линзы 4 и 5, на выходе которых параллельный пучок света сканирует с большим углом, а вся преобразующая оптическая система с двумя вспомогательными плоскими зеркалами 2 и 3, используемыми для сокращения ее габаритов, работает с большим отрицательным увеличением β. Благодаря этому угол сканирования на выходе из преобразующей оптической системы относится к углу сканирования на ее входе и размеры сечения пучка света на входе в преобразующую оптическую систему относятся к размерам сечения пучка света на выходе из преобразующей оптической системы как β:1. Сканирующий параллельный пучок света направляется преобразующей оптической системой на сигнальный АО дефлектор, который работает в режиме авторасстройки и рабочая полоса частот которого определяется не только собственной характеристикой АО дефлектора, но также зависит от угла сканирования пучка света, направленного на него, в результате чего происходит взаимодействие пучка света с акустической волной, возбужденной входным сигналом при подаче его на электрический вход сигнального АО дефлектора, а дифрагированный пучок света после
сигнального АО дефлектора через согласующую оптическую систему направляется на фотоприемник; сигнал с фотоприемника поступает на один из входов измерителя временных интервалов; передним фронтом входного сигнала формируется импульс запуска генератора ЛЧМ сигналов и измерителя временных интервалов. Под действием ЧМ колебаний управляющий АО дефлектор сканирует выходящий из него световой пучок по углу и направляет его в оптическую систему преобразования угла, на выходе из преобразующей оптической системы световой пучок направляется под большим углом сканирования на сигнальный АО дефлектор и таким образом перестраивает его частную область взаимодействия; в момент совпадения частоты входного сигнала и перестраиваемой узкополосной частотной области АО взаимодействия фотоприемник «откликается», а длительность регистрируемого временного интервала отсчитывается от момента запуска измерителя временных интервалов до момента отклика с выхода фотоприемника и таким образом, пропорционально частоте входного сигнала формируется временной интервал, фиксируемый измерителем временных интервалов.
Экспериментальные исследования конструкции предлагаемого АО приемника-частотомера показали, что описанная преобразующая оптическая система позволяет расширить анализируемый диапазон частот сигнального АО дефлектора, тем самым, увеличив рабочий диапазон АО приемника-частотомера. Так для преобразующей оптической системы с фокусным расстоянием объектива 400 мм и увеличением 40 крат, было получено увеличение анализируемого диапазона частот в ≈2 раза (с 500 МГц до 1000 МГц). На диапазон рабочих частот АО приемника-частотомера также влияет собственная амплитудно-частотная характеристика сигнального АО дефлектора, а увеличение точности измерения частоты анализируемого сигнала и разрешающей способности связано с выбором оптимальных параметров лазерного пучка.