книги / Обработка радиосигналов акустоэлектронными и акустоопритческими устройствами

Следовательно,

акустооптического коррелятора по крайней мере в 4 раза меньше, чем на выходе согласованного фильтра. Если (с/ш)вых= 1 , то это означает, что при прочих равных условиях отношение сигнал/шум на выходе согласованного фильтра равнялось бы примерно 4.12, т.е. около 6.15 дБ.

Акустооптические корреляторы с интегрированием во времени обладают уже в настоящее время потенциальными возможностями обрабатывать сигналы с произведением полосы на длительность порядка 10®-гЮ8, что соответствует увеличению отношения сиг­ нал/шум на выходе согласованного фильтра на 60-г-80 дБ. На этом фоне уменьшение выигрыша на 6 дБ не кажется значительным. Од­ нако оно приведет к соответствующему снижению чувствительности корреляционного приемника, о чем нужно помнить при проекти­ ровании таких устройств. Полученные результаты не являются общими для всех типов акустооптических корреляторов с инте­ грированием во времени. В каждом конкретном случае требуется проводить оценку отношению сигнал/шум на выходе устройства.

ШИРОКОПОЛОСНЫЙ ФАЗОСТАБИЛЫ1ЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ АКУСТООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА

Электронно-оптическая обработка информации по оценкам специалистов имеет ряд преимуществ перед другими методами обработки и определяет одно пз наиболее перспективных направ­ лений в области обработки сигналов [1]. В связи с этим встает вопрос о разработке и внедрении в производство элементов элек­ тронно-оптических систем, обладающих рядом специфических требований. Одним из таких элементов является усилитель мощ­ ности для возбуждения акустооптического модулятора (АОМ).

Требования к усилителю полностью определяются парамет­ рами АОМ и уровнем входного сигнала.

Для получения индекса модуляции 0.5 рад в модуляторе из

В зависимости от рабочей частоты и материала звукопровода вход­ ной импеданс модулятора составляет 10—45 Ом. С помощью со­ гласующих цепей он легко преобразуется к стандартной величине 50 Ом. Поэтому сопротивление нагрузки усилителя целесообразно выбрать равным 50 Ом.

Возбуждение ультразвуковой волны в АОМ достаточно просто п эффективно достигается па частотах от десятков килогерц до 200—300 МГц. Затухание волны в звукопроводе значительно начи­ нает проявляться на частотах выше 200 МГц. Наибольший инте­ рес представляет обработка сигналов с полосой частот более 10 МГц, поэтому средняя рабочая частота должна быть не менее 15—20 МГц.

Шумы, проходящие на вход оптической системы, распределя­ ются в прострапстве соответственно их спектральной плотности и могут быть устранены вне полосы частот сигнала. Полоса частот усилителя может превосходить полосу частот сигнала без ухуд­ шения отношения снгпал/шум на выходе оптической системы. Поэтому для возбуждения АОМ целесообразно использовать уни­ версальный усилитель с полосой, охватывающей весь диапазон частот от 10 до 200 МГц.

Динамический диапазон усилителя должен соответствовать динамическому диапазону оптической системы, т. е. составлять примерно 50 дБ [2]. При уровне максимального неискаженного сигнала 0.5 Вт для достижения динамического диапазона 50 дБ в полосе 200 МГц при использовании входных каскадов с коэф­ фициентом шума 4 дБ и усилением около 20 дБ необходимо огра­ ничить коэффициент усиления до 60 дБ.

В многоканальной системе обработки одной из наиболее важ­ ных характеристик является фазоамплитудная стабильность уси­ лителя в заданном динамическом диапазоне. Для того чтобы кар­ тина в выходной плоскости оптической системы в области главного

Рис. 1. Принципиальная схема усилителя.

и первого боковых лепестков оставалась неискаженной, дисперсия разброса фазы сигналов между каналами не должна превышать 8-f-lO градусов.

плавной регулировки фазы в пределах 360° при неизменной ам­ плитудно-фазовой характеристике в широкой полосе частот можно только ценой значительных потерь в фазосдвпгающпх цепях и соответствующего увеличения шумов, так как фазосдвигающие

цепи с варикапом должны работать при малом уровне сигнала. Наиболее приемлемой оказывается ступенчатая регулировка фазы с помощью коммутации линий задержки и плавная регулировка в пределах величины одной ступеньки изменения фазы. Общепри­ нятым стандартом является дискрет переключения фазы 22.5°. Поэтому в усилитель целесообразно ввести широкополосный фазо­ вращатель с плавной регулировкой фазы на 22.5°.

На основе сформулированных требований был разработан широкополосный усилитель мощности (рис. 1). В качестве основных усилительных элементов использованы широкополосные микросборки С1.153.УП1 с коэффициентом шума не более 4 дБ во всей рабочей полосе и коэффициентом усиления 20 дБ в показанном на схеме включении. Микросборка фазовращателя собрана по схеме, представленной на рис. 2 с использованием малошумящих транзи­ сторов КТ 310 1А. Малое выходное сопротивление развязывающих эмитерных повторителей V2, V3 обеспечивает постоянство ампли-

тудно-фазовой характеристики при регулировке фазы на 30 во всей рабочей полосе частот. Фазовращатель вносит затухание 6 дБ. Для согласования выхода второй микросборкп С1.153.УП1

с выходным усилителем мощности служит модернизированная микросборка С1.155.УП1, которая отличается от серийно выпу­ скаемой использованием на выходе более мощных транзисторов КТ 640.

Мнкросборка имеет усиление 12 дБ и обладает линейной амплитудной характеристикой при уровне вы­ ходного сигнала до 2 В на иагрузке 100 Ом. Выходной усилитель мощ-

Рпс. 3. Амплитудная и фазоамплптудпая характеристики усилителя.

/=160 МГц, Jf=60 дБ.

ности, собранный по схеме с последовательным возбуждением, имеет усиление 18 дБ и развивает выходную мощность 1.5 Вт на иагрузке 50 Ом. Общий коэффициент усиления широкополосного усилителя составляет 64 дБ. В схеме предусмотрена ручная регу­ лировка усиления глубиной 10 дБ.

Рис. 4. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики усилителя.

Характеристики усилителя приведены на рис. 3, 4. При вы­ ходной мощности до 0.5 Вт максимальный уход фазы между вхо­ дом и выходом не превышает 8 °. Амплитудно-частотная характери­

стика имеет неравномерность 2 дБ в полосе от 10 до 220 МГц. Неравномерность увеличивается с введением регулировки уси­ ления.

Экспериментальный образец усилителя при испытаниях пока­ зал удовлетворительные результаты. Описанная схема может быть принята в качестве базовой при конструировании усилителей для возбуждения акустооптических модуляторов.

С. В. КУЛАКОВ, Б. П. РАЗЖИВИН, Д. В. ТИГИН

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА С ВЫСОКОЙ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ

Акустооптцческий анализатор спектра (рпс. 1), в котором вход­ ной сигнал вводится в оптическую систему при помощи акустиче­ ского модулятора света (АМС), дает возможность производить непрерывный мгновенный анализ спектра сигналов. Максимально высокая скорость обработки информации является главным до­ стоинством устройства, определяющим его широкое применение

Рис. 1. Акустооптцческий анализатор спектра радиосигналов.

1 — лазер; 2, з, 5 — линзы; 4 — акустический модулятор света.

Ь различных областях радиоэлектроники [1—3]. Полосы частот анализа в современных устройствах могут составлять сотни мега­ герц. Разрешающая способность по частоте определяется длитель­ ностью выборки сигнала, находящейся в апертуре оптической си­ стемы. Этот параметр ограиичивается затуханием ультразвуковых волн в АМС, их дифракционной расходимостью, предельными раз­ мерами кристаллов, которые используются в качестве среды за­ держки модулятора света, и рядом других факторов. В современ­ ных АМС высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов воли длительность выборки анализируемых сигналов не превы­ шает 10—20 мкс. При этом точность измерения спектра сигнала Часто оказывается недостаточной.

Увеличение разрешающей способности акустооптического ана­ лизатора спектра может быть достигнуто за счет использования в устройстве многоканального АМС и линий задержки, через ко­ торые входной сигнал подается на входы АМС (рис. 2). Данная схема описана в появившихся в последние годы работах [2, 3].

Оптический аналог устройства, в котором увеличение разрешающей способности анализатора фурье-спектра оптического сигнала, записанного на фотопленке в виде растра с построчным разложе­ нием, описан, например, в работе [4].

Подобная идея высказывалась ранее авторами данной публи­ кации. В литературе до настоящего времени отсутствует теорети­ ческий анализ работы акустооптического анализатора спектра, содержащего многоканальный АМС и линии задержки. Получен-

Рнс. 2. ЛкустооптическIiii анализатор спектра с мпогокапалышм АМС.

1 — л а з е р ; 2 , д, 5 — л и н з ы ; 4 — м н о г о к а н а л ь н ы й АМС; 6 — л и н и и з а д е р ж к и .

ные авторами результаты, приводимые в дайной работе, в какой-то мере позволяют восполнить этот пробел.

При подаче произвольного сигнала s (t) па вход АМС (рис. 1)

в задней фокальной плоскости интегрирующей линзы в области I дифракционного порядка (в режиме дифракции Рамана—Ната, промежуточном режиме или режиме Брэгга) формируется свето­ вое распределение, которое по пространственной координате изменяется в соответствии с мгновенным спектром сигнала [51:

tü'-fP.U

vt—Р.5Г,

где b — некоторый постоянный коэффициент; L — длина светозвукопровода, равная vT; v — скорость распространения упру­ гих волн в светозвукопроводе; Т — длительность временной вы­

борки анализируемых сигналов.

Основной, исчерпывающей характеристикой любого анализа­ тора спектра является его аппаратная функция. Аппаратная функция — это отклик анализатора спектра на ^-функцию в ча­ стотной плоскости, т. е. на гармоническое воздействие. Аппарат­ ная функция акустооптического анализатора спектра описывается соотношением [5]

sin [ 0 . 5 («о, + - ^ ) д ]

0-5 (ш* -f ~ ) £

Разрешающая способность данного анализатора спектра опре­ деляется по Рэлею:

По известной аппаратной функции анализатора спектра и спек­ тральному распределению на его входе можно определить спектр на выходе устройства:

СО

5y(;'wx, <)= ^ S [jo>')g(b>x, to', t)da>'.

В анализаторе спектра, схема которого приведена на рис. 2, содержится JV—1 линия задержки, где N — число каналов в мно­

гоканальном АМС. Каждая лпння задержки осуществляет за­ держку сигнала на время Т , равное длительности временной вы­

борки сигнала в одном канале АМС. Найдем отклик устройства на

после дифракции света на звуковой волне в п-м канале (в случае

дифракции Брэгга дифракционный порядок будет единственным) определяется выражением [5]

e+i(3, у, t)^O .ba0Q-J,:'x .

при —0.5Ага+ (/г—1)а ^ у ^ —0 .5Na-\-na, гдеа0 — коэффициент

модуляции света, пропорциональный амплитуде входного сигнала; а — размер одного канала АМС вдоль координаты у ; шс в — ча­

стота световой волны.

Световое распределение в области I дифракционного порядка в задней фокальной плоскости интегрирующей линзы определяется

собой многолепестковую функцию, где расстояние между главными

Изменение частоты <о' на величину 2 п /Т , т. е. на элемент разре­

шения по координате t y соответствует смещению дифракционного максимума по координате <оу на величину 2^ Id. В данном случае

возможна неоднозначность определения частоты а/, так как в пре­

максимума функции [sin 0.5iVa -f-co'jf/a)]/[sm 0.5a (u>y-\-w'Tja)]. Поло­

жению дифракционного пятна по ко­ ординате соответствует грубый (с точностью до номера строки) от­ счет частоты с разрешающей спо­ собностью 1 /Г , который можно уточ­

нить по координате с у где разре-

Рис. 3. Мпогокапалышн АМС, выполняю­

буждающие пьезопреобразователи, з — компен­ сирующие усилители, 4 — приемные пьезопреобразователн.

шающая способность равна 1 IN T , но при этом весь частотный диапазон ограничен (|<uff|^ к/а) пределами диапазона однознач­

ного измерения частоты с у На один элемент разрешения по коор­ динате сод. приходится N элементов разрешения по координате

«у Таким образом, разрешающая способность анализатора спектра

смногоканальным АМС и линиями задержки определяется вели­ чиной &fp= i/N T .

Спектр произвольного сигнала в данном анализаторе спектра определяется интегралом суперпозиции

СО

Приведенная на рис. 2 схема анализатора спектра с многока­ нальным АМС и линиями задержки может быть несколько видо­ изменена. Линии задержки как специально вводимые в схему эле­ менты могут быть устранены. Функцию задержки сигнала на время, равное длительности распространения акустической волиы в канале (Г ), может выполнять многоканальный АМС, в котором пьезопреобразователи (возбуждающий и приемный) размещаются