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Elektrooptische Empfangsantenne
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Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Empfangsantenne, bei welcher
das von einer passiven Antennenstruktur empfangene Hochfrequenzsignal direkt einem
optischen Modulator zugeführt wird und dort ein Lichtsignal mit dem Hochfrequenzsignal
moduliert. Das so modulierte Lichtsignal wird einem optischen Empfänger zugeführt
und dort wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.
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Bei vorbekannten Empfangsantennen wird das empfangene Hochfrequenzsignal
über eine elektrische Leitung dem Empfänger zugeführt. Damit sind verschiedene Nachteile
verbunden. Da elektrische Leitungen nur in einem engen Wellenwiderstandsbereich
realisierbar sind, ist bei einer längeren zwischengeschalteten Leitung eine optimale
Anpassung des Empfängereinganges an die Antenne nicht möglich. Dieses Problem kann
zwar bei aktiven Antennen, in welchen mit der Antenne ein rauschangepaßter Vorverstärker
räumlich unmittelbar vereinigt ist, gelöst werden, doch bleiben sowohl bei herkänmlichen
passiven Antennen als auch bei vorbekannten aktiven Antennen einige Probleme ungelöst.
Auf der elektrischen Leitung von der Antenne bzw. aktiven Antenne zum Empfänger
können Störungen elektromagnetischer Natur auftreten. Des weiteren stört die elektrische
Verbindungsleitung zwischen der Antenne bzw. aktiven Antenne und dem Empfänger das
elektromagnetische Feld in der unmittelbaren Umgebung der Antenne.
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Diese Störungen wirken sich besonders bei der Zusammenfügung mehrerer
Antennen zu Antennengruppen und auch bei der Anwendung von Empfangs antennen als
Feldsonden zur genauen Feldmessung sehr nachteilig aus. Zur Vermeidung dieser Nachteile
wird erfindungsgemäß die Vereinigung einer vorbekannten passiven Antennenstruktur
mit einem optischen Modulator vorgeschlagen, so daß mit dem empfangenen Hochfrequenzsignal
unmittelbar ein Lichtstrahl moduliert wird. Das so modulierte Lichtsignal wird von
einem optischen Empfänger wieder in ein elektrisches Hochfrequenzsignal umgesetzt.
Die Verbindung zwischen Modulator und optischem Empfänger erfolgt vorteilhafterweise
über einen Lichtwellenleiter. Eine derartige elektrooptische Empfangsantenne benötigt
keine elektrische Energiezuführung. Ebenso können die metallischen Teile auf die
Antennenstruktur beschränkt bleiben, so daß die durch die Antennenstruktur hervorgerufenen
Feldverzerrungen minimal bleiben. Das ist besonders vorteilhaft bei
der
Verwendung der Antennen in Antennengruppen für Peilanlagen sowie bei der Verwendung
der Antenne als Feldsensor für genaue Feldmessungen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung einer elektrooptischen
Antenne wird von der Antennenstruktur unmittelbar eine modulierbare Lichtquelle
angesteuert, wobei die modulierbare Lichtquelle optisch mit Energie versorgt wird
. Die optische Energieversorgung erfolgt dabei über direktes optisches Pumpen der
Lichtquelle oder über einen optoelektrischen Energiewandler (z.B. Photozelle), mit
welchem die elektrische Energie zur Ansteuerung der Lichtquelle gewonnen wird.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der vorgeschlagenen Verfahren
und Anordnungen wird zur Verbesserung des Signale Rauschverhältnisses zwischen Antennenstruktur
und optischem Modulator bzw. der modulierbaren Lichtquelle ein Verstärker zwischengeschaltet,
wobei der Verstärker über einen optoelektrischen Energiewandler mit Leistung versorgt
wird.
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Fig. 1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Anordnung einer elektrooptischen Empfangsantenne, bestehend aus einer passiven Antennenstruktur
1 und einem optischen Modulator 2. Das elektrische Signal der passiven Antennenstruktur
1 wird unmittelbar dem optischen Modulator 2 zugeführt.
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Das optische Signal 3 wird in dem Modulator 2 moduliert und tritt
aus dem Modulator als moduliertes Signal 4 aus. Die Modulation erfolgt zum Beispiel
durch elektrooptische, magnetooptische oder akustooptische Modulatoren. Derartige
Modulatoren sind in den Druckschriften H.G. Unger: Optische Nachrichtentechnik,
Berlin 1976, S. 73-82 und S. 111, G.K. Grau: Quantenelektronik, Braunschweig 1978,
S. 631-659 und J.M. Hammer: Modulation and Switching of Light in Dielectric Waveguides
(erschienen in: Integrated Gptics, Herausgeber P. Tamir, Berlin 1979, S. 139-200)
beschrieben. Da derartige Modulatoren in vielen Fällen eine reaktive Impedanz haben,
kann die Empfindlichkeit auf Kosten der Bandbreite durch ein entsprechendes Anpassungsnetzwerk
erhöht werden (sh.
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G.K. Grau: S. 651 ff.). Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung
einer elektrooptischen Antenne, bestehend aus der Antennenstruktur 1, dem Netzwerk
5 und dem Modulator 2. Das Netzwerk S dient der elektrischen Anpassung der Antennenstruktur
an den Modulator. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird ein
aktives
Netzwerk 5 verwendet, so daß das Ausgangssignal verstärkt wird und der Signal-/Rauschabstand
der Antenne verbessert wird.
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Fig. 3 zeigt die schematische Darstellung eines Ansführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen elektrooptischen Antenne, bestehend aus einer als Dipolantenne
ausgebildeten Antennenstruktur 6 und einem elektrooptischen Modulator 7.
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Fig. 4 zeigt die schematische Darstellung einer elektrooptischen Antenne
für den längerwelligen Bereich, bestehend aus einem Monopol 61, einem elektrooptischen
Modulator 7 und der Erdung 62.
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Bei den Anordnungen mit elektrooptischem Modulator nach Fig. 3 und
Fig. 4 wird in bekannter Weise die optische Weglänge des Lichtes durch den Modulatur
7 über die Klemmenspannung des Modulators moduliert. Entsprechend der von der Antennenstruktur
an den optischen Modulator abgegebenen Spannung erfolgt daher eine Phasenmodulation
des durch den Modulator hindurchtretenden Lichtsignals.
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Der elektrooptische Modulator stellt für die Antennenstruktur eine
kapazitive Last dar. Bei kurzen elektrischen Dipolantennen mit im wesentlichen kapazitiver
Innenimpedanz stellt das einen Vorteil dar, da die kapazitive Last des Modulators
mit der kapazitiven Innenimpedanz der Antennenstruktur einen frequenzunabhängigen
Spannungsteiler bildet und die elektrooptische Antenne dadurch in einem weiten Frequenzband
frequenzunabhängig ist. Das ist besonders für die Anwendung elektrooptischer Antennen
als Sonden zur Hochfrequenzfeldmessung vorteilhaft.
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Im Bereich hoher Frequenzen, bei denen die Antennenstruktur nicht
mehr klein gegen die Wellenlänge ist, ist es zweckmäßig, den Modulator an die Antennenstruktur
entsprechend Fig. 2 über ein Netzwerk 5 anzupassen. Fig. 5 zeigt die schematische
Darstellung einer elektrooptischen Antenne, bestehend aus einer Antennenstruktur
6, dem Modulator 7 und einem Anpassungsnetzwerk 8. In dem Beispiel nach Fig. 5 besteht
das Anpassungsnetzwerk 8 aus einer Induktivität 81
und einem Ohmschen
Leitwert 82 parallel zum elektrooptischen Modulator.
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Durch die Induktivität 81 wird die Kapazität des elektrooptischen
Modulators zu dem Parallelschwingkreis ergänzt. Bei der Resonanzfrequenz des so
gebildeten Parallelschwingkreises tritt aufgrund der Spannungsüberhöhung des Parallelschwingkreises
eine besonders hohe Empfindlichkeit der elektrooptischen Antenne ein. Die Bandbreite
einer derartigen elektrooptischen Antenne wird durch die Güte des so gebildeten
Parallelschwingkreises bestimmt. Zur Erhöhung der Bandbreite auf Kosten der Empfindlichkeit
wird der Induktivität ein Ohmscher Leitwerk 82 parallelgeschaltet. Für nicht zu
große Bandbreiten läßt sich der Ohmsche Leitwert 82 durch den bei realen Induktivitäten
stets vorhandenen Verlustleitwert realisieren. Das Anpassungsnetzwerk 8 wird in
diesem Fall durch eine verlustbehaftete Induktivität realisiert.
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Der elektrooptische Modulator in den Fig. 3 bis 5 ist primär ein Phasenmodulator.
Zur Umwandlung der Phasenmodulation in eine Intensitätsmodulation dient in bekannter
Weise eine interferometrische Anordnung nach Fig. 6, bei der der Lichtstrahl 13
über einen Strahlenteilerspiegel 9 (bzw. über eine andere bekannte strahlenteilende
Anordnung) aufgeteilt wird in zwei Teillichtstrahlen, deren einer den Modulator
2 durchsetzt und vom Spiegel 11 umgelenkt wird, während der andere vom Spiegel 10
umgelenkt wird. Uber den Strahlenteiler 12 (bzw. strahlenteilende Anordnung) werden
beide Teilstrahlen wieder zusammengefügt. Durch überlagerung des phasenmodulierten
Teilstrahls mit dem unmodulierten Teilstrahl wird die Phasenmodulation in bekannter
Weise in eine Intensitäts- bzw. Amplitudenmodulation umgewandelt, so daß der Ausgangslichtstrahl
14 in der Intensität bzw. in der Amplitude moduliert ist. In einer vorteilhaften
Weiterbildung der elektrooptischen Antenne mit elektrooptischem Modulator wird der
elektrooptische Modulator als Streifenleitungsmodulator in Dünnfilmtechnik ausgeführt.
Fig. 7 zeigt die schematische Darstellung einer derartigen Anordnung. Der Modulator
wird in Fig. 1 der Druckschrift 'Recent Progresses in Electrooptic Modulation and
Switching Using Li NbO3 Waveguides", von M. Papuchon, erschienen in Frequenz 32
(1978) 3, S. 75-78, gezeigt und beschrieben. Durch Verwendung eines in integriert
optischer Technik realisierten Streifenleitungsmodulators läßt sich die elektrooptische
Antenne besonders
kompakt aufbauen. Darüber hinaus ist die Verwendung
eines integriert optischen Streifenleitungsmodulators aufgrund der mit diesen Modulatoren
erzielbaren besonders hohen Empfindlichkeit vorteilhaft. Der elektrooptische Dünnfilm-Modulator
besteht aus der auf einer planaren Lithiumniobat-Struktur realisierten optischen
Wellenleiterkonfiguration, aus den Streifenleitern 15, 16, 17 und 18. Dabei wird
der Streifenleiter 15 in die optischen Streifenleiter 16 und 17 verzweigt und diese
wiederum in die Streifenleitung 18 zusammengefügt.
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Diese vorbekannte Anordnung entspricht einem Mach-Zehnder-Interferometer.
Über die Elektrode 20 und die parallelgeschalteten Elektroden 15 und 19 werden die
Lichtsignale in den Wellenleiterzweigen 16 und 17 in ihrer Phase gegenphasig moduliert.
Die Lichtsignale in den Interferometerzweigen 16 und 17 werden zur Interferenz gebracht,
indem sie im Zweig 18 vereinigt werden. Durch die Interferenz beider Lichtsignale
entsteht aus der Phasenmodulation eine Intensitätsmodulation.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der elektrooptischen Antenne
wird als Modulator 2 nach Fig. 1 ein magnetooptischer Modulator verwendet. Fig.
8 zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen
Anordnung einer elektrooptischen Antenne mit magnetooptischem Modulator. Der magnetooptische
Modulator 21-in Fig. 8 ist aus der Literatur bekannt und wird zum Beispiel in der
oben erwähnten Druckschrift vom J.M. Hammer auf Seite 165 in Fig. 4.4 dargestellt.
Magnetooptische Modulatoren sind vorteilhaft im Zusammenhang mit der Verwendung
von Rahmenantennen, da die Innenimpedanz der Steuerspule magnetooptischer Modulatoren
ebenso wie die Impedanz magnetischer Rahmenantennen niederohmig und induktiv ist.
Fig. 8 zeigt eine elektrooptische Antenne mit magnetooptischem Modulator. Der magnetooptische
Modulator 21 besteht aus einem Körper 41 aus magnetooptischem Material und einer
Steuerspule 40, welche in Abhängigkeit von dem durch die Steuerspule fließenden
Strom ein longitudinales Magnetfeld im magnetooptischen Material hervorruft. Unter
Ausnutzung des Faradayeffektes wird in bekannter Weise ein polarisiertes Lichtsignal
3 im magnetooptischen Material 41 in seiner Polarisation moduliert und verläßt als
polarisationsmoduliertes Lichtsignal 4 den Körper aus magnetooptischem Material
41. Die Antennenstruktur ist als Rahmenantenne 22 ausgebildet. Im Bereich niedriger
Frequenzen, bei welchen also die Fläche der
Rahmenantenne klein
gegen das Quadrat der Wellenlänge der empfangenen Hochfrequenz ist, besitzt die
Rahmenstruktur eine vorwiegend induktive und sehr niedrige Innenim-edanz und bildet
gemeinsam mit der Steuerspule 40 einen frequenzunabhängigen induktiven Spannungsteiler.
Die elektrooptische Antenne nach Fig. 8 ist daher im Bereich niedriger Frequenzen
frequenzunabhängig. Im bereich hoher Frequenzen, bei welchen die Fläche der Rahmenantenne
nicht mehr klein gegen das Quadrat der Wellenlänge ist, ist es zweckmäßig, die induktive
Impedanz des magnetooptischen Modulators entsprechend Fig. 9 durch eine in Serie
geschaltete Kapazität zu kompensieren. Bei der Resonanzfrequenz des durch die Kapazität
23 und die Steuerwicklung 40 des magnetooptischen Modulators gebildeten Schwingkreises
wird eine besonders hohe Empfindlichkeit der Antenne erzielt. Durch einen in Serie
geschalteten Ohmschen Widerstand 24 wird der Serienschwingkreis bestehend aus 40
und 23 gedämpft und die Bandbreite auf Kosten der Enpfindlichkeit vergrößert. Für
kleine Bandbreiten kann auf die Einfügung eines Serienwiderstandes 24 verzichtet
werden, da in diesem Fall die Verlustwiderstände der Steuerspule 40 und der Rahmenantenne
22 bereits eine ausreichende Bedämpfung des von den Induktivitäten der Steuerspule
40 und der Rahmenantenne 22 sowie der Kapazität 23 gebildeten Serienschwingkreises
bewirken. Der magnetooptische Modulator 21 kann entsprechend Fig. 10 durch Einfügung
des magnetooptischen Modulators zwischen einen Polarisator 25 und einen Analysator
26 in bekannter Weise zur Intensitäts- bzw. Amplitudenmodulation des Lichtstrahls
ausgenutzt werden.
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In Fig. 11 wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Anordnung das modulierte Lichtsignal 4 einem optischen Empfänger 27 zugeleitet,
welcher ein elektrisches Ausgangssignal 28 abgibt. In einer weiteren vorteilhaften
Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 11 wird in Fig. 12 das Ausgangssignal 4 des
Modulators 2 über einen Lichtwellenleiter 30 dem optischen Empfänger 27 zugeleitet.
Als Lichtwellenleiter wird zum Beispiel eine Lichtleitfaser verwendet. Durch die
Verwendung einer Lichtleitfaser erfolgt die Fortleitung des Lichtes vom Modulator
zum optischen Empfänger unabhängig von Umwelteinflüssen. Des weiteren wird durch
die Flexibilität der Lichtwellenleiter die Beweglichkeit der elektrooptischen Antenne
gewährleistet.
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Es ist des weiteren vorteilhaft, als Lichtquelle für das Lichtsignal
3 eine kohärente Lichtquelle 31 zu verwenden (Fig. 13), da dadurch die Intensitätsschwankungen
der Lichtquelle minimal werden und des weiteren Lichtquellen hoher Intensität realisierbar
sind. Die Zuleitung des Lichtes von der kohärenten Lichtquelle 31 zum Modulator
2 erfolgt vorteilhafterweise ebenfalls durch einen Lichtwellenleiter (fig.14). Es
ist zweckmäßig, hier als Lichtwellenleiter ebenfalls eine Lichtleitfaser zu verwenden.
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Zur Erzielung spezieller Richtcharakteristiken werden Einzelantennen
in bekannter Weise zu Antennengruppen zusammengefaßt. Eine derartige Zusammenfassung
von Antennen ist auch bei elektrooptischen Antennen möglich. Fig. 15 zeigt das Blockschaltbild
einer durch Zusammenschaltung von elektrooptischen Einzelantennen entstandenen Antennengruppe.
An die Antennenstrukturen 101...
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201 sind jeweils die optischen Modulatoren 102...202 angeschlossen.
Die Modulatoren 102.. .202 modulieren die Lichtsignale 103...203. Die modulierten
Lichtsignale 104...204 werden über die Lichtwellenleiter 130...230 an optische Empfänger
127...227 weitergeleitet. Die elektrischen Ausgangssignale 128...228 werden in einem
Verstärker 50 additiv überlagert, wobei die Signale 128...228 mit definierter Phasenlage
und definiertem Amplitudenverhältnis überlagert werden. Phasenlage und Amplitudenverhältnis
ergeben sich in bekannter Weise aus der gewünschten Richtcharakteristik. Auf diese
Weise läßt sich eine beliebige Anzahl elektrooptischer Einzelantennen zu einer elektrooptischen
Antennengruppe zusammenfügen.
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Bei der Anordnung nach Fig. 15 ist zwischenjedem der Modulatoren 102..
.202 und dem zugehörigen optischen Empfänger 127...227 ein eigener Lichtwellenleiter
vorgesehen. Bei einer größeren Distanz zwischen den elektrooptischen Einzelantennen
und den elektrooptischen Empfängern ist es sinnvoll, entsprechend Fig. 16 die optischen
Signale von den elektrooptischen Einzelantennen zu den optischen Empfängern durch
optische Multiplexung über einen einzigen Lichtwellenleiter 52 zu übertragen. Die
Lichtwellenleiter 105...205, welche von den Modulatoren 102...202 weggehen, führen
die modulierten Lichtsignale bei elektrooptischen Einzelantennen. Diese Lichtsignale
werden in bekannterWeise in einem optischen Multiplexer 51 zu einem Lichtsignal
zusammengefügt und gemeinsam über einen einzigen Lichtwellenleiter 52 zu einem optischen
Demultiplexer
53 übertragen, welcher dieses Signal in bekannter Weise demultiplext und auf die
Lichtwellenleiter 106...206 verteilt, wobei die optischen Ausgangssignale der Lichtwellenleiter
106...206 durch die optischen Empfänger 127...227 in elektrische Signale umgewandelt
werden und diese elektrischen Ausgangssignale in bekannter Weise in einem Verstärker
50 mit zueinander geeigneter Phasenlage und geeignetem Amplitudenverhältnis überlagert
werden.
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Die optische Multiplexung erfolgt zum Beispiel in bekannter Weise
dadurch, daß jeder elektrooptischenEinzelantenne eine andere Trägerlichtwellenlänge
zugeordnet wird und der Multiplexer51 und der Demultiplexer 53 frequenzselektive
optische Weichen sind. Die Frequenzmultiplexübertragung über Lichtwellenleiter wird
zum Beispiel in der Druckschrift G. Winzer u. A. Reichelt: Wavelength- Division
Multiplex Transmission over Multimode Gptical Fibers: Comparison of Multiplexing
Principles ( Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte, Band 9 (1980) S. 217-226)
beschrieben.
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In vorteilhafter Weise werden den einzelnen elektrooptischen Antennen
entsprechend Fig. 17 Lichtsignale unterschiedlicher optischer Wellenlänge ebenfalls
durch Multiplexübertragung dieser Lichtsignale über einen gemeinsamen Lichtwellenleiter
56 zugeführt. Dazu werden Lichtquellen unterschiedlicher Wellenlänge 106... 206
über Lichtwellenleiter 107...207 einem optischen Multiplexer 55 zugeführt, welcher
diese Lichtsignale überlagert. Die so über lagerten Lichtsignale werden über einen
gemeinsamen Lichtwellenleiter 56 zu einem räumlich in der Nähe der elektrooptischen
Einzelantennen angeordneten optischen Demultiplexer 57 übertragen, welcher die Lichtsignale
unterschiedlicher Wellenlängen demultiplext, so daß die von den Lichtquellen 106...206
ausgesandten Trägerlichtsignale jeweils den Lichtwellenleitern 108...208 zugeführt
werden und von dort den Modulatoren 102...202 zugeführt werden. Die weitere Funktion
der Anordnung nach Fig. 17 entspricht der Anordnung nach Fig. 16.
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Fig. 18 zeigt eine weitere vorteilhafte Anordnung elektrooptischer
Einzelantennen zu einer Antennengruppe, wobei die Ausgangssignale der Modulatoren
der elektrooptischen Einzelantennen über einen Multiplexer 51 zusammengefügt werden,
dann über einen Lichtwellenleiter 52 übertragen und über einen optischen Demultiplexer
53 wieder demultiplextwerden. Nach unterschiedlicher Verzögerung
der
einzelnen optischen Kanäle über die Laufzeitglieder 108...208 sowie unterschiedlicher
Amplitudenbewertung über Dämpfungsglieder 109...209 werden die Kanäle über einen
Multiplexer 54 wieder vereinigt und über einen einzigen gemeinsamen optischen Empfänger
27 in ein elektrisches Signal 28 umgewandelt. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform
einer elektrooptischen Gruppenantenne genügt ein einziger optischer Empfänger.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsformder elektrooptischen
Gruppenantenne nach Fig. 19 wird anstelle des vor dem optischen Empfänger befindlichen
Multiplexers ein optischer Empfänger 127 mit großflächigem Photodetektor verwendet,
an dessen lichtempfindlicher Fläche sämtliche optischen Signale überlagert werden.
Da unterschiedliche optische Wellenlängen der einzelnen optischen Kanäle vorausgesetzt
wurden, erfolgt eine additive überlagerung der Lichtintensitäten, so daß bei Intensitätsmodulation
der Lichtsignale in den einzelnen elektrooptischen Modulatoren der elektrooptischen
Antennen eine lineare Superposition der einzelnen Signale auftritt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 13 wird
in Fig. 20 zwischen Lichtquelle 31 und Modulator 2 ein Überlagerungsmodulator 58
eingefügt. Der Überlagerungsmodulator 58 wird in bekannter Weise als elektrooptischer,
magnetooptischer oder akustooptischerModulator ausgeführt und wird von einem elektrischen
Signalgenerator 59 mit einem elektrischen Signal angesteuert. Im Uberlagerungsmodulator
58 wird das Lichtsignal mit möglichst großer Modulationstiefe moduliert. In der
nachfolgenden elektrooptischen Antenne wird das Lichtsignal zusätzlich in dem Modulatcr
2 mit dem von den Elementen 6 der Antennenstruktur abgegebenen elektrischen Signal
moduliert.
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Da zumindest das Modulationssignal des Modulators 58 eine hohe Modulationstiefe
aufweist, überlagern sich die Modulationen beider Modulatoren 58 und 2 multiplikativ,
so daß das optische Ausgangssignal 4 des optischen Modulators der elektrooptischen
Antenne mit dem Mischprodukt beider Modulationssignale moduliert ist. Wird das optische
Signal 4 dem optischen Empfänger 27 zugeführt, so enthält das elektrische Ausgangssignal
28 des optischen Empfängers die Kombinationsfrequenzen der elektrischen Modulationssignale
beider Modulatoren.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 20
wird das
Lichtsignal im Modulator 58 mit einem sinusförmigen Signal
moduliert, so daß am Ausgang des Modulators 58 der zeitliche Intensitätsverlauf
des optischen Signals durch Fig. 21 gegeben ist. Ist f0 die Frequenz der Intensitätsschwankungen
des optischen Ausgangssignals des Modulators 58 und wird das Lichtsignal im Modulator
2 mit einem von der Antenne detektierten Signal der Frequenz f1 moduliert, so enthält
das elektrische Ausgangssignal 28 des optischen Empfängers die Frequenz = [f0 #
f1].
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Auf diese Weise kann durch die Anordnung bereits eine Frequenzumsetzung
vorgenommen werden und insbesondere bereits eine gewünschte Zwischenfrequenz am
Ausgang des optischen Empfängers ausgekoppelt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 20
ist der Generator 59 als Pulsgenerator ausgebildet, so daß eine Intensitätsmodulation
des Lichtstrahls mit einem zeitlichen Verlauf entsprechend Fig. 22 herbeigeführt
wird. Dabei ist s1(t) die Hüllkurve des im Modulator 58 pulsförmig modulierten Lichtsignals
3, und s2(t) ist das elektrische Ausgangssignal der Antennenstruktur 6. Die Hüllkurve
des optischen Ausgangsignals 4 des Modulators 2 ist durch s3(t) gegeben. Die Grundwelle
des elektrischen Ausgangssignals 28 ist s4(t). Auf diese Weise wird eine Frequenzumsetzung
des von der Antenne empfangenen Hochfrequenzsignals nach dem bekannten Sampling-Verfahrenunter
Aufrechterhaltung der Kurvenform des von der Antenne empfangenen Signals herbeigeführt.
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In Fig. 23 wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der Anordnung
nach Fig. 20 anstelle einer kohärenten Lichtquelle mit zusätzlichem Uberlagerungsmodulator
58 eine vom Generator 59 direkt modulierte Lichtquelle verwendet. Hierbei kommen
als inkohärente Lichtquellen vorzugsweise Luminizenzdioden und als kohärente LIchtquellen
vorzugsweise Halbleiterinjektionslaser in Frage.
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Fig. 24 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der elektrooptischen
Antenne mit einer einzigen Lichtwellenleiterverbindung zwischen der elektrooptischen
Antenne einerseits und dem in einer Einheit zusammengefaßten
optischen
Empfänger und der Lichtquelle andererseits. Der optische Modulator 200 ist als elektrooptischer
Streifenleitungsmodulator nach dem Prinzip des verteilten Interferometers, welches
in dem oben erwähnten Buch von G.K. Grau in Bild 4.8 auf Seite 656 beschrieben wird,
ausgeführt. Der Modulator funktioniert als Richtkoppler, dessen Koppelkonstante
durch das Modulationssignal beeinflußt wird. Der Anteil des in 90 reflektierten
Lichtes wird durch das Modulationssignal beeinflußt. Das reflektierte Licht wird
über den Richtkoppler 91 ausgekoppelt und dem optischen Empfänger 27 zugeführt und
dort in ein elektrisches Signal 28 umgewandelt.
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Die Länge 1 des Faserringes 92 ist größer als die Kohärenzlänge des
Lichtes. Fig. 25 zeigt eine weitere vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. Von einer Lichtquelle 61 aus wird über eine Lichtleitfaser
70 und einen optoelektrischen Energiewandler 62 ein aktives Netzwerk 63 mit elektrischer
Energie versorgt. Von den Elementen 6 einer Antennenstruktur wird dem aktiven Netzwerk
63 ein empfangenes Hochfrequenzsignal zugeführt. Das elektrische Ausgangssignal
des aktiven Netzwerkes 62 wird einer direkt modulierbaren Lichtquelle 64 zugeführt.
Als direkt modulierbare Lichtquelle 64 wird erfindungsgemäß eine Lumineszenzdiode
oder ein Halbleiterinjektionslaser vorgeschlagen. Das Ausgangssignal der direkt
modulierbaren Lichtquelle 64 wird über einen Lichtwellenleiter 71 dem optischen
Empfänger 27 zugeführt. Die Elemente 62, 63, 64 und 6 sind räumlich konzentriert
angeordnet. Fig. 26 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Anordnung nach Fig.
25, wobei die beiden Lichtwellenleiter 70 und 71 von Fig. 25 durch einen einzigen
Lichtwellenleiter 72 ersetzt sind. Das Ausgangssignal der Lichtquelle 61 wird über
einen Lichtwellenleiter 73 einer optischen Frequenzweiche 67 und von dort dem Lichtwellenleiter
72 zugeführt. Ober die optische Frequenzweiche 68 wird das Licht dem Lichtwellen-
leiter
75 und von dort dem optoelektrischen Energiewandler 62 zugeführt. Das elektrische
Ausgangssignal des optoelektrischen Energiewandlers 62 versorgt das aktive Netzwerk
63 mit Energie.
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Dem aktiven Netzwerk 63 wird das von den Elementen 6 der Antennenstruktur
empfangene Hochfrequenzsignal zugeführt. Mit dem Ausgangssignal des aktiven Netzwerkes
63 wird die direkt modulierbare Lichtquelle 64 angesteuert. Das optische Ausgangssignal
der Lichtquelle 64 wird über den Lichtwellenleiter 76 der optischen Frequenzweiche
68 zugeführt und von dort über den Lichtwellenleiter 72 zurück an die optische Frequenzweiche
67 und von dort über den Lichtwellenleiter 74 an den Photodetektor 27 weitergeleitet.
Die optischen Frequenzweichen 6.7 und 68 sind so ausgebildet, daß für die Wellenlänge
der Lichtquelle 61 die Lichtwellenleiter 72 und 73 sowie 72 und 75 miteinander verkoppelt
sind, während für die Lichtwellenlänge der Lichtquelle 64 die Lichtwellenleiter
72 und 76 sowie 72 und 74 miteinander verkoppelt sind. Die Elemente 62, 63, 64,
6, 75 und 76 sind räumlich konzentriert angeordnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung einer Anordnung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein aktives Netzwerk zwischen Antennenstruktur
und Modulator zwischengeschaltet, wobei das von der Antennenstruktur empfangene
Signal im aktiven Netzwerk verstärkt wird. Dadurch wird der Signal-/Rauschabstand
der elektrooptischen Antenne verbessert. Das aktive Netzwerk wird über einen optischen
Wellenleiter und einen optoelektrischen Wandler mit Energie versorgt. Fig. 27 zeigt
ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung. Von einer Lichtquelle 86
wird über einen Lichtwellenleiter 94 der optoelektrische Energiewandler 62 mit Energie
versorgt. Der optoelektrische Energiewandler 62 wandelt diese Energie in bekannter
Weise in elektrische Energie um und versorgt damit das aktive Netzwerk 63, welches
das von den Elementen 6 der Antennenstruktur zugeführte elektrische Hochfrequenzsignal
verstärkt und das verstärkte Signal
dem Modulator 2 zuführt. Dem
Modulator 2 wird über den Lichtwellenleiter 95 das optische Signal einer Lichtquelle
85 zugeführt. Das Ausgangssignal des Modulators 2 wird über einen Lichtwellenleiter
96 dem Photodetektor 27 zugeführt und dort in das elektrische Ausgangssignal 28
umgewandelt. Die Elemente 2,6, 62 und 63 sind räumlich konzentriert angeordnet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Lichtsignal
der Lichtquelle 85 über einen elektrischen Modulationseingang 87 steuerbar, so daß
diese Schaltung die bereits in Fig. 23 beschriebene Funktion ebenfalls ausüben kann.
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Fig. 28 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Anordnung nach Fig. 27, wobei ein Lichtwellenleiter sowohl zur Zuführung des zu
modulierenden Lichtsignals als auch zur Energieversorgung des aktiven Netzwerkes
verwendet wird. Das optische Ausgangssignal der Lichtquelle 85 wird über den Lichtwellenleiter
97 der optischen Verzweigung 69 zugeführt. In der au optischen Verzweigung 69 wird
das Lichtsignal die Lichtwellenleiter 98 und 99 aufgeteilt. Über den Lichtwellenleiter
98 wird dem optoelektrischen Energiewandler 62 Lichtenergie zugeführt und dort in
elektrische Energie umgewandelt und damit das aktive Net2-werk 63 mit elektrischer
Energie versorgt. Über den Lichtwellenleiter 99 wird dem Modulator 2 ein Lichtsignal
zugeführt. Im aktiven Netzwerk wird das von den Elementen 6 der Antennenstruktur
abgegebene Hochfrequenzsignal verstärkt. Mit dem verstärkten Hochfrequenzsignal
wird im Modulator 2 das Licht moduliert. Das modulierte optische Ausgangssignal
des Modulators 2 wird über den Lichtwellenleiter 96 dem Photodetektor 27 zugeführt.
Vom Photodetektor 27 wird das optische Ausgangssignal 28 abgegeben. Die Elemente
2, 6, 62, 63, 69, 98 und 99 sind räumlich konzentriert angeordnet.