SU1129545A1 - Анализатор спектра - Google Patents

Abstract

1. АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий оптически св занные источник когерентного света, коллиматор, фокусир5Пощую линзу, первый и второй акустооптические модул торы, пьезопреобразователи которых соединены с выходом первого генератора линейно частотно-модулированного сигнала первую сферическую линзу, третий акустооптический модул тор, пьезопреобразователь которого соединен с выходом второго генератора линёйно-частотно-модулированного сигнала, четвертый акустооптический модул тор , пьезопреобразователь которого . соединен с выходом коммутатора, вторую сферическую линзу, за которой расположен фотоприемник, причем третий и четвертый акустооптический модул торы расположены в задней фокальной плоскости -первой сферической ,линзы и в передней фокальной плоскости второй сферичеркой линзы . н развернуты вокруг оптической оси на 90°по отношению к первому и вто рому акустооптическим модул торам а также синхронизатор, вход которого соединен с входом коммутатора, первьй выход синхронизатора подсоединен ,к входам первого и второго генераторов линейно-частотно-модулированных сигналов, а второй - с запускающим входом фртоприемника- и управл ющим входом коммутатора, о т л и ч а ющ и и с   тем, что, с цепью повышени  точности, злементы анализатора размещены в одном оптическом канале причем первый и второй акустооптические модул торы объединены в пару, при этом их пьезопреобразователи расположены на противоположных гран х акустооптических модул торов, а центры третьего и четвертого акустооптических модул торов расположены на оси,перпендикул рной к плоскости пьезопреобразователей , первого и второго акустооптических модул торов в проти воположные от оптической оси сторо : : ны, рассто ние между которыми удовсо сд летвор ет соотношению S - f - « см V СП где fjjp - средн   частота в полосе частот первого линейно- частотно-модулированного сигнала; Fj - фокусное рассто ние первой сферической линзы; Я - длина волны света; V - скорость ультразвуковых волн в первом и втором акустооптических модул торах .

Description

причем пьезопреобразователи третьего и четвертого акустооптических модул торов расположены на их одноимённых гран х,

2, Анализатор по п. 1, отличающийс  тем, что синхронизатор содержит элемент дифференцировани , вход которого  вл етс  вхо129545

дом синхронизатора., а выход соединен с входом первого ждущего мультивибратора , выход которого  вл етс  первым выходом синхронизатора, и через второй ждущий мультивибратор- с входом третьего ждущего мультивибратора , вькод которого  вл етс  вторым выходом синхронизатора.

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  определени  спектров сигналов в радиосистемах в реальном масштабе времени.

Известен двумерный акустооптический анализатор спектра с пространственным интегрированием, содержащий источник когерентного света, коллиматор , фокусирующую линзу, акустооптический модул тор, линзу пр мого преобразовани  Фурье, дефлектор, линзу обратного преобразовани  Фурье, пространственно-временной модул тор света типа PROM, источник считывающего светового пучка сферическую линзу, фотоприемник 1.

Недостатками известного устройства  вл ютс  большие трудности при построении системы адресации светово го пучка и отсутствие достаточно качественного и доступного двумерного пространственно-временного модул тора света.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  анализатор спектра, содержащий источник когерентного света, светоделитель, зеркала и линзы дл  образовани  двух коллимированных световых пучков., соответствующих двум оптическим каналам. Один оптический канал включает первую фокусирующую линзу, первьш акустооптический модул тор, пьезопреобразователь которого соединен с выходом первого генератора ЛЧМ сигналаj первую сферическую линзу второй акустооптический модул тор, пьезопреобразователь которого соединен с выходом второго генератора линейно-частотно-модулированного сигнала, вторую сферическую линзу, а другой - вторую фокусирующую линзу, третий акустооптический модул тор, пьезопреобразозатель которого соединен с выходом входного коммутатора, третью сферическую линзу , четвертый акустооптический модул тор , пьезопреобразователь которого соединен с выходом первого генератора линейно-частотно-модулированного сигнала, четвертую и п тую сферические линзы, расположенные последовательно , а также синхронизатор , причем световые пучки первого и второго каналов сход тс  на фотоприемнике 2}.

Недостатком данного спектроанализатора  вл етс  то, что его схема построена по принципу регистрации голограмм с внеосевым опорным пучком и вследствие этого недостаточна  точность из-за увеличенного отношени  сигнал/щум.

Цель изобретени  - повьщтение точности .

Цель изобретени  достигаетс  тем, что в анализаторе спектра, содержащем оптически св занные источник когерентного света/, коллиматор, фокусирующую линзу, йервый и второй акустооптические модул торы, пьезопреобразователи которых соединены с выходом первого генератора линейночастотно-модулированного сигнала, первую сферическую линзу, третий акустооптический модул тор, пьезопреобразователь которого соединен с выходом второго генератора линейно-частотно-модулированного сигналй., четвертый акустооптический модул тор пьезопреобразователь которого соединен с выходом коммутатора, вторую сферическую линзу, за которой расположен фотоприемник, причем третий и четвертый акустооптический модул торы расположены в задней фокальной плоскости первой сферической линзы и в передней фокальной плоскости второй сферической линзы и развернуты вокруг оптической оси на

отношению к первому и второму акустооптическим модул торам, а также синхронизатор , вход которого соединен с входом коммутатора, первый выход синхронизатора подсоединен к входам первого и второго генераторов линейно-частотно-модулированных сигналов, а второй - с запускающим входом фотоприемника и управл ющим входом коммутатора , элементы анализатора размещены в одном оптическом канале, причем первьй и второй акустооптические модул торы объединены в пару, при этом их пьезОпреобразователи расположены на противоположных гран х акустооптических модул торов, а центры третьего и четвертого акустооптических модул торов расположены на оси, перпендикул рной к плоскости пьезопреобразователей первого и второго акустооптических модул торов в противоположные от оптической оси стЬроны, рассто ние между которьми удовлетвор ет, соотношению

F i

У.. f. -cp 2 V

где f

- средн   частота в полосе

cp частот первого линейночастотно-модулированного сигнала; F, - фокусное рассто ние первой

л

сферической линзы;

длина волны света;

V скорость ультразвуковых волн в первом и втором акустооптических модул торах ,

причем пьезопреобразователи третьего и четвертого акустооптических модул торов расположены на их одноименных гран х.

Кроме того, синхронизатор содержит элемент дифференцировани , вход которого  вл етс  входом синхронизатора , а выход соединен с входом первого ждущего мультивибратора, выход которого  вл етс  первым выходом синхронизатора , и через второй ждущий мультивибратор - с входом третьего ждущего мультивибратора, выход которого  вл етс  вторым выходом синхронизатора .

На фиг. J представлена схема анализатора спектра; на фиг. 2 - блоксхема синхронизатора; на фиг. 3 временные диаграммы, по сн ющие временной режим работы анализатора.

Анализатор спектра содержит (фиг. 1) оптически св занные источники когерентного света 1, коллиматор 2, фокусирующую линзу 3 с фокусным рассто нием F , первый и второй акустические модул торы 4 и 5, объединенные в пару так, что их пьезопреобразователи 6 и 7 соответственно расположены на противоположных гран х и соединены с выходом первого генератора 8 линейно-частотномодулированного сигнала, первую сферическую линзу 9 с фокусным рассто нием Fj , третий и четвертый кустооптические модул торы 10 и 11, причем центры последних смещены вдол оси у в противоположные от оптической оси стороны на рассто ние

у „, F - , которое соответствует

положению плюс первого и минус первого дифракционных пор дков от акустооптических модул торов 4 и 5. Кроме того, третий и четвертый модул то .ры 10 и 11 развернуты вокруг оптической оси устройства на отношению к модул торам 4 и ,5, а их пьезопреобразователи 12 и 13 соответственно размещены на одноименных гран х акустооптических модул торов. Пьезопреобразователь 12 третьего модул тора 10 соединен с выходом второго генератора 14 линейно-частотно-модули- рованного сигнала, а пьезопреобразователь 13 чертвертого модул тора 11 соединен с выходом коммутатора 15. После модул торов 10 и 11 на оптической оси устройства последовательно расположены втора  сферическа  линза 16 с фокусным рассто нием F, и фотоприемник 17. Выход фотоприемника служит выходом спектроанализатора Кроме того, анализатор спектра имеет синхронизатор 18j вход которого соединен с сигнальным входом коммутатора 15, первый-выход - с запускающими входами первого и второго генераторов 8 и 14.линейно-частотно-модулированных сигналов, второй выход - с запускающим входом фотоприемника 17 и управл ющим входом коммутатора 15. Синхронизатор 18 (фиг. 2) содержит элемент дифференцировани  19, вход которого  вл етс  входом синхронизатора 18, а выход соединен с входами 511 первого и второго ждущих мультивибр торов 20 и 21. Выход первого ждущег мультивибратора 20  вл етс  первым выходом синхронизатора, а выход вто рого ждущего мультивибратора 21 соединен с входом третьего ждущего мультивибратора 22, выход которого  вл етс  вторым выходом синхронизат ра. Устройство работает следующим образом. Пусть в момент времени на вход анализатора спектра поступает анализируемый сигнал 23 (фиг. 3) u(t)a(t)cos tUot4-4(t) , где 0) fjj; fo, a(t), 4(t) - несуща  частота, законы амплитудной и фазовой моду л ции сигнала 23 соответственно . При этом сигнал 23 поступает на вхо коммутатора 15, который не пропуска ет сигнал 23 на пьезопреобразова тель 13. Одновременно сигнал 23 поступает на вход синхронизатора 18 в котором элемент дифференцировани  19 формирует сигнал 24, соответ ствующий переднему фронту анализиру мого сигнала 23. Сигнал 24 запускае ждущие мультивибраторы 20 и 21. Мультивибратор 20 формирует сигнал длительностью T4-4L/V, где Т - длительность анализируемой выборки сигнала, 2L - размер апертуры модул тора. Сигнал 25 поступает с первого выхода синхронизатора 18 на запускающие входы первого и второго генераторов 8,14 линейно-частотно-модулированных сигналов. Генераторы 8 и 14 работают в ждущем режиме и, пока на их запускающие входы поступает сигнал 25, генерируют сигналы. При этом с выхода йервого генератора 8 на пье зопреобразователь 6 модул тора 4 и на пьезопреобразов тель 7 модул тора 5 постзгаает сигнал со скоростью изменени  частоты -у, а с выкода второго генератора 14 на пьезопреобразователь 12 модул тора 10 поступает периодический ли ёйно-частотно-модулированный сигнал с периодом 2L/V и скоростью изменени  частоты у2« Пьезопреобразователи 6, 7 и 12 преобразуют электрические сигналы в акустические волны, распро стран ющиес  в модул торах 4,5 и 10 соответственно. Мультивибратор 21 формирует импульс 26 длительностью 2L/V, по заднему фронту которого запускаетс  мультивибратор 22. К моменту времени 2L/V апертуры модул торов 4,5 и 10 полностью заполнены акустическими волнами и готовы к выполнению алгоритма преобразовани  Фурье.. Мультивибратор 22 формирует сигнал 27 длительностью Т, которьй со второго выхода синхронизатора 18 поступает на управл ющий вход коммутатора 15 и на запускающий вход фотоприемника 17. При этом в течение времени Т коммутатор 15 пропускает сигнал 23 на пьезопреобразователь 13, который преобразует его в акустическую волну, распростран ющуюс  в модул торе 11, а фотоприемник 17 осуществл ет накопление до момента времени T+4L/V,. Световой пучок от источника 1 расшир етс  коллиматором 2 и фокусируетс  линзой 3 на апертуру модул торов 4 и 5. Свет дифрагирует на акустических волнах в модул торах 4 и 5. Линза 9 осуществл ет пространственное преобразование Фурье над световым распределением в выходной плоскости модул торов 5 и фокусирует его на апертуры модул торов 10 и 11, которые помещены в област х расположени  первых дифракционных пор дков от модул торов 4 и 5. Далее свет дифрагирует на акустических волнах в модул торах 10 и 11. Линза 16 осзпцествл ет пространственное преобразование Фурье над световым распределением в выходной плоскости модул торов 10 и 11 и фокусирует первый дифракционный пор док от модул торов 10 и 11 на апертуру фотоприемника 17. Фотоприемник 17 осуществл ет накопление зар да в соответствии с распределением интенсивности света., падающего на его апертуру. С момента времени T+2L/V окончани  действи  сигнала 27 на управл ющий вход коммутатора 13 последний не пропускает еигнал 23 на пьезопреобразователь 13. В момент времени T+4L/V сигнал 25 перестает воздействовать на генераторы 8 и 14 и линейно-частотно-мод лированные сигналы более не генерируютс . С момента времени T+4L/V до момента (Т+4Ь/У)+Тсц, где I f-n - врем  считьгоани  зар да фотоприемника, с фотоприемника 17 выводитс  сигнал 28 UebijiCt), содержащий радиочастотную составл ющую. 11 промодулированную по амплитуде аютлитудным , а по фазе - фазовым спект рами сигнала 23 U(t). Изобретение позвол ет увеличить отношение сигнал/помеха в выходном сигнале акустооптического анализато ра спектра с пространственным и вре менным интегрированием и упрощает оптическую часть его схемы. Вибрации оптических элементов схемы привод т к по влению множител : где П - произведение по индексу к В - ухудшение видности (глубины модул ции) полезной сое тавл ющей в распределении зар да, определ емое вибра цией к-го элемента оптичес кой схемы; ,2,3,. Амплитуда полезной составл ющей зар да в схеме прототипа по сравнению с предлагаемой схемой из-за нал чи  зеркал в первой из них значительно меньше. Дл  практической реа лизации схемы с двум  оптическими пут ми необходимо 4-6 зеркал. Возьмем минимальное число 4, Дл  к-Го зеркала В имеет вид: (а2ЯЬ/Л)/, где Io(z) - функци  Бессел  нулевого пор дка; 8 а - посто нный коэффициент ( ); b - амплитуда колебаний. Производ т вычислени  дл  , , , получим: П«0,063. Таким образом полезна  составл юща  накопленного на фотоприемнике зар да дл  схемы прототипа в 16 раз меньше, чем дл  схемы анализатора спектра по изобретению. При этом не учитывалось вли ние вибрации линз, которых у схемы прототипа в 2 раза больше, а также уменьшение амплитуды полезной составл ющей зар да за счет возможного наличи  разности хода световых пучков в двух оптических каналах. Так как помехова  составл юща  зар да в обеих схемах одинакова , то, следовательно, отношение сигнал/помеха в выходном сигнале предлагаемого анализатора спектра более чем,в 16 раз выше, чем в схеме анализатора-прототипа. Предлагаемый анализатор спектра, сочета  широкую полосу анализа и высокое разрешение по частоте,  вл етс  наиболее перспективньм в классе акустооптических анализаторов спектра и позвол ет эффективно решать задачу широкополосного спектрального анализа сигналов в реальном времв ни с высоким разрешением.

Claims (2)

1. АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий оптически связанные источник когерентного 'света, коллиматор, фокусирующую линзу, первый и второй акустооптические модуляторы, пьезопреобразователи которых соединены с выходом первого генератора линейно-частотно-модулированного сигнала, первую сферическую линзу, третий акустооптический модулятор, пьезопреобразователь которого соединен с выходом второго генератора лине'йно-частотно-модулированного сигнала, четвертый акустооптический модулятор, пьезопреобразователь которого соединен с выходом коммутатора, вторую сферическую линзу, за которой расположен фотоприемник, причем третий и четвертый акустооптический модуляторы расположены в задней фокальной плоскости -первой сферической .линзы и в передней фокальной плоскости второй сферической линзы . и развернуты вокруг оптической оси 'на 90°по отношению к первому и второму акустооптическим модуляторам* а также синхронизатор, вход которого соединен с входом коммутатора, первый выход синхронизатора подсоединен к входам первого и второго генераторов линейно-частотно-модулированных сигналов, а второй - с запускающим входом фотоприемника- и управляющим входом коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, элементы анализатора размещены в одном оптическом канале, причем первый и второй акустооптические модуляторы объединены в пару, при этом их пьеэопреобразователи расположены на противоположных гранях акустооптических модуляторов, а центры третьего и четвертого акустооптических модуляторов расположены на оси,перпендикулярной к плоскости пье-> зопреобразователей, первого и второго ’ акустооптических модуляторов в противоположные от оптической оси сторо**: ны, расстояние между которыми удовлетворяет соотношению •’СМ ^хср ^τ2 V где f_cp - средняя частота в полосе частот первого линейночастотно-модулированного сигнала;

F₂ - фокусное расстояние первой сферической линзы; Λ - длина волны света;

V - скорость ультразвуковых волн в первом и втором акустооптических модуляторах, причем пьезопреобразователи третье— го и четвертого акустооптических модуляторов расположены на их одноимённых гранях.

2. Анализатор по π. 1, отличающийся тем, что синхронизатор содержит элемент дифференцирования, вход которого является вхо дом синхронизатора., а выход соединен с входом первого ждущего мультивибратора, выход которого является первым выходом синхронизатора·, и через второй ждущий мультивибраторс входом третьего ждущего мультивибратора, выход которого является вторым выходом синхронизатора.