Волоконно-оптическое устройство формирования копий высокочастотного сигнала

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации для имитации портретов сложных радиолокационных целей. Устройство обеспечивает формирование большого числа копий входного ВЧ сигнала. Для этого в волоконно-оптическое устройство формирования копий ВЧ сигнала, содержащее две волоконно-оптические линии передачи (ВОЛ), связанные друг с другом через элементы связи, расположенные с интервалами вдоль ВОЛ, источник оптического сигнала, выход которого соединен с входами ВОЛ, и первый фотодетектор, выход которого является выходом устройства, между выходами ВОЛ и модуляционным входом источника оптического сигнала введены элементы связи, активированный волоконный световод и устройства управления. Реализация устройства обеспечивает непрерывность процесса формирования копий, увеличивает его продолжительность и, следовательно, число формируемых копий. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации для обработки отраженного высокочастотного сигнала при обнаружении и распознавании радиолокационных целей, для имитации радиолокационных портретов сложных целей, при калибровке радиолокационных систем и проведении тренировочных работ.

Известно устройство формирования копий высокочастотного сигнала, в котором последовательность копий входного сигнала формируется при многократном прохождении одного и того же светового потока, промодулированного входным сигналом, через рециркуляционную волоконно-оптическую линию, представляющую собой замкнутую петлю [1] Недостатком этого устройства является малое число копий сигнала, что обусловлено быстрым затуханием амплитуды последовательно размноженных копий. Кроме того, полученные копии имеют различную мощность, что приводит к искажению результатов дальнейшей обработки радиолокационных сигналов.

Устройство, основанное на использовании оптоволоконных линий задержки с отводами (трансверсальных фильтров) [2] позволяет в принципе формировать большое число копий сигнала, но оно слишком сложно технологически и громоздко.

Наибольшее число копий при простой реализации можно получить с помощью устройства [3] которое, как наиболее близкое по совокупности признаков к заявляемому, выбрано в качестве прототипа.

Устройство содержит первую и вторую волоконно-оптические линии передачи, связанные друг с другом через n элементов связи, расположенных с интервалами вдоль линий. Вход первой ВОЛ волоконно-оптической линии соединен непосредственно с выходом источника оптического сигнала и через первый элемент связи со входом второй волоконно-оптической линии. Выходы первой и второй волоконно-оптический линий через оптический сумматор соединены с входом фотодетектора. Длины участков первой волоконно-оптической линии между соседними элементами связи равны между собой и выбраны из условия обеспечения минимальной задержки оптического сигнала. Длины участков второй волоконно-оптической линии возрастают от участка к участку по бинарному закону в направлении от входа к выходу линии.

Входной сигнал, подлежащий обработке, поступает на модуляционный вход источника оптического сигнала. Световой поток, промодулированный входным высокочастотным сигналом, проходит на вход фотодетектора по различным путям, имеющим разную длину, и на выходе фотодетектора последовательно формируются копии входного сигнала. Число копий определяется числом путей распространения светового потока между входами и выходами первой и второй волоконно-оптических линий, т.е. числом элементов связи между линиями.

Однако из-за ослабления мощности светового потока в элементах связи (по закону показательной функции в зависимости от числа элементов связи) и затухания световых копий волоконно-оптической линии (пропорционально длине линии) число формируемых копий, пригодных для дальнейшей обработки, ограничено. Так для рассмотренного в прототипе примера с шестью элементами связи световые потоки, соответствующие последней 64-й копии сигнала, ослабляются более, чем на 20 дБ относительно входного сигнала.

Задача изобретения создание такого волоконно-оптического устройства формирования копий высокочастотного сигнала, которое бы позволило за счет увеличения числа формируемых копий имитировать портреты сложных радиолокационных целей.

Задача решается тем, что в волоконно-оптическое устройство формирования копий высокочастотного сигнала, содержащее первую и вторую волоконно-оптические линии, связанные друг с другом через n (n=1,2.) оптических элементов связи, расположенных с интервалами вдоль волоконно-оптической линии, источник оптического сигнала, выход которого оптически соединен непосредственно с входом первой волоконно-оптической линии и через первый элемент связи с входом второй волоконно-оптической линии, первый оптический сумматор, с первым и вторым входами которого соединены выходы первой и второй волоконно-оптических линий, и первый фотодетектор, выход которого является выходом устройства, причем длины участков первой волоконно-оптической линии между соседними оптическими элементами связи равны между собой и минимальны, а длины участков второй волоконно-оптической линии между соседними оптическими элементами связи увеличиваются в направлении от входа волоконно-оптической линии по бинарному закону, введены оптически последовательно соединенные второй оптический сумматор, отрезок активированного волоконного световода, первый оптический разветвитель, первый дополнительный отрезок волоконно-оптической линии, второй оптический разветвитель, второй дополнительный отрезок волоконно-оптической линии и второй фотодетектор, а также источник энергии оптической накачки, выход которого оптически соединен с первым входом второго оптического сумматора, последовательно соединенные третий фотодетектор, амплитудный детектор, выключатель высокочастотного сигнала, сумматор мощности, выход которого подключен к модуляционному входу источника оптического сигнала, а второй вход является входом устройства, при этом выход первого оптического сумматора соединен со вторым входом второго оптического сумматора, вторые выходы первого и второго оптических разветвителей соединены соответственно с входами первого и третьего фотодетекторов, выход второго фотодетектора соединен со вторым входом выключателя высокочастотного сигнала, а длины первого и второго дополнительных отрезков волоконно-оптической линии равны длине участка второй волоконно-оптической линии между первым и вторым оптическими элементами связи.

Введение отрезка активированного волоконного световода, соединенного через элементы связи и управления с входом устройства, обеспечивает непрерывность процесса формирования копий, увеличивает его продолжительность и, следовательно, число формируемых копий.

Предлагаемое устройство представлено на чертеже.

Волоконно-оптическое устройство формирования копий ВЧ сигнала содержит первую и вторую волоконно-оптические линии 1 и 2, связанные друг с другом через оптические элементы связи 3₁ 3_n, расположенные с интервалами вдоль линий. Выход источника 4 оптического сигнала оптически соединен с входом волоконно-оптической линии 1 и через первый элемент связи 3₁ с входом волоконно-оптической линии 2. Выходы волоконно-оптической линии 1 и волоконно-оптической линии 2 через первый оптический сумматор 5 подключены к первому входу второго оптического сумматора 6, выход которого через последовательно соединенные отрезок 7 активированного световода, первый оптический разветвитель 8, первый дополнительный отрезок 9 волоконно-оптической линии, второй оптический разветвитель 10, второй дополнительный отрезок 11 волоконно-оптической линии, второй фотодетектор 12, выключатель ВЧ сигнала 13, сумматор 14 мощности соединен с модуляционным входом источника 4. Ко второму входу второго оптического сумматора 6 подключен источник 15 энергии оптической накачки. Второй выход разветвителя 8 соединен с входом первого фотодетектора 16, выход которого является выходом устройства. Второй выход разветвителя 10 через последовательно соединенные третий фотодетектор 18 соединен со вторым входом выключателя 13. Второй вход сумматора 14 мощности является входом устройства.

Устройство работает следующим образом.

Входной высокочастотный электрический сигнал, подлежащий обработке (размножению), пройдя через сумматор 14 (по его первому входу), модулирует световой поток источника 4 оптического излучения по плотности. Модулированный световой поток, поступающий с выхода источника 4, пройдя через первый элемент 3₁ связи, распространяется ко второму элементу 3₂ связи по двум различным путям, к третьему элементу 3₃ связи по четырем различным путям и т.д. до выхода первого оптического сумматора 5. N различных путей распространения света между выходами источника 4 и сумматора 5 обуславливают формирование ряда N копий светового сигнала. Минимальная задержка в этой оптоволоконной структуре (задержка первой копии) составляет nΔt_o максимальная (задержка N-й копии) (N-1) Δt где Δt требуемая задержка между копиями сигнала, Δt_o задержка светового потока за счет прямого пути между соседними элементами 3 связи. Промежуточные копии задержаны относительно друг друга с шагом Δt Сформированная последовательность световых сигналов и энергия оптической накачки от источника 15 через второй сумматор 6 поступает в отрезок 7 активированного световода. Воздействие энергии накачки на активированный световод 7 приводит к усилению сигнального светового потока до уровня, достаточного для работы фотодетекторов 12 и 17.

Часть энергии световых сигналов, ответвленная в первом разветвителе 8, поступает на вход первого фотодетектора 16, который преобразует последовательность световых сигналов в последовательность электрических высокочастотных сигналов, адекватных входному высокочастотному сигналу и являющихся выходными сигналами устройства.

Другая часть энергии световых сигналов, ответвленная в первом разветвителе 8, поступает через первый дополнительный отрезок 9 волоконно-оптической линии на вход второго оптического разветвителя 10 с задержкой на время Δt. Часть энергии световых сигналов, ответвленная во втором разветвителе 10 по первому выходу, поступает через второй дополнительный отрезок 11 волоконно-оптической линии на вход второго фотодетектора 12 с задержкой на время Δt Второй фотодетектор 12 преобразует последовательность световых сигналов в последовательность электрических высокочастотных сигналов, адекватных входному высокочастотному сигналу, но сдвинутых по времени относительно выходной последовательности (на выходе первого фотодетектора 16) высокочастотных сигналов на интервал 2Δt. Часть энергии световых потоков, ответвленная во втором оптическом разветвителе 10 по второму выходу, посредством третьего фотодетектора 17 преобразуется в последовательность электрических ВЧ сигналов, адекватных входному высокочастотному сигналу, но сдвинутых по времени относительно выходной последовательности высокочастотных сигналов на интервал Δt Амплитудный детектор 18 выделяет амплитудную огибающую последовательности электрических высокочастотных сигналов, поступающих с выхода фотодетектора 17. Напряжение амплитудной огибающей поступает на второй (управляющий) вход выключателя 13, на первый вход которого поступают сигналы с выхода фотодетектора 12. Поскольку запрещение прохождения высокочастотных сигналов на выход выключателя 13 осуществляется при наличии на его втором входе напряжения, то временной сдвиг Δt между сигналом на первом входе выключателя 13 и управляющим напряжением на его втором входе обуславливает прохождение на вход сумматора 14 последней копии входного высокочастотного сигнала из каждой серии, состоящей из N копий, сформированной в структуре 1,2,3 и 5. Пропущенная таким образом через выключатель копия входного высокочастотного сигнала после прохождения через сумматор 14 модулирует световой поток источника 4 аналогично входному высокочастотному сигналу, и процесс формирования копий повторяется в вышеописанной последовательности.

Таким образом, реализуемый в предлагаемом устройстве процесс формирования входного высокочастотного сигнала позволяет увеличить относительно прототипа количество формируемых копий в m раз, где m число реализуемых рециркуляций.

Источники информации 1. Григорьянц В.В. Дворников А.А. Ильин Б.Б. и др. Радиоэлектронные устройства с применением волоконных световодов. -Радиотехника, 1987, N 2, с. 60-62.

2. Тейлор Х. Волноводная оптика в процессорах и измерительных системах. -ТИИЭР, 75, 1987, N 11, с. 99-102.

3. Заявка Великобритании N 2205211, кл. G 01 S 7/30, 1988.

Формула изобретения

Волоконно-оптическое устройство формирования копий высокочастотного сигнала, содержащее первую и вторую волоконно-оптические линии, связанные друг с другом через n (n 1,2,) оптических элементов связи, источник оптического сигнала, выход которого оптически соединен с входом первой волоконно-оптической линии непосредственно и через первый оптический элемент связи с входом второй волоконно-оптической линии, оптический сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами первой и второй волоконно-оптических линий, и первый фотодетектор, выход которого является выходом устройства, причем длины участков первой волоконно-оптической линии равны между собой, а длины участков второй волоконно-оптической линии между соседними оптическими элементами связи увеличиваются в направлении от входа волоконно-оптической линии по бинарному закону, отличающееся тем, что введены оптически, последовательно соединенные второй оптический сумматор, отрезок активированного волоконного световода, первый оптический разветвитель, первый дополнительный отрезок волоконно-оптической линии, второй оптический разветвитель, второй дополнительный отрезок волоконно-оптической линии и второй фотодетектор, а также источник энергии оптической накачки, выход которого оптически соединен с первым входом второго оптического сумматора, последовательно соединенные третий фотодетектор, амплитудный детектор, выключатель высокочастотного сигнала и сумматор мощности, выход которого подключен к модуляционному входу источника оптического сигнала, а второй вход является входом устройства, при этом выход первого оптического сумматора соединен с вторым входом второго оптического сумматора, вторые выходы первого и второго оптических разветвителей соединены соответственно с входами первого и третьего фотодетекторов, выход второго фотодетектора соединен с вторым входом выключателя высокочастотных сигналов, а длины первого и второго дополнительных отрезков волоконно-оптических линий равны длине участка второй волоконно-оптической линии между первым и вторым оптическими элементами связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1