книги / Обработка радиосигналов акустоэлектронными и акустоопритческими устройствами

d\!dx). Этим и определяется использование в канале регистрации фазы двух приемников 11а и 116. После интегратора 14 амплитуда сигнала развертки фазы имеет вид

отличающиеся от ранее рассмотренного случая амплптудпо-моду-

Экспериментальное исследование АРУСа проводилось в ре­ жиме считывания амплитуды. АО ячейка была выполнена из кристалла парателлурита стандартного среза: сдвиговая акустиче­ ская волна возбуждалась в направлении [110], а свет распро­ странялся под углом Брэгга^вблизи оптической оси. Пьезопреоб­ разователь из ниобата лития^с резопапспой частотой 45 МГц имел размеры 1.5 x 1 .5 мм. Длина ячейки в направлении распростра­ нения звука составляла 42 мм. Система возбуждения пьезопреоб­ разователя включала генератор гармопических колебаний с ча­ стотой 45 МГц и модулятор, работавший в ключевом режиме. Дли­ тельность сформированных модулятором радиоимпульсов Т можно было варьировать в диапазоне 0.5-Н3.04 мкс.

Разрешение АРУСа определялось методом переходных харак­ теристик. Для этого световой пучок с длиной волны Х0= 0 .63 мкм расширялся телескопом до 3.9 см и направлялся на ячейку.

На входе в ячейку располагался экран, создававший резкую тене­ вую границу. Когда акустический цуг пересекал границу тени, в выходном сигнале фотоприемника наблюдался скачок. Измерив его длительность Д£г можно найти разрешение устройства dmin= = Дtv. Приведенная на рис. 3 осциллограмма видеосигнала раз­ вертки получена при Т = 0 .1 мкс, когда достигалось предельное разрешение, определяемое шириной полосы пьезопреобразователя. Длительность переходного процесса, измеренная по уровню 0.1/ 0. 9. в этом случае была равна 0.11 мкс, что при апертуре А = 3 .9 см обеспечивало разрешение А = 580 элементов в строке развертки.

Таким образом, исследовавшееся устройство при телевизионной скорости развертки имело разрешение, в 1.5 раза превышавшее ТВ стандарт.

Полученные результаты показывают, что на основе акустооптпческого взаимодействия можно создать эффективные устройства для исследования амплитудной и фазовой структуры световых полей, способные обеспечить высокое разрешение и большую ско­ рость обработки оптической информации.

Н.С. ВЕРПИГОРОВ, Л. Я. ДЕМИДОВ, А. В. ПУГОВКИН,

'Л. я . СЕРЕБРЕННИКОВ

ПАНОРАМНЫЕ АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ-ЧАСТОТОМЕРЫ

Акустооптические приемники (АОП) [1] являются панорам­ ными беспоисковыми устройствами, обеспечивающими одновре­ менный прием многих радиосигналов с различными несущими ча­ стотами. Перспективность их применения в радиотехнических системах обусловлена сочетанием широкой полосы частот панорам­ ного обзора, достигающей 0.5-г-1 ГГц, и узкой шумовой полосы канальных фильтров (0.1-^-1 МГц). Рассмотрим здесь чувствитель­ ность, помехоустойчивость, частотпые свойства АОП двух типов:

1)АОП прямого усиления, 2) супергетеродинный АОП.

ВАОП прямого усиления принимаемый сигнал усиливается широкополосным усилителем и поступает па акустооптический

модулятор (ÀOM). Излучение лазера дифрагирует на ультразвуке и фокусируется линзой на поверхность многоканального фото­ приемника.

Схема супергетеродштного АОП отличается от АОП прямого уси­ ления тем, что паряду с исследуемым сигналом, на ЛОМ посту­ пают сигналы гетеродинов, образующих сетку частот Qri. Спет, Дифрагировавший на сигналах гетеродинов, попадает на соответ­ ствующие элементы фотопрпемннка, выполняющие теперь роль сме­ сителей, и смешивается там со светом, дифрагировавшим на при­ нимаемых сигналах. Биения между сигналом и гетеродином, воз­ никающие на выходе фотопрпемннка, выделяются электрическими полосовыми фильтрами.

Избирательность АОП определяется формой частотной харак­

является результатом некогерептиого суммирования избиратель­ ных свойств пространственных фильтров по апертуре фотопрнемнпка 82х. Высокая избирательность АОП может быть получена при характеристике пространственного фильтра R (Йх), близкой к прямоугольной (ФПХ). Такая характеристика формируется с по­ мощью оптической схемы, создающей распределенпе sin К аХ 1К аХ в апертуре АОМ, и может быть записана в виде

где Si (X) —■интегральный синус, ^ = K aD !2, D — апертура АОМ, 8Я= ( 2 —йх)/Дйа, Д2а=1)Ка — полоса пропускания фильтра по уровню 0.7. Коэффициент прямоугольности такого фильтра ^иол= 1*03--1.1, a Дйа=0.1-^-1 МГц при разных значениях пара­ метров. Частотная характеристика полосового оптического фильтра на основе ФПХ, рассчитанная согласпо (1) и (2), дапа па рис. 1, а, где а = 89с/д2д, 89с — размер ската частотной характеристики ФПХ.

Результаты расчета и эксперимента [2] показывают, что хоро­ шая прямоугольность фильтра на основе ФПХ может быть полу­

Для исследования избирательных свойств супергетеродинного АОП выведем его уравнение из уравнения АО анализатора спектра [3], подставив в него Е Д= Е 0+ Е Т, где Е 0 и Е т— световые поля для сигнала и гетеродина. В приближении монохроматиче­ ских колебаний гетеродина Е и (2 )= А Г1.2т:8 (й —Йг.) и узкополос­ ного принимаемого сигнала, когда ширина его спектра много

меньше полосы пропускания пространствеипого фильтра, для пе­ ременной составляющей фотоэлектрического тока безынерционного фотоприемиика получим

' 2 л

Рис. 1. Характеристики супсргстероднииого приемника.

а — частотная характеристика полосового оптического фильтра, б — подавление зер­ кальной помехи (1 — зеркальная помеха, 2 — гетеродин, 3 — сигнал), в — эксперимен­ тальная зависимость амплитуды биений на выходе супергстеродшшого АОП.

Избирательность супергетеродшшого АОП может быть выше, чем у традиционного приемника. Рассмотрим вопрос об избира­ тельности по зеркальному капалу. Случай, когда R (Q J соответ­ ствует ФПХ, а сигнал гетеродина и зеркальной помехи монохро­ матические, изображен на рис. 1, б. Видно, что если Qci > йг.+ -t-(8Qx/2), то биения сигнал—гетеродин и помеха—гетеродин бу­ дут существовать при различных значениях йд.. Применяя в АОПе фотоприемник, каждый разрешимый элемент которого по оси Qx имеет размер ие более 0.58QÆи размещен так, как показано на рис. 1, б, можно существенно подавить зеркальную помеху во всех каналах АОП.

Поскольку сформировать идеальную прямоугольную харак­ теристику без выбросов за пределами полосы пропускания затруд-

йптелыю (рис. i, в), уровень зеркальной помехи будет отличаться от нуля. Его оценка на основе выражений (2), (3) дает значение 5 (10“2-~10-4) от уровня сигнала. Иа рис. 1, в приведена экспериментальная зависимость амплитуды биений иа выходе супергетеродпиного АОП па основе ФПХ. Размер фотоприемника &йх <^ а2д, a его положение 2 Г—2 Г=ДЙЯ/2, Д9я/2=4 МГц. Асимметричный характер кривой относительно точки Дйс—йг= 0 подтверждает возможность подавления зеркальной помехи. При расстройке бо­ лее 2 МГц подавление превышает 10 дБ.

Если R (2 —йл) не является прямоугольной, то уровень зер­ кальной помехи будет значительно больше, так как характеристика прострапственпого фильтра является плавной функцией.

Чувствительность АОП прямого усиления ограничивается шу­ мами фотоприемиика, фоновой засветкой и шумами входных цепей широкополосного усилителя. Для определения минимальной мощ­ ности входного сигнала Р 9 mîn, регистрируемой АОП при заданном

где /с, /ф, 1т — фототокн, обязанные сигналу, фону и шумам вход­

ных цепей АОП соответственно, I D — темповой ток фотоприем­ ника, /г — шумовой ток нагрузочного сопротивления фотоприем­ ника, М и AF его коэффициент усиления и полоса пропускания соответственно, е — заряд электрона. Связь между фототоком I и оптической мощностью Р св есть / = а Р св.

Осповиой особенностью уравнения (4) является наличие чле­ нов с /ш, описывающих шумы, возникающие иа выходе фото­ приемника за счет света, дифрагировавшего на усиленных шумах входных цепей АОП. Эти составляющие шума и определяют пре­ дельную чувствительность приемника. При рассмотрении конкрет­ ных типов АОП выражение (4) может быть упрощено. Так для брэгговских АОП влиянием фона можно пренебречь. При исполь­ зовании в качестве фотоприемиика фотодиода без внутреннего уси­ ления (М = 1) будут преобладать шумы нагрузочного сопротивле­ ния, а для фотоприемиика на основе ФЭУ следует оставлять его темповые шумы.

Определяя мощность света, дифрагировавшего на принимае­ мом сигнале Р э п входном шуме P m= K T A fL , как Р^ш = аС/>ошР 0

шума широкополосного усилителя, Д/ — полоса пропускания по­ лосового оптического фильтра), для АОП с ФЭУ найдем

Видно, что предельная чувствительность АОП Р 311рсд=

~ Y ж kT&fL реализуется при значениях G, когда шумы входных

цепей АОП станут преобладающими. Зависимости Р 0 min от 6?, рассчитанная (7, а) и снятая экспериментально (1, б), приведены на рис. 2. Значение параметров схемы: а=1.55-10~2, а = = 0 .05 1/Вт, Р 0= 5 -1 0 “3 Вт, I d= 5 - 10"6 А,|Д^*=18 МГц, Д/=10МГц, £ = 3 0 , SIN = 2. Нетрудно заметить, что максимальная чувстви­ тельность АОП прямого усиления реализуется при достаточно больших G. Улучшение

чувствительности возмож­ но на пути уменьшения А/ и L.

Исследование свойств АОП прямого усиления показывает, что его приме­ нение позволяет преодолеть основные недостатки тради-

Рнс. 2. Чувствительности при­ емника прямого усиления (1) и супоргетеродшшого прнсмппка (2).

цпонпых приемников прямого усиления, заключающиеся в труд­ ности получения высокой постоянной чувствительности (особенно

вдиапазоне СВЧ), а также постоянной полосы пропускания и вы­ сокой избирательности в широком диапазоне частот. Применение

вАОП малошумящих усилителей СВЧ позволяет получить чув­ ствительность на уровне 12СЧ-130 дБ/Вт.

Чувствительность супергетеродшшого АОП рассчитаем, поль­

зуясь уравнением оптического гетеродинного приемника [4]

А ____________________________ V r ____________

в котором по сравнению с (4) введены три дополнительных шумовых члена, описывающие: 1) e k F I r — дробовые шумы фототока опти-

флуктуации оптического гетеродина в полосе частот фотоприем­ ника AF (Д/ш—■полоса спектра шума лазера, кт — отношение мощностей флуктуационных и постоянной составляющей лазер­ ного излучения),

и не превышает предельной чувствительности АОП прямого уси­ ления, если Д /= Д ^ ф. Коэффициент усиления G при этом будет на 2—3 порядка меньше, что позволяет увеличить динамический диа­ пазон АОП. Поскольку в супергетеродиииом АОП на выходе фотопрпемннка включен электрический фильтр, полоса пропускания которого Д^фможет быть значительно меньше, чем полоса пропу­ скания оптического полосового фильтра Д/; чувствительность супергетеродпнного АОП будет лучше, чем у АОП прямого усилеппя.

Таким образом, супергетеродиипый АОП является многока­ нальным приемником, поскольку может одновременно принимать сигналы нескольких источников излучения, частоты которых от­ личаются на полосу пропускания оптического фильтра. Приемник характеризуется высокой помехоустойчивостью и чувствитель­ ностью.