Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Предлагаемый приемник относится к радиотехнике и может использоваться для приема сложных сигналов и анализа их амплитудного спектра. Технический результат - расширение диапазона частотного поиска сложных сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина путем использования дополнительных каналов приема. Акустооптический приемник содержит приемную антенну, преобразователь частоты, первый смеситель, гетеродин, второй смеситель, первый фазовращатель на +90oC, первый и второй усилители промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90oC, первый сумматор, первый перемножитель, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, первый ключ, лазер, коллиматор, первую ячейку Брэгга, первую линзу, первую матрицу фотодетекторов, блок поиска, фазовращатель на -90o, второй сумматор, второй перемножитель, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры и второй, третий и четвертый амплитудные детекторы и второй, третий и четвертый ключи и вторую, третью и четвертую ячейки Брэгга и вторую, третью и четвертую линзы и вторую, третью и четвертую матрицы фотодетекторов. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2134490
Класс(ы) патента: H04B10/06
Номер заявки: 98114311/09
Дата подачи заявки: 27.07.1998
Дата публикации: 10.08.1999
Заявитель(и): Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского
Автор(ы): Дикарев В.И.; Вреев А.В.; Селимгаев Р.Р.
Патентообладатель(и): Военный инженерно-космический университет им.А.Ф.Можайского
Описание изобретения: Приемник относится к радиотехнике и может использоваться для приема сложных сигналов и анализа их амплитудного спектра.
Известны акустооптические приемники (авт. свид. N 1718695, 1758883, 1785410, 1799226, 1799227; патенты РФ N 1832882, 2001533, 2007046 и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Акустооптический приемник" (авт. свид. N 1758883, H 04 B 10/06, 1990 г.), который и выбран в качестве прототипа.
В любом супергетеродинном приемнике существуют дополнительные каналы приема. Это обусловлено тем, что одно и то же значение промежуточной частоты fпр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах fс и fз, т.е. fпр = fс - fг и fпр = fг - fз.
Следовательно, если частоту настройки fс принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота fз которого отличается от частоты fс на 2fпр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты fг гетеродина. Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования kпр, что и по основному каналу приема. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехозащищенность приемника.
Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема, частоту которых можно определить из следующего равенства:

где i, m, n - целые числа.
Так при m = 2 и n = 1 двум комбинационным каналам соответствуют частоты:
fk1 = 2fг + fпр и fk2 = 2fг + fпр,
где 2fг - вторая гармоника частоты гетеродина.
Акустооптический приемник, выбранный в качестве прототипа, обеспечивает подавление дополнительных каналов приема.
Однако, если требуется просматривать "определенный диапазон" частот, то в ряде случаев подавлять дополнительные каналы приема нецелесообразно.
Одной из проблем, возникающих при разработке поисковых приемников, является создание перестраиваемых в широком частотном диапазоне гетеродинов. Трудности решения этой проблемы вынуждают на практике вместо одного широкополосного панорамного приемника использовать несколько отдельных узкополосных панорамных приемников, перекрывающих требуемую полосу частот. Расширение диапазона частотного поиска сложных сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина возможно путем использования дополнительных каналов приема.
Целью изобретения является расширение диапазона частотного поиска сложных сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина путем использования дополнительных каналов приема.
Поставленная цель достигается тем, что в акустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены коллиматор и первая ячейка Брегга, на пути распространения дифрагированной части пучка света которой установлена первая линза, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица фотодетекторов, а также последовательно включенные приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первый усилитель промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю первой ячейки Брэгга, последовательно подключенные к выходу приемной антенны, второй смеситель, второй вход которого через первый фазовращатель на +90o соединен с вторым выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на +90o, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, введены блок поиска, фазовращатель на -90o, второй сумматор, второй перемножитель, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы, второй, третий и четвертый ключи, вторая, третья и четвертая ячейки Брэгга, вторая, третья и четвертая линзы, вторая, третья и четвертая матрицы фотодетекторов, причем на пути распространения пучка света лазера последовательно установлены вторая, третья и четвертая ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагированных частей пучка света которых установлены соответственно вторая, третья и четвертая линзы, в фокальных плоскостях которых размещены вторая, третья и четвертая матрицы фотодетекторов, вход гетеродина соединен с выходом блока поиска, к выходу первого перемножителя последовательно подключены второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю второй ячейки Брэгга, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90o, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны, третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю третьей ячейки Брэгга, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю четвертой ячейки Брэгга.
Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг. 1. Частотная и временные диаграммы, поясняющие принцип образования дополнительных каналов приема, изображены на фиг. 2.
Акустооптический приемник содержит приемную антенну 1, преобразователь частоты 2, первый смеситель 3, гетеродин 4, второй смеситель 5, первый фазовращатель на +90o 6, первый и второй усилители 7 и 8 промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90o 9, первый сумматор 10, первый перемножитель 11, первый узкополосный фильтр 12, первый амплитудный детектор 13, первый ключ 14, лазер 15, коллиматор 16, первую ячейку Брэгга 17, первую линзу 18, первую матрицу фотодетекторов 19, блок поиска 20, фазовращатель на -90o 21, второй сумматор 22, второй перемножитель 23, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры 24,25 и 26, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы 27, 28 и 29, второй, третий и четвертый ключи 30, 31 и 32, вторую, третью и четвертую ячейки Брегга 33, 34 и 35, вторую, третью и четвертую линзы 36, 37 и 38, вторую, третью и четвертую матрицы 39, 40 и 41 фотодетекторов. Причем к выходу приемной антенны 1 последовательно подключены первый смеситель 3, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 4, первый усилитель 7 промежуточной частоты, первый сумматор 10, первый перемножитель 11, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны 1, узкополосный фильтр 12 (24), амплитудный детектор 13 (27) и ключ 14 (30), второй вход которого соединен с выходом сумматора 10, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю ячейки Брэгга 17 (33). К выходу приемной антенны 1 последовательно подключены второй смеситель 5, второй вход которого через первый фазовращатель 6 на +90o, соединен с вторым выходом гетеродина 4, второй усилитель 8 промежуточной частоты и второй фазовращатель 9 на +90o, выход которого соединен с вторым входом сумматора 10. К выходу второго усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90o, второй сумматор 22, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 7 промежуточной частоты, второй перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны 1, узкополосный фильтр 25 (26), амплитудный детектор 28 (29) и ключ 31 (32), второй вход которого соединен с выходом сумматора 22, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю ячейки Брэгга 34 (35). На пути распространения пучка света лазера 15 последовательно установлены коллиматор 16, ячейки Брэгга 17, 33, 34 и 35, на пути распространения дифрагированных частей пучка света которых установлены линзы 18, 36, 37 и 38 соответственно, в фокальных плоскостях которых размещены матрицы 19, 39, 40 и 41 фотодетекторов. Последовательно включенные гетеродин 4 и смеситель 3 образуют преобразователь 2 частоты.
Акустический приемник работает следующим образом.
Просмотр заданного диапазона частот Df осуществляется с помощью блока 20 источника, который периодически с периодом Tп по пилообразному закону изменяет частоту гетеродина 4. Ключи 14, 30-32 в исходном состоянии всегда закрыты.
Частота настройки fн1 узкополосных фильтров 12 и 25 выбирается равной начальной частоте fг гетеродина 4: fн1 = fг.
Частота настройки fн2 узкополосных фильтров 24 и 26 выбирается равной второй гармонике частоты гетеродина 4: fн2 = 2fг.
Принимаемый сложный сигнал, например, фазовой манипуляцией (ФМн)
Uc(t) = Uc·cos[2πfct+ϕк(t)+ϕc], 0 ≅ t ≅ Tc,
где Uc, fc, ϕc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;
ϕк(t) = {0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем ϕк(t) = const при kτи< t < (k+1)τи и может изменяться скачком при t = kτи, т.е. на границах между элементарными посылками (k = 1,...,N-1);
τи, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc= N·τи),
с выхода приемной антенны 1 одновременно поступает на первые входы смесителей 3, 5 и перемножителей 11 и 23. На вторые входы смесителей 3 и 5 с выходов гетеродина 4 и фазовращателя 6 на +90o подаются соответственно напряжения линейно-изменяющейся частоты:
Uг1(t) = Uгcos(2πfгt+πγ1t2г),
Uг2(t) = Uгcos(2πfгt+πγ1t2г+90°), 0 ≅ t ≅ Tп,
где Uг, fг, ϕг, Tп - амплитуда, начальная частота, начальная фаза и период повторения напряжения гетеродина;
скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки). На выходе смесителей 3 и 5 образуются напряжения комбинационных частот:
fc1= fc-fг1t = fпр1t,
fc2= 2fг2t-fc,
где первый индекс обозначает канал, по которому принимается сигнал; второй индекс обозначает номер гармоники частоты гетеродина, участвующей в преобразовании несущей частоты принимаемого сигнала; γ2= 2γ1.
Частота настройки fн и полоса пропускание Δfn усилителей 7 и 8 промежуточной частоты выбирается следующим образом:
fн= fпр, Δfп= 2fпр.
Поэтому в полосу пропускания Δfп усилителей 7 и 8 промежуточной частоты попадают напряжения только с частотой fс1 (фиг.2,а):
Uпр1(t) = Uпр1cos[2πfпрt+ϕк(t)-πγ1t2пр1],
Uпр2(t) = Uпр1cos[2πfпрt+ϕк(t)-πγ1t2пр-90°],
где Uпр1 = 1/2K1·Uс·Uг;
0≅t≅Тс
K1 - коэффициент передачи смесителей;
fпр = fс - fг - промежуточная частота;
ϕпр1= ϕcг.
Эти напряжения представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой модуляцией и линейной частотной модуляцией ФМн-ЛЧМ). Напряжение Uпр2(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 9 и 21 на +90o и -90o, на выходе которых образуются напряжения:


Напряжения Uпр1(t) и Uпр4(t), поступающие на два входа сумматора 22, на его выходе компенсируются. Напряжения Uпр1(t) и Uпр3(t) поступают на два входа сумматора 10, на выходе которого образуется результирующее напряжение
UΣ1(t) = UΣ1·cos[2πfпрt+ϕк(t)-πγ1t2пр1],
где UΣ1= 2Uпр1, 0 ≅ t ≅ Tс.
Это напряжение подается на второй вход перемножителя 11, на выходе которого образуется напряжение
U1(t) = U1·cos(2πfгt+πγ1t2г), 0 ≅ t ≅ Tc,
где
K2 - коэффициент передачи перемножителя.
Данное напряжение выделяется узкополосным фильтром 12, детектируется амплитудным детектором 13 и поступает на управляющий вход ключа 14, открывая его. При этом напряжение UΣ1(t) c выхода сумматора 10 через открытый ключ 14 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брегга 17, где происходит его преобразование в акустическое колебание.
Каждая ячейка Брегга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно X и Y - 35o среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брегга и работу ячейки в широком диапазоне частот.
Пучок света от лазера 15, сколлимированный коллиматором 16, проходит через ячейку Брегга и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных суммарным напряжением UΣ1(t). При этом следует отметить, что дифрагирует только примерно десятая часть пучка света источника излучения. На пути распространения дифрагируемой части пучка света устанавливается линза 18, в фокальной плоскости которой размещается матрица 19 фотодетекторов. Следовательно, в фокальной плоскости линзы 18 формируется пространственный спектр принимаемого сложного сигнала. Причем каждому разрешающему элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор.
Описанная работа приемника соответствует случаю приема сложных сигналов по основному каналу на частоте fс (фиг.2.а).
Если сложный ФМн сигнал принимается по зеркальному каналу на частоте fз (фиг.2.б)
Uз(t) = Uз·cos[2πfзt+ϕк(t)+ϕз], 0 ≅ t ≅ Tз,
то усилителями 7 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения:
Uпр5(t) = Uпр2·cos[2πfпрt-ϕкt+πγ1t2пр2],
Uпр6(t) = Uпр2·cos[2πfпрt-ϕк(t)+πγ1t2пр2+90°],
где Uпр2 = 1/2K1·Uз·Uг, 0 ≅ t ≅ Tз,
fпр = fг - fз - промежуточная частота;
ϕпр2= ϕгз.
Напряжение Uпр6(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 9 и 21 на +90o и -90o, на выходе которых образуются напряжения:


Напряжения Uпр5(t) и Uпр7(t), поступающие на два входа сумматора 10, на его выходе компенсируются. Напряжения Uпр5(t) и Uпр8(t) поступают на два входа сумматора 22, на выходе которого образуется напряжение
UΣ2(t) = UΣ2·cos[2πfпpt-ϕк(t)+πγ1t2пр2],
которое поступает на второй вход перемножителя 23, на выходе которого образуется напряжение
где U2(t) = U2·cos[2πfгt+πγ1t2г], 0 ≅ t ≅ Tз,

Указанное напряжение выделяется узкополосным фильтром 25, детектируется амплитудным детектором 28 и поступает на управляющий вход ключа 31, открывая его. При этом напряжение UΣ2(t) c выхода сумматора 22 через открытый ключ 31 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брегга 34, где происходит его преобразование в акустическое колебание. В этом случае спектр принимаемого сложного сигнала анализируется матрицей 40 фотодетекторов.
Если сложный ФМн сигнал принимается по первому комбинационному каналу на частоте fk1 (фиг.2.в)
Uк1(t) = Uк1·cos[2πfк1к(t)+ϕк1], 0 ≅ t ≅ Tк1,
то усилителями 7 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения:
Uпр9(t) = Uпр3·cos[2πfпрt-ϕк(t)+πγ2t2пр3],
Uпр10(t) = Uпр3·cos[2πfпрt-ϕк(t)+πγ2t2пр3+90°],
где Uпр3 = 1/2K1·Uk1·Uг; 0 ≅ t ≅ Tk1;
fпр = 2fг - fk1 - промежуточная частота,
ϕпр3= ϕгк1.
Напряжение Uпр10(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателей 9 и 21 на +90o и -90o, на выходе которых образуются напряжения:


Напряжения Uпр9(t) и Uпр11(t), поступающие на два входа сумматора 10, на его выходе компенсируются. Напряжения Uпр9(t) и Uпр12(t) поступают на два входа сумматора 22, на выходе которого образуется напряжение

где UΣ3= 2Uпр3.
Это напряжение подается на второй вход перемножителя 23, на выходе которого образуется напряжение
U3(t) = U3·cos[4πfгt+πγ2t2г], 0 ≅ t ≅ Tк1,
где
Данное напряжение выделяется узкополосным фильтром 26, детектируется амплитудным детектором 29 и поступает на управляющий вход ключа 32, открывая его. При этом напряжение UΣ3(t) с выхода сумматора 22 через открытый вход 32 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брегга 35, где происходит его преобразование в акустическое колебание. В этом случае спектр принимаемого сложного сигнала анализируется матрицей 41 фотодетекторов.
Если сложный ФМн сигнал принимается по второму комбинационному каналу на частоте fk2 (фиг.2.г)
Uк2(t) = Uк2·cos[2πfк2t+ϕк(t)+ϕк2], 0 ≅ t ≅ Tк2
то усилителями 7 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения:
Uпр13(t) = Uпр4·cos[2πfпрt+ϕк(t)-πγ2t2пр4],

где Uпр4 = 1/2K1·Uк2·Uг;
fпр = fк2 - 2fг - промежуточная частота;
ϕпр4= ϕк2г.
Напряжение Uпр14(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на входы фазовращателя 9 и 21 на +90o и -90o, на выходе которых образуются напряжения:


Напряжения Uпр13(t) и Uпр16(t), поступающие на два входа сумматора 22, на его выходе компенсируются. Напряжения Uпр13(t) и Uпр15(t) поступают на два входа сумматора 10, на выходе которого образуется суммарное напряжение
UΣ4(t) = UΣ4·cos[2πfпрt+ϕк(t)-πγ2t2пр4],
где UΣ4= 2Uпр4.
Это напряжение подается на второй вход перемножителя 11, на выходе которого образуется напряжение
U4(t) = U4·cos(4πfг+πγ2t2г), 0 ≅ t ≅ Tк2,
где
Данное напряжение выделяется узкополосным фильтром 24, детектируется амплитудным детектором 27 и поступает на управляющий вход ключа 30, открывая его. При этом суммарное напряжение UΣ4(t) c выхода сумматора 10 через открытый ключ 30 поступают на пьзоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 33, где происходит его преобразование в акустическое колебание. В этом случае спектр принимаемого сложного сигнала анализируется матрицей 39 фотодетекторов.
Если сложные ФМн-сигналы принимаются одновременно по основному каналу на частоте fс по зеркальному каналу на частоте fз, по первому комбинационному каналу на частоте fк1 и по второму комбинационному каналу на частоте fк2, то в работе участвуют все блоки акустооптического приемника.
Таким образом, предлагаемый акустооптический приемник по сравнению с прототипом обеспечивает расширение диапазона частотного поиска сложных сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина. Это достигается использованием дополнительных (зеркального и комбинационных) каналов приема.
Формула изобретения: Акустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены коллиматор и первая ячейка Брэгга, на пути распространения дифрагированной части пучка света которой установлена первая линза, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица фотодетекторов, а также последовательно включенные приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первый усилитель промежуточной частоты (УЧП), первый сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор и первый ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю первой ячейки Брэгга, последовательно подключенные к выходу приемной антенны второй смеситель, второй вход которого через первый фазовращатель на +90o соединен с вторым выходом гетеродина, второй УПЧ и второй фазовращатель на 90o, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, отличающийся тем, что в него введены блок поиска, фазовращатель на -90o, второй сумматор, второй перемножитель, второй, третий и четвертый узкополосные фильтры, второй, третий и четвертый амплитудные детекторы, второй, третий и четвертый ключи, вторая, третья и четвертая ячейки Брэгга, вторая, третья и четвертая линзы, вторая, третья и четвертая матрицы фотодетекторов, причем на пути распространения пучка света лазера последовательно установлены вторая, третья и четвертая ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагированных частей пучка света которых установлены соответственно вторая, третья и четвертая линзы, в фокальных плоскостях которых размещены вторая, третья и четвертая матрицы фотодетекторов, вход гетеродина соединен с выходом блока поиска, к выходу первого перемножителя последовательно подключены второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю второй ячейки Брэгга, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90o, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны, третий узкополосный фильтр, третий амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю третьей ячейки Брэгга, к выходу второго перемножителя последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, четвертый амплитудный детектор и четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю четвертой ячейки Брэгга.