Область наук:

  • фізика

  • Рік видавництва: 1995


    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки


    Наукова стаття на тему 'Аналіз точностних характеристик акустооптичного демодулятора ФКМ-сигналів'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз точностних характеристик акустооптичного демодулятора ФКМ-сигналів»

    ?Секція радіотехнічної електроніки

    УДК 621.383.534

    В. В. Роздобудько

    АНАЛІЗ точносних характеристик акустооптичні демодулятором ФКМ-СИГНАЛІВ

    Принципи побудови акустооптичних демодуляторів (Егуд) ФКМ сигналів різних типів розглядалися в [1]. Основна увага в цій та інших роботах приділялася розрахунками реакції Егуд на одиничний стрибок фази та аналізу способів реєстрації ра.сстановкі згаданих стрибків у демодулі-руемой ФКМ сигналі. Менш розробленими є питання, пов'язані з вимірюванням безпосередньо величин стрибків фази і вліяціем на точність цих вимірів неідеального характеру ФКМ сигналів, пов'язаного з амплітудною неідентичність парціальних імпульсів його складових, а також з кінцівкою часу перемикання фази.

    Виходячи з вимог практики, в завдання цього повідомлення входить проведення якісної оцінки впливу зазначеної паразитного модуляції на точності характеристики Егуд спектрального типу.

    Спрощена структурна схема розглянутого Егуд приведена на рис. 1. Схема містить: лазер-1, коліматор - 2, АТ дефлектор - 3, на пьезопреобразователь якого подається аналізований сигнал, інтегруючу лінзу - 4 і багатоелементний фотоприймач (ФПУ) з паралельним виходом - 5. Принцип вимірювання параметрів ФКМ сигналів заснований на тому, що власне спектральному аналізу піддаються відрізки сигналу, менші тривалості його елементарного інтервалу. При цьому тимчасова апертура Т = ~ (-L - протяжність апертури по світу, v - швидкість ультразвуку)

    дефлектора Егуд вибирається з такою умовою, щоб в кожен момент часу в ній міг перебувати або гармонійний сигнал, відповідний частоті oio = 2 л / ", або один дискретний кидок фази.

    З аналізу форми енергетичного спектру різних відрізків ФКМ сигналу, що реєструються ФПУ в фокальній площині лінзи, можна отримати інформацію як про тимчасові параметри його маніпулює функції (в прямому або інверсному вигляді), так і визначити величину і знак фази на кожному з часових інтервалів. Оскільки ФКМ сигнал характеризується зазначеним набором моментів 'часу t ;, в які відбуваються кидки фази, їх знаком' і величиною фг, то для розглянутого Егуд досить знайти вихідний відгук при подачі на його вхід коливань з одиночним кидком фази.

    Відповідно до етім- аналізований відрізок ФКМ сигналу (рис. 2) приймемо що складається з двох субімпульсов

    S (t) = Y, Ai (t) cos [co01 + cpi (i)]

    Мал. 1

    А

    _ I 2 ТГ

    Мал. 2

    з коефіцієнтом прямокутності 0 < є < 1, в якому

    т "

    О, t є

    ф i (t) =

    Фо, t є

    Про,

    амплітуди субімпульсов приймемо рівними А1 і Л2; відповідний коефіцієнт амплітудної модуляції при цьому складе

    (А \ - Аг)

    гп =

    Лі

    Якщо вважати, що пьезопреобразователь дефлектора не вносить спотворень в спектр подається відрізка ФКМ сигналу, то збуджується в ньому акустичну хвилю можна записати у вигляді

    а (XІ, t) = а0S

    t -

    exp [j (зі про t - К0 х ')] rect

    71 V

    де а0 - коефіцієнт пропорційності, К0 = 2 - = 2 тс а функція гес1

    Л / о

    враховує кінцеву протяжність апертури дефлектора Ь по осі X. Для спектра акустичного сигналу а (ХI) запишемо [2]

    і

    = А0 v exp (j at) S (a),

    де S (спів) -спектр вибірки сигналу S (t) тривалістю Т

    (1)

    S (а) - rect

    t - f

    exp (-jco t) dt '.

    Якщо відомий спектр вибірки (з) і його акустичний аналог А

    ґ \ зі

    v

    \

    беручи до уваги, що в фокальній площині інтегрує лінзи, фокусна відстань якої - F, амплітуда і фаза дифрагованим світлової хвилі в кожній точці X визначаються амплітудою і фазою відповідної спектральної компоненти S (ю), а між координатою X і частотою отсда є однозначна відповідність

    X = F

    sin © про +

    зі

    v до

    (• 2)

    де до

    2 я

    , X - довжина хвилі лазерного джерела світла, © 0 - кут падіння

    світла на ультразвуковой- пучок в дефлектори, запишемо вираз [2] для розподілу амплітуди діфрагованого світла в площині ФПУ:

    СО 0)

    на

    V V

    в якому На

    Ud- ТАК

    -передавальна функція акустооптичного дефлектора,

    обумовлена ​​як

    на

    СО

    V

    XI

    UY sine

    U 2 nv

    / О (/ - / о)

    де% - параметр, що характеризує ефективність АТ взаємодії, I - довжина взаємодії по звуку, IIо - його амплітуда, Д - коефіцієнт пропорційності, функція

    smc х = sin -

    пх

    З урахуванням співвідношень (1) і (2) останній вираз можна записати у вигляді

    Ud (x) = Дао v ехр

    jv до

    х

    -© про

    v до

    х

    © з

    на

    де прийнято до уваги, що в Егуд використовується геометрія взаємодії, що дозволяє вважати sin © 0 ® © про | Якщо обмежитися розрахунком енергетичного спектра репліки ФКМ сигналу для моменту часу, відповідного знаходженню кидка фази в центрі апертури дефлектора, то, скориставшись результатами робіт [2, 3], співвідношення для розподілу інтенсивності дифрагованого світла в площині ФПУ можна уявити

    vk \ ~ - С-),,

    на

    м2 S 1? Г (х > F "011

    V J

    де

    ?[•] = ~ Л, Т (1 + е) Ф

    Ф [•] = sine

    vk / N X - Xq F Е-Г в v к / \ X - Xq F, Т, т, фо

    _ \ J V V _

    vk / \ X - Хо F * - * + зі xiH 1 sine v до N * V -} 8

    _ До J _ _ До J

    В [•] = • {1. + 2 (1 - т) cos 7.1

    v до

    х - ха | Т

    + фо

    + (1 - т) 2

    Н

    Uо sine

    I х - Хо (х F

    2 л А

    © (

    Х0 = F

    © про +

    Юр v до

    (3)

    Вважаючи, що смуга робочих частот використовуваного в складі Егуд дефлектора значно перевищує миттєву смугу аналізу, рівну 2х ^, в

    співвідношенні (3) можна знехтувати залежністю На від X, поклавши ~ х] _ Г

    на ^ форму енергетичного спектру відрізка ФКМ сигналу, що реєструється Егуд, буде збігатися з аналогічним впливом згаданої модуляції на спектр, який реєструється звичайним радіотехнічним спектроаналізатором [3].

    на

    . Тоді, як це випливає з (3), вплив паразитної модуляції

    Зі співвідношення (3) випливає, що при відомій частоті ФКМ сигналу і відповідно координати / о, величина стрибка фази може реєструватися двома способами. Перший з них заснований на вимірюванні і зіставленні значень інтенсивностей світла в точці Хо (або Хо ± Х1, де

    Ху = ^ при наявності і відсутності стрибка фази в апертурі дефлектора

    Егуд; при цьому фаза фо нелінійно залежить від вимірюваної, наприклад, в точці X = Х0, інтенсивності світла 1а (Х0) відповідно

    ч2

    фо =

    агссое

    - - N14 (Х0) 2 (1 - то)

    N. 32

    М2 (1-то) [л1Т (1 + е) |

    Другий спосіб включає в себе вимір координат максимуму і мінімуму енергетичного спектра, також реєструються при відсутності і наявності стрибка фази в апертурі Егуд; в цьому випадку взаємозв'язок просторової расстройки X = Хо - ХТТ і величини кидка фази ф0 лінійна

    vkT .

    фо - Л - р 2 '0 ~ ЛТТ) •

    Зіставляючи ці способи вимірювання фо, можна бачити, що за першою з них можна зафіксувати тільки абсолютні значення кидків фази фо: спосіб, інваріантний до знаку .фази і як наслідок не розрізняє фази, що різняться на 180 ". Крім того, інтенсивність енергетичного спектра поблизу / о -> Х0 залежить від коефіцієнта амплітудної модуляції, причому? Ем значніше, чим більше т. Якщо 180 ° стрибок супроводжується амплітудної модуляцією з = 0,15, то Егуд фіксуватиме його як стрибок, рівний 164 ° або 196 °.

    Що стосується реєстрації ф0 відповідно до другого способом, то тут координата точки ХТТ визначається значенням фо і вона не залежить від параметрів паразитного модуляції, що супроводжує ФКМ сигнал; відповідно в першому наближенні не буде залежати від т і е і похибка відліку ФЦ. *

    Чи не конкретизуючи спосіб і порядок сьема інформації з ФПУ про координати точок Х0 і ХТТ, можна стверджувати, що стосовно Егуд СВЧ-діапазону точність вимірювання позитивних і негативних величин фо може бути досить високою. Наприклад, при використанні в Егуд спектрального типу 50-елементного ФПУ, виборі Т = 0,2 мкс і забезпеченні можливості відліку ХШт / тт з дискретний 0,1 МГц, потенційно точність вимірювання фо складе ~ 3, 6.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Єгоров Ю. В., Наумов К.П., Ушаков В. Н. Акустооптіческіе процесори. М .:

    Радио и связь, 1991. 160 с. •

    2. Балакшій В. І., Паригін В. Н., Чирков Л. Є. Фізичні основи акустооптики. М .: Радио и связь, 1985. 280 с.

    3. Пейсахов Л. АРаскін В. К. Вимірювання зсуву фаз в фазоманіпулірованних сигналі спектральним методом // Радіоелектроніка. 1990. №5. С. 70-72.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити