Оптоэлектронный аналого-цифровой преобразователь

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий электрооптический кристалл из ниобита лития Z-среза, на поверхности которого расположен интерферометр в виде пары диффузионных световодов, имеющих форму спирали длиной l = , где C_п - скорость света в кристалле, f₀ - частота радиосигнала, снабженный управляющими электродами в виде двухпроводной полосковой линии спиральной линии спиральной формы, полоски которой расположены над световодами, причем начала световодов являются оптическим входом интерферометра, концы - оптическим выходом, а между поверхностью кристалла и электродами помещен диэлектрический подслой, толщина которого выполнена убывающей в направлении от начала световода к концу, оптический квантовый генератор с импульсным режимом излучения, подключенный к оптическому входу интерферометра, оптический выход которого подключен к входу P - разрядного кодообразующего блока, где P - число разрядов аналого-цифрового преобразователя, согласованную нагрузку, подключенную к концам двухпроводной полосковой линии, расположенным со стороны оптического входа интерферометра, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства за счет исключения P-1 интерферометра и P-1 каналов в кодообразующем блоке, в него введены ключ, сумматоры, весовые элементы и линии задержки, одна из линий задержки имеет P-отводов, причем вход линии задержки соединен с сигнальным входом аналого-цифрового преобразователя через ключ, имеющий сигнальный вход и управляющий вход, связанный с синхронизирующим входом аналого-цифрового преобразователя, весовые элементы выполнены с коэффициентом передачи K_i = 1/2i, где i = 1 . . . P, через которые входы первого сумматора соединены с соответствующими отводами линии задержки, а выход его соединен с концами двухпроводной полосковой линии, расположенными со стороны оптического входа интерферометра, при этом электрический вход оптического квантового генератора через второй сумматор непосредственно и через вторую линию задержки подключен к синхронизирующему входу аналого-цифрового преобразователя.

Изобретение относится к обработке радиосигналов и, в частности, к аналого-цифровому преобразованию радиочастотных сигналов и может быть использовано в радиолокации, гидролокации, телеметрии и технике связи.
Целью изобретения является упрощение устройства за счет исключения Р-1 интерферометров и Р-1 каналов в кодообразующем блоке.
На фиг. 1 показана функциональная схема оптоэлектронного аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг. 2 - эпюры сигналов, поясняющие процесс аналого-цифрового преобразования радиочастотного сигнала.
Устройство состоит из оптического квантового генератора 1 с импульсным режимом излучения, электрический вход которого через электрический сумматор 2 подключен непосредственно и через линию 3 задержки к синхронизирующему входу АЦП (С-) интерферометра 4, выполненного на двухканальных титан-диффузионных световодах 5, содержащего два оптических Y разветвителя 6, через которые оптический вход интерферометра соединен с оптическим выходом оптического квантового генератора 1, оптический выход которого соответственно подключен к оптическому входу кодообразующего блока 7, а выход последнего является кодовым выходом АЦП (Кр). Электрический ключ 8, радиочастотный вход которого является сигнальным входом АЦП, а управляющий вход связан с синхронизирующим входом АЦП (Ст), а выход подключен к входу Р - отводной линии 9 задержки, выходы которой через Р весовых элементов 10 подключены к Р входам электрического сумматора 11, выход которого подключен к концам двухпроводной полосковой линии, расположенным со стороны оптического выхода интерферометра и являющимся электрическим входом интерферометра, а концы указанной двухпроводной линии, расположенные со стороны оптического входа интерферометра, являющиеся электрическим выходом интерферометра, подключены к согласующей нагрузке 12. Интерферометр 4 размещен на поверхности электрооптического кристалла и содержит пару титан-диффузионных световодов 5, входной и выходной Y разветвители 6, управляющие электроды 13, выполненные в виде двухпроводной полосковой линии, входные зажимы которой подключены к выходу электрического сумматора 11, а выходы - к согласующей нагрузке 12. Кодообразующий блок 7 содержит фотоприемник 14, электрический выход которого связан с входом широкополосного видеоусилителя 15, выход последнего - с входом компаратора 16, выход последнего соединен с входом формирователя 17 выходного сигнала, обеспечивающего получение последовательного цифрового кода стандартного (ТТЛ или ЭСЛ) уровня, необходимого для сопряжения АЦП с получателями кодовой информации.
Оптоэлектронное устройство АЦП работает следующим образом.
Входной радиочастотный сигнал (фиг. 2, эпюра 18).
S(t) = U(t)sin[2 f_ot + ] поступает с приемного устройства, являющегося источником радиосигнала, на сигнальный вход ключа 8, выполненного, например, на мостовой схеме на высокочастотных транзисторных парах, на управляющий вход ключа подаются сигналы (фиг. 2, эпюра 19) с синхронизирующего входа АЦП (Ст) с частотой следования Fs = 2 f, где f - полоса входного сигнала. На выходе ключа образуется радиовыборка входного сигнала длительностью с числом периодов радиочастотного сигнала - m = f_o , поступающая на вход Р-отводной линии 9 задержки с дискретностью отводов _о = 1/Р f и максимальной задержкой Т = Р _о = ( Е)^-1.
Далее задержанные сигналы поступают на весовые элементы 10, где производится их весовая обработка по закону К_i = К_о/2¹, где i = 1. . . Р, обеспечивающая получение на выходе многоканального электрического сумматора 11 импульсного отклика вида (фиг. 2, эпюра 20).
h(t)= U_В(t)+ + . . . + . Данный сигнал поступает на электрический вход интерферометра 4 и последовательно в нем производится интегрирование за время t = (4f_o)^-1Р пар взвешенных по амплитуде радиовыборок. Для получения информации о значении фазы используется метод парных выборок, смещенных на четверть периода радиосигнала t = 1/4f_o. При использовании рабочей частоты f_о, удовлетворяющей условиям
n = f_o/ f P (1)
f₀ , (2) где n - отношение рабочей частоты к полосе пропускания; f, - допустимые с точки зрения уровня перекрестных помех отклонения частоты и фазы квадратурных каналов, устройство обеспечивает получение информации об огибающей и фазе радиочастотного сигнала S(t) с помощью двух простейших операций
U_i= ,
= arctg ( U _1i/U_2i ) , где U_1i = U(t_i) sin [2 f_ot_i + _i]
U_2i = U(t_i) sin [2 f_o(t_i + t) + _i] . Процесс интегрирования радиовыборки связан с фазовой электрооптической модуляцией световой несущей импульсного сигнала ОКГ длительностью << t и величиной фазовой модуляции (ФМ)
= l[ n(U_В)] , где ( ) - значение фазовой модуляции в парциальных каналах интерферометра, n= - r_m , E - изменение коэффициента преломления в световоде. Из-за встречного распространения светового импульса от ОКГ и электрического сигнала величина n(U_B ) пропорциональна сумме (интегралу) парциальных воздействий входного сигнала на интервале взаимодействия 1, равному длине полосковой линии, т. е.
n(U_В)= dx .
Этот процесс обеспечивает перенос информации об амплитуде сигнала на временном интервале t = (4f_o)^-1 на оптическую несущую и получение при встречном распространении электрического сигнала и световой волны интегральной выборки за время t _B= 1/(C_n + V_э). После суммирования двух ФМ световых сигналов с противоположным законом ФМ в выходном Y сумматоре образуются амплитудно-модулированные световые сигналы (биения), огибающая которых имеет удвоенную амплитуду, а временная картина для измерений взвешенных радиовыборок различна из-за отличия в 2 раза амплитуд смежных радиовыборок. Это различие приводит к кратности числа биений в смежных временных каналах и, как следствие этого, к получению результата измерений с точностью N = 2^P. Далее сигналы световых биений поступают на кодообразующий блок 7, где после детектирования в фотоприемнике 14 выделяются огибающие биений (фиг. 2, эпюра 21), которые после усиления в широкополосном видеоусилителе 15 преобразуются в компараторе 16 в двухуровневый видеосигнал с логическими уровнями "1" и "0" по правилу
"0" при амплитуде биений U < Е_о = U_m/2,
"1" при амплитуде биений U > E_o = U_m/2, где Е_о - пороговый уровень срабатывания компаратора, равный половине максимальной амплитуды биений U_m.
Формирователь 17 выходного сигнала обеспечивает получение на выходе кодообразующего блока последовательного Р-разрядного двоичного кода (фиг. 2, эпюры 22, 23) амплитуды входного радиосигнала в виде импульсов стандартного уровня (ТТЛ или ЭСЛ). В качестве многоотводной линии задержки может быть использована электромагнитная интегральная линия задержки с коэффициентом широкополосности Q = fT₃ = 10-20, обеспечивающая перекрытие частотного диапазона 30-50 МГц и диапазона временной задержки 0,2-0,5 мкс, а на более высоких частотах (100-500 МГц) используется многоотводная линия задержки на основе отрезков коаксиального кабеля. Весовые элементы с коэффициентами передачи К_i = K_o/2ⁱ реализуются с использованием секций стандартных аттенюаторов. В качестве источника светового импульсного сигнала используется полупроводниковый ОКГ, обеспечивающий работ в импульсном режиме с = 0,5-0,05 нс на = 1,3 мкм с Р = 5 мВт.
Диффузионные световоды изогнутой формы в ниобате линия z-среза имеют при радиусе закругления R/ > 10⁴ величину дополнительных потерь не более 0,1 Дб.
Описываемый АЦП имеет следующие параметры.
Быстродействие F_s - 150 мГц, точность Р - 15-16, чувствительность U_o = 1-10 мВ, имеется способность извлечения фазовой информации, способность выполнения операции выборки и запоминания, габариты - одна стандартная ячейка, вес - 1,5-2 кг, энергопотребления - 1-2 Вт.
Вводимые дополнительно узлы: электрический ключ, Р-отводная линия задержки с весовыми элементами и электрический сумматор реализуются на существующей элементной базе, имеют малые габариты и не требуют дополнительного энергопотребления. Преимуществом предлагаемого оптоэлектронного АЦП является переход к последовательному режиму кодообразования, что по сравнению с прототипом исключает необходимость поддерживать во всех Р-каналах одинаковое усиление и один и тот же уровень порога в Р компараторах.
Указанные преимущества позволяют существенно повысить точностные характеристики цифровых систем когерентной моноимпульсной и межпериодной обработки радиосигналов для решения широкого круга задач. (56) Авторское свидетельство СССР N 1246368, кл. G 02 F 7/00, 1984.
Авторское свидетельство СССР N 1373206, кл. G 02 F 7/00, 1986.
Изобретение относится к обработке радиосигналов, в частности к аналого-цифровому преобразованию радиочастотных сигналов, и может быть использовано в радиолокации, гидролокации, телеметрии и технике связи. Целью изобретения является упрощение устройства путем исключения P - 1 интерферометров и P - 1 каналов в кодообразующем блоке. Цель достигается тем, что в оптоэлектронный АЦП, содержащий электрооптический кристалл из ниобата лития z-среза, на поверхности которого расположен интерферометр в виде пары диффузионных световодов, имеющих форму спирали длиной l=C_n/4f_o , где C_n - скорость света в кристалле, f_o - частота радиосигнала, снабженных управляющими электродами в виде двухпроводной полосковой линии спиральной формы, полоски которой расположены над световодами, причем начала световодов являются оптическими входами интерферометра, концы - оптическими выходами, а между поверхностью кристалла и электродами помещен диэлектрический подслой, толщина которого выбрана убывающей в направлении от начала световода к концу, оптический квантовый генератор с импульсным режимом излучения, подключенный к оптическому входу интерферометра, оптический выход которого подключен к входу P-разрядного кодообразующего блока, где P - число разрядов АЦП, согласованную нагрузку, подключенную к концам двухпроводной полосовой линии, расположенным со стороны оптического входы интерферометра. Согласно изобретению в устройство дополнительно введены P отводная линия задержки и ключ, через который вход линии задержки соединен с сигнальным входом АЦП, сумматор и весовые элементы с коэффициентами передачи K_i=1/2ⁱ , где i = 1 . . . P, через которые входы сумматора соединены с соответствующими отводами P отводной линии задержки, а выход сумматора соединен в концами двухпроводной полосковой линии, расположенными со стороны оптического выхода интерферометра. 2 ил.