×
20.05.2016
216.015.3fd3

Результат интеллектуальной деятельности: АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ С ПОВЫШЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Акустооптический измеритель параметров радиосигналов включает в себя последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующую линзу, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройство, и цилиндрическую линзу, расположенную между интегрирующей линзой и линейкой фотоприемников. При этом на пути дифрагированных пучков между АО дефлектором и интегрирующей линзой помещается призма из светопрозрачного однородного материала с нормальной дисперсией. Причем основание призмы параллельно плоскости АО взаимодействия, а угол падения дифрагированных пучков на входную грань призмы и ее преломляющий угол являются максимально возможными, при условии отсутствия на выходной грани призмы полного внутреннего отражения световых пучков во всем рабочем диапазоне частот АО измерителя. Технический результат заключается в увеличении разрешающей способности акустооптического измерителя параметров радиосигнала. 2 ил.
Основные результаты: Акустооптический измеритель параметров радиосигналов, состоящий из последовательно по свету расположенных лазера, коллиматора, АО дефлектора, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующей линзы, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройство, и цилиндрической линзы, расположенной между интегрирующей линзой и линейкой фотоприемников, выполняющей согласование апертуры дифрагированного излучения с размером линейки фотоприемников в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции, отличающийся тем, что на пути дифрагированных пучков между АО дефлектором и интегрирующей линзой помещается призма из светопрозрачного однородного материала с нормальной дисперсией, причем основание призмы параллельно плоскости АО взаимодействия, а угол падения дифрагированных пучков на входную грань призмы и ее преломляющий угол являются максимально возможными, при условии отсутствия на выходной грани призмы полного внутреннего отражения световых пучков во всем рабочем диапазоне частот АО измерителя.

Предлагаемое изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве измерителя параметров радиосигналов в широкополосных системах связи, радиолокации и пеленгации.

Известен акустооптический (АО) анализатор спектра с пространственным интегрированием (опубликованный в книге: Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени / О.Б. Гусев, C.B. Кулаков, Б.П. Разживин, Д.В. Тигин: под ред. Кулакова C.B. - М.: Радио и связь, 1989, с. 48), в состав которого входят последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, Фурье-линза и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая разрешающая способность, ограниченная апертурой лазерного пучка вдоль направления распространения звуковой волны.

Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, Фурье-линза и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников.

Известен акустооптический анализатор спектра СВЧ-радиосигналов (Белокурова О.И., Петрунъкина В.Ю., Щербакова А.С. №1354128, опубл. 23.11.1987 г. в бюллетене №43), который содержит в своем составе последовательно по свету включенные лазер, конденсор, коллиматор, АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующую линзу, осуществляющую Фурье-преобразование, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройство.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая разрешающая способность, ограниченная апертурой лазерного пучка вдоль направления распространения звуковой волны.

Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются последовательно по свету расположенные лазер, коллиматор, АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, Фурье-линза и регистрирующее устройство в виде линейки фотоприемников.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство-прототип: акустооптический измеритель параметров радиосигналов (Пелипенко М.И., Новиков В.М., Шибаев С.С., Роздобудько В.В. №2006140818/22, опубл. 10.11.2007, бюл. №31).

Устройство-прототип (см. фиг. 1) содержит в своем составе последовательно по свету включенные лазер 1, коллиматор 2, АО дефлектор 3, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующую линзу 4, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройство 6, и цилиндрическую линзу 5, расположенную между интегрирующей линзой и линейкой фотоприемников, выполняющую согласование апертуры дифрагированного излучения с размером линейки фотоприемников в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции.

Признаками выбранного прототипа, общими с заявляемым изобретением, являются последовательно по свету включенные лазер, коллиматор, АО дефлектор, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующая линза, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройство, цилиндрическая линза, расположенная между интегрирующей линзой и линейкой фотоприемников, выполняющая согласование апертуры дифрагированного излучения с размером линейки фотоприемников в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции.

Причиной, препятствующей достижению прототипом требуемого технического результата, является низкая разрешающая способность, ограниченная апертурой лазерного излучения вдоль направления распространения акустического пучка.

Разрешающая способность акустооптических измерителей определяется отношением углового диапазона сканирования дифрагированного излучения Δθ к расходимости лазерного излучения на выходе акустооптического дефлектора Δφ, где Δθ=λ0Δf/v (λ0 - длина волны света, Δf - полоса рабочих частот АОД, v - скорость звука в светозвукопроводе АОД), a Δφ=k·λ0/D (D - световая апертура, а k - постоянная величина, зависящая от уровня мощности, по которому определяется световая расходимость исходного светового пучка, и от формы пространственного распределения его амплитуды). В итоге, разрешение измерителя определяется соотношением Ν=Δθ/Δφ=k·Δf·D/v, из которого видно, что для заданной полосы анализа измерителя разрешение ограничивается величиной D, увеличение которой ведет к снижению быстродействия акустооптического измерителя.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение разрешающей способности акустооптического измерителя параметров радиосигналов.

Технический результат, достигаемый при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в том, что на пути дифрагированных пучков между АО дефлектором и интегрирующей линзой помещается призма из светопрозрачного однородного материала с нормальной дисперсией, причем основание призмы параллельно плоскости АО взаимодействия, а угол падения дифрагированных пучков на входную грань призмы и ее преломляющий угол являются максимально возможными, при условии отсутствия на выходной грани призмы полного внутреннего отражения световых пучков во всем рабочем диапазоне частот АО измерителя.

Для достижения технического результата в акустооптическом измерителе параметров радиосигналов, состоящем из последовательно по свету включенных лазера, коллиматора, АО дефлектора, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующей линзы, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройством цилиндрической линзы, расположенной между интегрирующей линзой и линейкой фотоприемников, выполняющей согласование апертуры дифрагированного излучения с размером линейки фотоприемников в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции, на пути дифрагированных пучков между АО дефлектором и интегрирующей линзой помещается призма из светопрозрачного однородного материала с нормальной дисперсией, причем основание призмы параллельно плоскости АО взаимодействия, а угол падения дифрагированных пучков на входную грань призмы и ее преломляющий угол являются максимально возможными, при условии отсутствия на выходной грани призмы полного внутреннего отражения световых пучков во всем рабочем диапазоне частот АО измерителя.

Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видно, что оно содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию «новизна». Проводя сравнение с аналогами, видно, что предлагаемое устройство соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.

Для доказательства наличия причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим принцип работы предлагаемого акустооптического измерителя параметров радиосигналов.

Сущность изобретения, а также его работа поясняется схемой, приведенной на фиг. 2. Устройство в своем составе имеет последовательно по свету расположенные лазер 1, генерирующий когерентное оптическое излучение, коллиматор 2, формирующий на светозвукопроводе требуемую конфигурацию лазерного излучения, АО дефлектор 3, осуществляющий преобразование спектра измеряемого радиосигнала, который подается на СВЧ-вход дефлектора, в пространственный спектр, диспергирующую призму 7, выполняющую увеличение выходного пространственного спектра, интегрирующую линзу 4, согласующую перемещение дифрагированного луча при угловом сканировании на выходе из АО дефлектора с заданной областью на линейке фотоприемников, цилиндрическую линзу 5, выполняющую согласование апертуры дифрагированного излучения с размером линейки фотоприемников в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции, и линейку фотоприемников 6, осуществляющую регистрацию пространственного спектра в фокальной плоскости интегрирующей линзы.

Предлагаемый акустооптический измеритель параметров радиосигналов работает следующим образом. Измеряемый радиосигнал подается на вход измерителя и поступает в АО дефлектор 3 (см. фиг. 2), в светозвукопроводе которого за счет обратного пьезоэффекта создает внутренние периодические деформации среды (акустические волны). Оптическое излучение от лазера 1, пройдя коллиматор 2, под определенным углом к фронту акустического поля, падает на периодическую структуру, распространяющуюся в светозвукопроводе АО дефлектора 3. В результате акустооптического взаимодействия, согласно известным законам дифракции, на выходе АО дефлектора 3 дифрагированный луч отклоняется от прошедшего на определенный угол, причем частота дифрагированного излучения будет сдвинута, согласно эффекту Доплера на величину, равную частоте акустических колебаний f, относительно частоты исходного лазерного излучения v, знак частотного сдвига определяется тем, сонаправлены (+f) или противоположно направлены (-f) волновой вектор звуковой волны и проекция на него волнового вектора падающего лазерного излучения, следовательно, частота дифрагированного лазерного излучения будет равна v±f, соответственно, будет меняться и длина волны лазерного излучения от λ1=c/(v±f1) до λ1=c/(v±f2), где с - скорость света в свободном пространстве, f1, f2 - нижняя и верхняя частоты рабочего диапазона, выбор знака соответствует используемому порядку дифракции +1 или -1.

Угол дифракции изменяется при изменении частоты поданного на АО дефлектор радиосигнала. В рабочем диапазоне частот дифрагированный луч сканирует по углу и перекрывает заданную область на линейке фотоприемников. Согласование перемещения дифрагированного луча при угловом сканировании, на выходе из АО дефлектора, с заданной областью на линейке обеспечивается интегрирующей линзой. Цилиндрическая линза, расположенная непосредственно перед линейкой фотоприемников, выполняет согласование апертуры дифрагированного пучка с размером линейки в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции, с целью увеличения чувствительности измерителя.

Анализ показывает, что при прохождении дифрагировавшего луча через призму угол между нормалью к выходной грани призмы и выходящим лучом будет равен:

φ(а)=arcsin{n(sin(A)cos(arcsin(sin(a)/n))-cos(A)sin(a))},

где а - угол между нормалью к входной грани и падающим лучом, А - преломляющий угол призмы, n - показатель преломления призмы.

При наличии дисперсии показатель преломления n будет зависеть от длины волны лазерного излучения, а значит и от частоты подаваемого на вход АОД радиосигнала f.

Предполагая, что для изготовления призмы выбирается среда с нормальной линейной дисперсией, т.е. n=n1-kλ(λ-λ1), где kλ=(n2-n1)/(λ12), n1, n2 - показатели преломления для пучков, соответствующих границам частотного диапазона, то угол между крайними пучками рабочего диапазона АОД на выходе призмы будет равен:

θo(a)=φ(f1, a-Δθ)-φ(f2, a),

здесь а - угол падения света на нижней частоте f1 диапазона рабочих частот измерителя.

Для определения разрешающей способности измерителя после призмы необходимо учесть изменение расходимости проходящих лазерных пучков, которая будет определяться выражением:

Δαo(f,а)=φ(f,af(f))-φ(f,af(f)-Δφ),

здесь af(f) - угол падения света на частоте f, данная зависимость имеет монотонно возрастающий характер, следовательно, наименее выгодный случай будет наблюдаться на частоте f2, таким образом, разрешающая способность измерителя после использования призмы может быть найдена из соотношения:

Nп=0o(a)/Δαo(fB, a).

Для количественной оценки отношения Νп к N был проведен численный расчет со следующими параметрами: диапазон рабочих частот Δf=(fн÷fв)=(1500÷2000) МГц, скорость звука в кристалле АОД v=3590 м/с, длина волны лазера λ0=657 нм, апертура падающего лазерного пучка D=4 мм, n(f1)=1,5, n(f2)=1,6.

Расчеты показывают, что для оптимального значения преломляющего угла призмы, разрешающая способность может быть улучшена в 3 раза.

Технико-экономический результат использования данного изобретения заключается в улучшении разрешающей способности акустооптического измерителя параметров радиосигналов.

Акустооптический измеритель параметров радиосигналов, состоящий из последовательно по свету расположенных лазера, коллиматора, АО дефлектора, на электрический вход которого подается измеряемый радиосигнал, интегрирующей линзы, в фокальной плоскости которой расположено регистрирующее устройство, и цилиндрической линзы, расположенной между интегрирующей линзой и линейкой фотоприемников, выполняющей согласование апертуры дифрагированного излучения с размером линейки фотоприемников в плоскости, перпендикулярной плоскости дифракции, отличающийся тем, что на пути дифрагированных пучков между АО дефлектором и интегрирующей линзой помещается призма из светопрозрачного однородного материала с нормальной дисперсией, причем основание призмы параллельно плоскости АО взаимодействия, а угол падения дифрагированных пучков на входную грань призмы и ее преломляющий угол являются максимально возможными, при условии отсутствия на выходной грани призмы полного внутреннего отражения световых пучков во всем рабочем диапазоне частот АО измерителя.
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ С ПОВЫШЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ
АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ С ПОВЫШЕННЫМ РАЗРЕШЕНИЕМ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 43 items.
13.01.2017
№217.015.89ed

Высокочувствительный преобразователь емкости в частоту

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, а именно к устройствам преобразования емкости в частоту, и может быть использовано в устройствах первичной обработки информации емкостных преобразователей микромеханических гироскопов и акселерометров. Высокочувствительный преобразователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602493
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.9fe5

Способ получения полианилина, допированного металлом

Изобретение относится к способу получения полианилина, допированного металлом, который может быть использован в электронной технике для изготовления датчиков газовых сред, электродов конденсаторов и т.д. Способ заключается в том, что вначале готовят реакционную смесь: окислитель растворяют в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606231
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.c1ea

Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной антенной решетки наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617796
Дата охранного документа: 26.04.2017
25.08.2017
№217.015.c2b2

Приемопередающая антенная решетка модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной приемопередающей антенной решетки модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617794
Дата охранного документа: 26.04.2017
25.08.2017
№217.015.c69d

Способ импрегнирования абразивных инструментов

Изобретение относится к производству и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке, а именно абразивных кругов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Способ включает пропитку инструмента водным раствором в емкости, содержащим 20-25 г дийодида хрома на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618682
Дата охранного документа: 10.05.2017
26.08.2017
№217.015.d65f

Способ биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора

Изобретение относится к средствам биометрической идентификации личности. Техническим результатом является повышение надежности идентификации. В способе обеспечивается информационная безопасность за счет использования биометрической идентификации на основе папиллярного узора пальца, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622879
Дата охранного документа: 20.06.2017
26.08.2017
№217.015.df8e

Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке

Изобретение относится к способу изготовления газовых датчиков и применяется для получения газочувствительного материала, который выполнен на основе диоксида титана, нанесенного на сапфировую подложку, и предназначен для регистрации содержания микропримесей оксида углерода и кислорода. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625096
Дата охранного документа: 11.07.2017
13.02.2018
№218.016.22d4

Способ получения окисленного лигнина

Изобретение относится к способу получения окисленного лигнина путем электрохимического модифицирования гидролизного лигнина в водном кислотном электролите на углеродных электродах при температуре окружающей среды. Способ характеризуется тем, что модифицирование лигнина проводят в растворе HF,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641901
Дата охранного документа: 23.01.2018
17.02.2018
№218.016.2ccf

Способ генерации импульсов нейтронов

Изобретение относится к способам генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к способам, используемым в отпаянных ускорительных трубках, и может быть использовано в ускорительной технике или в геофизическом приборостроении, например в импульсных генераторах нейтронов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643523
Дата охранного документа: 02.02.2018
10.05.2018
№218.016.41c6

Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр

Изобретение относится к области измерительной техники и микросистемной техники, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величин угловой скорости и ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр дополнительно содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649249
Дата охранного документа: 30.03.2018
Showing 11-19 of 19 items.
13.01.2017
№217.015.89ed

Высокочувствительный преобразователь емкости в частоту

Изобретение относится к цифровой измерительной технике, а именно к устройствам преобразования емкости в частоту, и может быть использовано в устройствах первичной обработки информации емкостных преобразователей микромеханических гироскопов и акселерометров. Высокочувствительный преобразователь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602493
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.9fe5

Способ получения полианилина, допированного металлом

Изобретение относится к способу получения полианилина, допированного металлом, который может быть использован в электронной технике для изготовления датчиков газовых сред, электродов конденсаторов и т.д. Способ заключается в том, что вначале готовят реакционную смесь: окислитель растворяют в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606231
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.c1ea

Антенная решетка наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной антенной решетки наклонной поляризации модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617796
Дата охранного документа: 26.04.2017
25.08.2017
№217.015.c2b2

Приемопередающая антенная решетка модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного кардиомониторирования и эргометрии

Изобретение относится к области приемопередающих антенных решеток наклонной поляризации для ретрансляторов связи. Особенностью заявленной приемопередающей антенной решетки модуля позиционирования и дальней связи мобильного многофункционального аппаратно-программного комплекса длительного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617794
Дата охранного документа: 26.04.2017
25.08.2017
№217.015.c69d

Способ импрегнирования абразивных инструментов

Изобретение относится к производству и эксплуатации абразивного инструмента на керамической связке, а именно абразивных кругов, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Способ включает пропитку инструмента водным раствором в емкости, содержащим 20-25 г дийодида хрома на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618682
Дата охранного документа: 10.05.2017
26.08.2017
№217.015.d65f

Способ биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора

Изобретение относится к средствам биометрической идентификации личности. Техническим результатом является повышение надежности идентификации. В способе обеспечивается информационная безопасность за счет использования биометрической идентификации на основе папиллярного узора пальца, при этом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622879
Дата охранного документа: 20.06.2017
26.08.2017
№217.015.df8e

Способ получения чувствительного материала для газового датчика на сапфировой подложке

Изобретение относится к способу изготовления газовых датчиков и применяется для получения газочувствительного материала, который выполнен на основе диоксида титана, нанесенного на сапфировую подложку, и предназначен для регистрации содержания микропримесей оксида углерода и кислорода. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002625096
Дата охранного документа: 11.07.2017
13.02.2018
№218.016.22d4

Способ получения окисленного лигнина

Изобретение относится к способу получения окисленного лигнина путем электрохимического модифицирования гидролизного лигнина в водном кислотном электролите на углеродных электродах при температуре окружающей среды. Способ характеризуется тем, что модифицирование лигнина проводят в растворе HF,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641901
Дата охранного документа: 23.01.2018
17.02.2018
№218.016.2ccf

Способ генерации импульсов нейтронов

Изобретение относится к способам генерации импульсных потоков быстрых нейтронов, в частности к способам, используемым в отпаянных ускорительных трубках, и может быть использовано в ускорительной технике или в геофизическом приборостроении, например в импульсных генераторах нейтронов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002643523
Дата охранного документа: 02.02.2018
+ добавить свой РИД