Оптико-электронные системы измерения мгновенной частоты радиосигналов СВЧ-диапазона на основе амплитудно-фазового модуляционного преобразования оптической несущей

• Автор: Нургазизов, Марат Ринатович
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ РАДИОСИГНАЛОВ СВЧ-ДИАПАЗОНА. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК
И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Средства измерения мгновенной частоты радиосигналов
1.2 Методы и средства оптико-электронных измерений
мгновенной частоты радиосигналов
1.2.1 Методы оптико-электронных измерений
мгновенной частоты радиосигналов
1.2.2 Средства оптико-электронных измерений
мгновенной частоты радиосигналов
1.3 Анализ погрешностей измерений мгновенной частоты радиосигналов при реализации преобразования типа
«частота-амплитуда» в волоконных решетках Брэгга
1.4 Анализ уровня развития двухчастотных способов определения
характеристик волоконных решеток Брэгга
1.5 Выводы по главе. Постановка задач исследований
ГЛАВА 2. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ РАДИОСИГНАЛОВ
НА ОСНОВЕ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО МОДУЛЯЦИОННОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ НЕСУЩЕЙ
2.1 Амплитудно-фазовое преобразование одночастотного когерентного
излучения в двухчастотное со сжатием полосы разностных частот..
2.1.1 Требования к устройствам
модуляционного преобразования ОЭС ИМЧР
2.1.2 Особенности амплитудно-фазового преобразования одночастотного когерентного излучения
2.1.3 Обсуждение результатов
2.2 Способ ИМЧР
с расширением диапазона измерительного преобразования
2.3 Способ ИМЧР с формированием окна прозрачности
в центральной области волоконной решетки Брэгга
2.4 Способ ИМЧР
с расщеплением спектральных составляющих
на фиксированную разностную частоту
2.4.1 Описание способа
2.4.2 Структурная схема устройства для реализации способа
2.4.3. Имитационное моделирование способа
с фиксированной разностной частотой
2.5. Обобщенная структурная схема ОЭС ИМЧР ;
с амплитудно-фазовым модуляционным преобразованием
оптической несущей
2.6 Обсуждение полученных результатов. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СПОСОБЫ ВНУТРИСИСТЕМНОГО МОНИТОРИНГА РАБОЧИХ РЕЖИМОВ УСТРОЙСТВ МОДУЛЯЦИОННОГО И ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
3.1 Анализ звеньев модуляционного и измерительного преобразования ОЭС ИМЧР
3.2 Способ внутрисистемного мониторинга
положения рабочей точки амплитудных модуляторов
3.3 Двухчастотный способ определения относительного сдвига в системе «лазер-ВРБ» при изменении температуры
3.4 Анализ погрешностей измерений при отклонении
параметров преобразования от оптимальных
3.4.1 Погрешность, обусловленная осцилляциями огибающей ВРБ

3.4.2 Влияние не до конца подавленной несущей
на динамический диапазон измерений
3.5. Обсуждение результатов. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ОЭС ИМЧР
НА ОСНОВЕ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО МОДУЛЯЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ НЕСУЩЕЙ
4.1 Практические рекомендации по проектированию
блока модуляционного преобразования ОЭС ИМЧР
4.1.1 Выбор типа электрооптического модулятора
4.1.2 Имитационное моделирование
амплитудно-фазового модуляционного преобразования
4.1.3 Характеристики электрооптических модуляторов
для реализации ОЭС ИМЧР
4.2 Особенности формирования волоконных решеток Брэгга Г
со специальной формой АЧХ и фазовыми неоднородностями
4.3 Измерение мгновенной частоты радиосигнала СВЧ-диапазона
на экспериментальной макетной установке
4.4 Разработка методических рекомендаций для реализации интегральных решений
при проектировании ОЭС ИМЧР
4.4.1 Интегральный модуль «антенна-электрооптический модулятор»
4.4.2 Интегральный модуль преобразования «частота-амплитуда»
на ВРБ с мониторингом температуры
4.4.3 Интегральный модуль положения рабочей точки модулятора
4.5 Определение мгновенной частоты нескольких радиосигналов СВЧ-диапазона с помощью преобразования «частота-амплитуда» в контурах усиления
и поглощения Манделынтама-Бриллюэна
В ОЭС, реализующих принцип преобразования «частота-время» [11, 12], для ИМЧР устанавливается соотношение между частотой радиосигнала и временем оптической задержки. Для этого в [11, 12] используется чирпированная ВРБ с высоким параметром дисперсии 1000 пс/нм. Измеряется разница во времени между приходом на фотоприемник двух боковых составляющих АМ-колебания с подавленной несущей (АМПН-колебания) с одинаковой фазой, по которой вычисляется мгновенная частота радиосигнала.
Поскольку данная разница составляет несколько пикосекунд и требует сверхбыстродействующей аппаратуры регистрации, то данная система является очень сложной и дорогой. Кроме того, существенное влияние на диапазон измерений оказывает не до конца подавленная оптическая несущая. Близкие к требуемым сегодня характеристикам были получены в [13] и [14] при использовании соответственно однополосной модуляции и рециркуляционной линии задержки с узкополосным фильтром, использующим эффект рассеяния Ман-делыдтама-Бриллюэна. Однако и в этом случае ОЭС требуют точной юстировки, остаются сложными и дорогостоящими.
В ОЭС, реализующих принцип преобразования «частота-пространство» [15-18], используется, как правило, принцип многоканальности. Для разделения каналов применяются чирпированные ВРБ с фазовым сдвигом [15], объемные дифракционные решетки [16], волоконно-оптические фильтры Фабри-Перо с диэлектрическими зеркалами [17], структуры интегральной оптики на основе фильтров Фабри-Перо, выполненных на базе решеток Брэгга и линз Френеля [18]. Кроме того, каждый из каналов должен быть снабжен отдельным фотоприемником, что делает ОЭС объемной, массивной, сложной и дорогостоящей.
Проведенный анализ наглядно показывает причины, по которым на первый план в ОЭС ИМЧР выходят средства, реализующие принцип преобразования «частота-амплитуда». В большинстве иностранных работ для этого метода применяется название «частота-мощность» или «частота-интенсивность». Мы будем применять термин «частота-амплитуда» поскольку на стадии преобразования оптической несущей в дисперсионном элементе не происходит квадра-