книги / Обработка радиосигналов акустоэлектронными и акустоопритческими устройствами

весьма значителен несмотря на скос, выполненный на его тыльной грани. Возбуждепне производилось через глицериновую диэлек-. трическую связку . После аппроксимации более плавными кривыми * методом, изложенным в [5], определены параметры четырехэлемептной эквивалентной схемы: /„=320 МГц, /с=0.031, Q = 1.82* С0= 2 5 пФ, С = 0.775 нФ, L = 0 .3 2 мкГн, Д = 3 5 0 Ом.

На рис. 3 изображены конструкция высокоомного измеритель­ ного перехода и его электрические характеристики в режимах холостого хода и короткого замыкания. Целью разработки дан­ ного перехода являлось создание конструкции с 75-омным волно-

jb, g , См

вым сопротивлением. Выходной частью перехода является несим­ метричный 75-омпый полосковый волновод, сигнальным провод­ ником которого служит внутренний проводник прямоугольпого коаксиального волновода с размерами 0.8 м м Х З мм. На рис. 4 и 5 представлены результаты экспериментальных исследований пла­ стинчатого ПП из L iN b 0 3 У + 36°-ср еза, соединенного методом термокомпрессии металлическим слоем In —Gu со светозвукопроводом из L iN b 0 3 [001]. На рис. 4 изображены частотные характе­ ристики активной и реактивной составляющих входной проводи­ мости исследуемого ПП и КСВ в 75-омиом тракте с высокоомным переходом; а на рис. 5 — с низокоомным.

Анализируя полученные результаты, можно сделать следую­ щие выводы. Разработанный высокоомный переход имеет индук­ тивность значительной величины, которая образует паразитный последовательный резонанс с емкостью ПП, маскирующий его собственные характеристики.

Паразитный резонанс низкоомного перехода с исследуемым ПП выше, чем у высокоомного, что позволяет сделать вывод о перспективности его использования при измерениях характери­ стик и при возбуждении ПП из сильных и слабых пьезоэлектри­ ков в нижней части дециметрового диапазона.

ШУМЫ АКУСТООПТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

СОПТИЧЕСКИМ ГЕТЕРОДИНИРОВАНИЕМ

Вработах nô исследованию акустооптических методов обра­ ботки сигналов большое внимание уделяется устройствам с опти­ ческим гетеродинированием, так как в указанных устройствах сохраняется информация о фазе обрабатываемого сигнала [1 , 2 ].

Большой интерес представляет оценка собственных шумов таких устройств, уровень которых определяет минимальный уровень входного сигнала. Оценке шумов при оптическом гетеродини­ ровании в основном в системах оптической связи посвящено боль­ шое число публикаций, например [3, 4]. Оптические устройства обработки информации, в том числе акустооптические, имеют по сравнению с устройствами оптической связи следующие особен­ ности:

—один п тот же лазер является источником как сигнального, промодулироваиного обрабатываемым сигналом, так и гетеродин­ ного оптических пучков;

—может быть полностью устранено путем экранировки влия­ ние фонового излучения, являющегося источником шумов.

Рассмотрим источники шумов акустооптических устройств с оптическим гетеродинированием, работающих в линейном ре­ жиме, а также, учитывая указанные особенности, оценим отно­ шение сигнал/шум на выходе таких устройств при обработке де­ терминированных сигналов.

Оптические устройства обработки информации обладают рядом источников шумов, наиболее серьезными из которых являются лазер и фотоприемипк. Элементы оптической системы — линзы, модуляторы и другие, точнее, их. технологические дефекты, оп­ тические неоднородности, аберрации и т. д. [5] являются косвен­ ными источниками шумов, т. е. увеличивают рассеянный (не не­ сущий информации) свет. Это существенно увеличивает шумы устройств с прямым фотодетектированием, а в устройствах с оп­ тическим гетеродинированием ведет к уменьшению полезного сиг­ нала.

В устройствах обработки информации наибольшее распростра­ нение получили газовые лазеры, для видимого диапазона — гелийиеоповые. Это объясняется их высокой пространственной и вре­ менной когерентностью, а также большой по сравнению с другими тинами лазеров надежностью. При работе реального лазера флук­ туируют его частота и выходная мощность [6 ]. Физические при­

чины, вызывающие эти флуктуации, различны и не всегда пол­ ностью устранимы [5]. Частотные флуктуации содержатся как в сигнальном, так и в гетеродинном пучках и не влияют на ча­ стоту выходного сигнала, так как при преобразовании на фото­ приемнике полностью компенсируются. Флуктуации выходной мощности приводят к амплитудной модуляции обрабатываемого сигнала, которая, согласно [7], может достигать 2 0 %, однако

практический опыт показывает, что для современных лазеров эта величина значительно меньше. Шум спонтанного излучения, на­ зываемый избыточным, был рассчитан н экспериментально изме­ рен [8]. Его уровень определяется приблизительно равным

— 90 дБ по отношению к мощности лазера, т. е. весьма незначителен. Наиболее существенное влияние на уровень шума устройств с оп­ тическим гетеродинированием могут оказать биения мод лазера, попадающие в полосу устройства. На рис. 1 приведена эксперимен­ тально снятая спектральная структура биений мод выпускаемых

Л

ЛГ-38

Qj

I 0.5

Рпс. 1. Спектральная структура бнешш гелпй-пеоповых лазеров.

промышленностью гелий-неоновых лазеров: Л Г-38 (длина резона­ тора L P S ;1 .8 M) и ЛГ 52-1 (длпна резонатораL æ 0 .7 м), используемых

в лабораторных исследованиях. Сплошной линией обозначены биения продольных мод лазеров, частотный интервал v между ко­ торыми определяется по формуле

с

v = 2л Г ’

где с — скорость света в вакууме, п — коэффициент преломления

среды. Пунктиром показаны другие, экспериментально наблюдае­ мые биения. Для сравнения заметим, что уровень максимального биения показанного на рис. 1, соответствует уровню выходного

Имея в выражении для Sx частотно-зависимые функции, осо­ бенно, если Д/ = /в— /„ велика, более корректно выражение (2 )

записывать в виде

г/»

что, как правило, выполняется. Кроме того, для упрощения записи введем следующие обозначения:

Если шумы, вызываемые темповым током, а также шумы последую­ щего полосового усилителя много меньше дробовых шумов, вызы­ ваемых гетеродинным пучком, выражение (3 ) упрощается:

«C t j P . - P , )

ЦСг

т.е. при заданной мощности лазера и с уменьшением мощности гетеродинного пучка Sx монотонно возрастает.

Найдем значение Р г, при котором 5jv = max для случая, когда нельзя пренебречь темновым током и шумами усилителя, а М задано. Продифференцируем выражение (3 ):

где

Приравнивая числитель нулю, решим квадратное уравнение и, от­ брасывая корень, не имеющий физического смысла, получим выра­ жение для Р т, при котором £ff = max:

—£4 ~Н I Ч~ CjCjPt с 2

На рис. 2 приведены нормированные расчетные зависимости S x от Р тдля выпускаемого промышленностью ЛФД-2 при различ­

ных значениях шума усилителя, нагрузки ЛФД и коэффициента умножения М . Из графиков видно, что с увеличением темнового тока ЛФ Д, шумов усилителя, или при уменьшении М , максимум S x сдвигается в сторону возрастания Р т.

Так как обычно угол падения мал, то можно считать, что cos Тогда параметр мгновенного рассогласования определяется сле­ дующим образом:

а амплитудно-частотная характеристика изотропной дифракции света на упругих волнах описывается соотношением

где Q s= 2 ^ A 0lf%/nv2— параметр Кляйна—Кука па частоте fs - Вид

амплитудно-частотной характеристики для случая изотропной

1 0*10

0.5-

Рпс. 3. Амплитудно-частотная характеристика изотропной дифракции.

дифракции, вычисленной по формуле (4), для различных значений приведен на рис. 3.

Рассмотрим аномальную дифракцию света на упругих волнах в оптически одноосных кристаллах, полагая для определенности п0 ^ nei т- е. рассмотрим оптически отрицательные кристаллы (например, LiN b03), где п0 и пе — показатели преломления кри­

сталла для световых волн с обыкновенной и необыкновенной поля­ ризациями. Поверхности’ волновых^векторов для точечного источ­ ника света, расположенного внутри ^кристалла, представляют собой сферу и эллипсоид, которые'касаются друг друга в'двух'точ­ ках оптической оси кристалла. Радиус сферы пропорционален п0; полуоси эллипса, образующего эллипсоид, пропорциональны п 0 и п е. При аномальной дифракции света на упругих волнах па­