Динамическое запоминающее устройство радиосигналов

Динамическое запоминающее устройство радиосигналов

Реферат

 

Изобретение относится к технике формирования и обработки радиосигналов. Изобретение позволяет организовать длительную оперативную память импульсных СВЧ радиосигналов на основе волоконно-оптического рециркулятора в условиях накопления внутренних шумов устройства, влияния дисперсии волоконного световода (ВС) и произвольных моментов появления входных радиосигналов. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении отношения сигнал/шум и позволяет, в зависимости от возможностей используемой элементной базы, формировать тысячи и десятки тысяч копий СВЧ радиосигнала. При преобладающем характере дробовых шумов отношение сигнал/шум уменьшается в два раза в момент формирования 100000-й копии. Технический результат достигается тем, что в динамическое запоминающее устройство радиосигналов, содержащее делитель мощности, оптический передатчик с лазерным диодом, а также фотоприемник, широкополосный усилитель СВЧ, волоконный световод, аттенюатор и блок управления, введены волоконно-оптический ключ, направленный волоконный ответвитель, волоконно-оптический усилитель и аттенюатор, выполненный волоконно-оптическим. 6 ил.

Изобретение относится к технике формирования и обработки радиосигналов.

Известно устройство динамической памяти (патент 4557552 США, МКИ³ G 02 B 5/172), содержащее лазерный диод с молекулятором тока, оптический выход которого подключен к входному торцу волоконного световода (ВС), намотанного на барабан. Излучение с отводов (изгибов) ВС на барабане проецируется в оптический стержень, с которого через первую линзу, кодирующий пространственный фильтр-маску и вторую линзу фокусируется на фотодиод (ФД). Входом устройства является электрический вход модулятора тока, а выходом - выход фотодиода.

Признаками аналога, совпадающими с признаками заявляемого технического решения, являются лазерный диод, волоконный световод и фотодиод.

Недостатками известного устройства являются малое время хранения информации, а также сложность изготовления, большой расход волоконного световода и неравномерность уровня копий сигнала на выходе.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, состоят в следующем.

Известное устройство по существу является многоотводной волоконно-оптической линией задержки (ЛЗ), причем из технологических соображений коэффициенты ответвления оптического излучения с отводов волоконного световода, намотанного на барабан, в оптический стержень выполняются одинаковыми. В этом случае благодаря последовательному ответвлению части оптического сигнала с постоянными коэффициентами ответвления в оптический стержень и потерь в последнем, амплитуда выходных сигналов устройства с ростом числа копий уменьшается и тем заметнее, чем больше коэффициент ответвления. Например, при коэффициенте ответвления, равном 0,5, амплитуда 10-й копии уменьшается по сравнению с первой в 500 раз. В результате при постоянном уровне шумов фотодиода отношение сигнал/шум (ОСШ) копий, а, следовательно, и время хранения информации в устройстве, резко снижаются.

Стремление обеспечить равномерность уровня копий сигнала на выходе устройства за счет последовательного увеличения коэффициентов ответвления предполагает использование уникального технологического оборудования и контрольно-измерительной аппаратуры, а также усложнение конструкции и габаритов барабана. В сочетании с большим расходом световолокна, пропорциональным числу формируемых копий, это приводит к значительным материальным затратам при изготовлении устройства.

Известно также запоминающее устройство (патент 4479701 США, МКИ³ G 02 B 5/172), в котором волоконно-оптическая линия задержки (ВОЛЗ) содержит первый и второй направленные волоконные ответвители (НВО) и первый волоконный световод, проходящий через оба НВО. Первый волоконный световод имеет два концевых участка и промежуточный участок. Первый концевой участок протянут от первой стороны первого НВО, а второй концевой участок - от второй стороны второго НВО. Промежуточный участок расположен между второй стороной первого НВО и первой стороной второго НВО.

Волоконно-оптическая ЛЗ содержит также второй волоконный световод, проходящий через оба НВО. Второй волоконный световод имеет два концевых участка и петлеобразный участок. Первый концевой участок протянут от второй стороны первого НВО, второй концевой участок протянут от первой стороны второго НВО, а петлевой участок размещен между первой стороной первого НВО и второй стороной второго НВО. НВО обеспечивают оптическую связь первого и второго волоконных световодов и передачу света между ними.

Признаком этого аналога, совпадающим с признаками заявляемого технического решения, является волоконный световод.

Время хранения информации в данном устройстве, как и в первом случае (см. патент 4557552 США, МКИ³ G 02 B 5/172), невелико. Кроме того, указанное устройство также не обеспечивает равномерность уровня копий выходного радиосигнала.

Причиной, препятствующей достижению требуемого технического результата, является затухание сигнала от копии к копии в связи с последовательным выводом части энергии оптического излучения (ОИ) из процесса циркуляции через второй концевой участок первого волоконного световода и первый концевой участок второго волоконного световода, причем во втором случае энергии оптического излучения бесполезно теряется на свободном торце волоконного световода. В результате при постоянном уровне шумов фотоприемника и заданных коэффициентах оптической связи между первым и вторым волоконными световодами, отношение сигнал/шум копий на выходе устройства и их уровень быстро снижаются, что в конечном итоге и обуславливает малое время хранения информации.

Из известных технических решений наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является динамическое оперативное запоминающее устройство (ДЗУ) с радиочастотой обратной связью (патент 2082280 РФ, МКИ⁶ H 04 B 10/00, G 02 B 6/00, заявл. 05.06.95 N 95108961/28, опубл. 20.06.97, БИ 17).

Устройство содержит последовательно соединенные первый делитель мощности (ДМ), сумматор мощности (СМ) с развязанными по радиочастоте входами, оптический передатчик (ОП) с лазерным диодом (ЛД), волоконный световод (ВС), фотоприемник (ФД), широкополосный усилитель мощности СВЧ колебаний (ШУ), второй делитель мощности, второй выход которого является выходом устройства, и управляемый аттенюатор (УАт), а также первый и второй управляемые ключи электронного коммутатора (ЭК) и блок управления (БУ), причем выход управляемого аттенюатора через первый ключ коммутатора подключен ко второму входу сумматора мощности, выход второго ключа коммутатора подключен к входу первого делителя мощности, второй выход которого соединен с входом блока управления; первый выход блока управления подключен к управляющему входу второго ключа, второй - к управляющему входу первого ключа, а третий - к управляющему входу управляемого аттенюатора; вход второго ключа является электрическим входом устройства.

Блок управления содержит последовательно соединенные широкополосный усилитель мощности, функциональный преобразователь (ФП), первый элемент задержки (ЭЗ) и первый расширитель импульсов (РИ), выход которого является первым выходом блока управления, а также асинхронный RS-триггер с прямыми входами и три параллельных канала, входы которых объединены с выходом функционального преобразователя.

Первый канал включает последовательно соединенные второй элемент задержки, второй расширитель импульсов, первый автоколебательный мультивибратор (АМВ) и формирователь импульсов запуска триггера (ФИЗ), выход которого подключен к входу S триггера, прямой выход которого является вторым выходом блока управления.

Второй канал содержит последовательно соединенные третий элемент задержки, третий расширитель импульсов, второй автоколебательный мультивибратор и формирователь импульсов сброса триггера (ФИС), выход которого подключен к входу R триггера.

Третий канал содержит четвертый расширитель импульсов, выход которого является третьим выходом блока управления.

Работает динамическое оперативное запоминающее устройство следующим образом.

В исходном состоянии в отсутствие запоминаемого (тиражируемого) сигнала второй ключ замкнут, первый ключ разомкнут, сигналы управления на всех выходах блока управления отсутствуют, на входе динамического запоминающего устройства присутствует фоновый шум, а на выходе - собственные и трансформированные на выход входные фоновые шумы. При этом затухание аттенюатора максимально и подобрано таким образом, что коэффициент петлевого усиления K_п равен единице. При появлении в момент t₀ на входе динамического запоминающего устройства аналогового сигнала СВЧ u_BX(t) длительностью _И, последний через замкнутый второй ключ, первый выход первого делителя мощности и первый вход сумматора мощности поступает на вход оптического передатчика с лазерным диодом, где преобразуется в оптический сигнал, интенсивность которого изменяется в строгом соответствии с законом мгновенного изменения уровня радиосигнала.

Далее через волоконный световод с задержкой _з < _И модулированный оптический сигнал поступает на фотоприемник ФД. Полученный в результате детектирования радиосигнал через широкополосный усилитель, первый выход второго делителя мощности и аттенюатор УАт поступает на вход первого ключа коммутатора ЭК.

Одновременно в момент t₀ часть входного сигнала со второго выхода первого делителя мощности поступает на вход блока управления, благодаря чему на выходах последнего появляются сигналы, управляющие дальнейшим состояниям аттенюатора и ключей.

Сигнал управления u₁(t) на первом выходе блока управления появляется с некоторой небольшой задержкой Dt после окончания входного сигнала u_BX(t) и размыкает второй ключ на заданное время хранения информации t₁=T_И. В результате фоновые шумы на входе передатчика исчезают, а память устройства оказывается заполненной.

Управляющий сигнал на втором выходе блока управления u₂(t) появляется в момент t = t₀+_з-Dt и представляет собой периодическую последовательность прямоугольных импульсов с периодом следования _з и длительностью t₂ = _И+2Dt. Под действием указанных сигналов первый ключ коммутатора периодически замыкается на время t₂ с упреждением относительно выходного сигнала аттенюатора. Введенная в устройство информации циркулирует по замкнутому контуру каждый раз только при наличии разрешающего сигнала со второго выхода блока управления. Так как в промежутках между замкнутыми состояниями первого ключа собственные шумы устройства не накапливаются, а время задержки оптического сигнала в волоконном световоде _з превышает длительность сигнала _И, устойчивость устройства сохраняется на весь период времени хранения информации T_И независимо от величины коэффициента петлевого усиления K_п. Это позволяет реализовать условие K_п 1 без опасности самовозбуждения устройства и тем самым обеспечить время хранения информации, ограниченное только заданным отношением сигнал/шум копий сигнала, динамическим диапазоном (ДД) устройства и дисперсионными эффектами в волоконном световоде. Для надежного срабатывания ключей величина Dt должна выбираться порядка 0,05....0,1.

Управляющий сигнал на третьем выходе блока управления u₃(t) длительностью _з появляется в момент t=t₀. Под воздействием этого сигнала затухание аттенюатора скачком изменяется в сторону уменьшения таким образом, чтобы реализовать необходимое значение K_п > 1 на время _з В промежутке от _з до T_И затухание аттенюатора и величина K_п снова принимают исходные значения.

Таким образом, благодаря наличию управляемого сигналами u₃(t) аттенюатора процесс запоминания входной информации разбивается на два цикла: в первом формируется m копий при K_п = K_п.1 > 1, а втором - N копий при K_п=K_п.2 K_п.1. С окончанием сигнала u₃(t) затухание аттенюатора и коэффициент петлевого усиления K_п принимают прежние исходные значения и начинается второй цикл запоминания информации. К этому моменту отношение сигнал/шум циркулирующей по замкнутому контуру динамического запоминающего устройства смеси сигнала и шума практически достигает своего предельного значения и в дальнейшем изменяется очень незначительно, что позволяет при K_п = K_п.2=1 во много раз увеличить время хранения информации во втором цикле запоминания по сравнению с первым.

Во втором цикле запоминания значения сигнала и шума последней m-й копии на входе динамического запоминающего устройства, сформированной в первом цикле, рассматриваются как исходные. Второй цикл запоминания информации характеризуется практически постоянным отношением сигнал/шум и, следовательно, высоким постоянством уровня формируемых копий, поскольку здесь коэффициент петлевого усиления K_п.2 принят равным единице.

Процесс запоминания информации заканчивается через время T_И. При этом сигналы u₁(t) и u₂(t) на первом и втором выходах блока управления также исчезают. В результате все функциональные элементы динамического запоминающего устройства приобретают исходные состояния. При поступлении на вход новых данных описанных выше процесс запоминания информации повторяется.

Блок управления работает следующим образом.

Усиленный в широкополосном усилителе мощности входной радиосигнал блока u_BX(t) длительностью _И преобразуется в фотоприемнике в видеосигнал той же длительности, который задерживается в первом элементе задержки на время _з = Dt и затем задним фронтом запускает первый расширитель импульсов, на выходе которого формируется при этом сигнал управления u₁(t) длительностью t_И. Одновременно видеосигнал с выхода ФП поступает на входы трех других параллельных каналов.

При этом третий канал используется для формирования управляющего сигнала u₃(t) на третьем выходе блока управления, а два других совместно с триггером - для формирования управляющего сигнала u₃(t) на втором выходе БУ.

С этой целью в первом канале видеосигнал с выхода фотоприемника предварительно задерживается в элементе задержки на время _з-Dt и затем передним фронтом запускает второй РИ, на входе которого в результате формируется видеосигнал длительностью T_И = _з+Dt. Последний запускает первый автоколебательный мультивибратор, на выходе которого, начиная с момента t = t₀+_з-Dt, формируется сигнал типа "меандр" с периодом повторения _з. В блоке формирователя импульсов запуска триггера "меандр" с выхода автоколебательного мультивибратора преобразуется в последовательность коротким видеоимпульсов с периодом повторения _з, причем временное положение этих импульсов соответствует моментам перехода выходного напряжения автоколебательного мультивибратора с логической единицы на логический нуль. Выходные сигналы формирователя импульсов запуска триггера поступают на вход S триггера и служат для периодического запуска последнего в моменты t_K = t₀+(1-k)_з-Dt, где k = 0, 1, 2,... При этом на прямом выходе триггера всякий раз устанавливается сигнал логической единицы.

Сигналы для сброса триггера в состояние логического нуля по прямому выходу в моменты t_C = t₀+(1+c)_з+_И+Dt, где c = 0, 1, 2,..., формируются аналогичным образом во втором канале. С этой целью видеосигнал с выхода фотоприемника, в отличие от первого канала, задерживается в элементе задержки на время _з+Dt и затем задним фронтом запускает третий расширитель импульсов, на выходе которого вырабатывается при этом видеосигнал, длительность которого в первом приближении составляет величину T_И-_з+4Dt. Под действием указанного сигнала второй автоколебательный мультивибратор формирует "меандр" с периодом следования _з, который в блоке формирователя импульсов сброса триггера преобразуется в последовательность коротких видеоимпульсов с периодом следования _з, сдвинутых относительно выходной последовательности импульсов формирователя импульсов запуска триггера на величину _И+2Dt. Выходные импульсы формирователя импульсов сброса триггера поступают на вход R триггера и сбрасывают его в состояние логического нуля по прямому выходу.

Таким образом, благодаря выходным сигналам блоков формирования импульсов запуска и сброса триггера, на втором выходе блока управления формируется сигнал управления u₂(t), представляющий периодическую последовательность видеоимпульсов с периодом следования _з и длительностью _И+2Dt, возникающих, как и выходные сигналы формирователя импульсов запуска триггера, в моменты t_K = t₀+(1-k)_з-Dt, где k = 0, 1, 2,...

Сигнал управления u₃(t) на третьем выходе блока управления длительностью m₃ вырабатывается на выходе четвертого расширителя импульсов, причем начало формирования сигнала u₂(t) совпадает с моментом прихода входного сигнала u_BX(t).

Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого технического решения, следующие: делитель мощности, оптический передатчик с лазерным диодом, фотоприемник с усилителем СВЧ, волоконный световод, блок управления и аттенюатор.

Данное устройство служит для организации динамической оперативной памяти аналоговых СВЧ радиосигналов. Недостатками известного динамического запоминающего устройства являются небольшое количество тиражируемых копий радиосигнала в случае преобладания в шумах тепловых и/или дробовых составляющих. Последнее же условие характерно для случаев проектирования динамического запоминающего устройства на фотодиодах без охлаждения.

Причины, препятствующие достижению требуемого технического результата, заключаются в том, что при организации динамической памяти радиосигналов используется радиочастотная обратная связь. При организации длительной оперативной памяти импульсов СВЧ радиосигналов происходит накопление шумовых флуктуационных составляющих всех узлов устройства.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в достижении возможности организации длительной оперативной памяти импульсных СВЧ радиосигналов на основе волоконно-оптического рециркулятора в условиях накопления внутренних шумов устройства, влияния дисперсии волоконного световода (ВС) и произвольных моментов появления входных радиосигналов.

Технический результат заключается в повышении отношения сигнал/шум на выходе динамического запоминающего устройства в три раза.

В предлагаемом изобретении исключается циркуляция, а следовательно, и накопление тепловых шумов электронной части динамического запоминающего устройства в отличие от прототипа. Благодаря последнему даже при коэффициенте шума, равном 2, удается в 3 раза повысить отношение сигнал/шум.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, позволяет в зависимости от возможностей используемой элементной базы формировать тысячи и десяти тысяч копий СВЧ радиосигнала. При преобладающем характере дробовых шумов отношение сигнал/шум уменьшается в два раза в момент формирования 100000-й копии. В прототипе подобное уменьшение отношения сигнал/шум начинается с 2048-й копии.

Технический результат достигается тем, что в динамическое запоминающее устройство радиосигналов, содержащее делитель мощности, первый выход которого соединен с оптическим передатчиком с лазерным диодом, а также фотоприемник, выход которого подключен к входу широкополосного усилителя СВЧ, а также волоконный световод и аттенюатор, управляющий вход которого соединен с вторым выходом блока управления (БУ), вход которого подключен к второму выходу делителя мощности, введены волоконно-оптический ключ, направленный волоконный ответвитель (НВО), волоконно-оптический усилитель (ВОУ), а аттенюатор выполнен волоконно-оптическим, причем выход оптического передатчика оптически связан с входом волоконно-оптического ключа, выход которого соосно подключен к первому порту направленного волоконного ответвителя, второй порт которого оптически связан с фотоприемником, последовательно соединены и оптически связаны третий порт направленного волоконного ответвителя, волоконно-оптический усилитель, волоконный световод, волоконно-оптический аттенюатор (ВОА) и четвертый порт направленного волоконного ответвителя, первый выход блока управления подключен к управляющему входу волоконно-оптического ключа, входом устройства является вход делителя мощности, а выходом - выход широкополосного усилителя СВЧ.

Анализ существенных признаков аналогов, прототипа и заявляемого объекта выявил следующие новые существенные признаки для заявляемого объекта: - введен НВО для обеспечения оптической рециркуляции сигнала по цепи: третий порт НВО - ВОУ - ВОА - четвертый порт НВО. Интенсивность с четвертого порта НВО делится пополам между вторым и первым портами; - введен ВОУ для компенсации потерь световой энергии в НВО, затухания излучения в волоконном световоде и технологических потерь при стыковке волоконно-оптических узлов между собой; - введен волоконно-оптический аттенюатор, затухание которого может изменяться скачком под воздействием управляющего сигнала со второго выхода блока управления; - введен волоконно-оптический ключ, обеспечивающий полную развязку схемы формирования копий радиосигнала от оптического передатчика; - блок управления имеет только два выхода, первый из которых подключен к управляющему входу волоконно-оптического ключа, а второй - к управляющему входу волоконно-оптического аттенюатора. Такое включение обеспечивает раздельное и независимое управление узлами.

Доказательство наличия причинно-следственной связи между заявляемой совокупностью признаков и достигаемым техническим результатом приводится далее.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена функциональная схема динамического запоминающего устройства радиосигналов; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие работу устройства.

Упрощенные формулы для расчета отношения сигнал/шум динамического запоминающего устройства с оптической обратной связью для четырех наиболее характерных случаев преобладания составляющих шума сведены в таблицу на фиг. 3.

Значения коэффициентов в формуле для расчета отношения сигнал/шум при двух циклах формирования копий радиосигнала сведены в таблицу на фиг. 4.

На фиг. 5 показана функциональная схема блока управления, а на фиг. 6 - эпюры, поясняющие принцип работы блока управления.

Устройство содержит (см. фиг. 1) делитель мощности (ДМ) 1, оптический передатчик (ОП) 2 с лазерным диодом (ЛД) 3, волоконно-оптический ключ (ВОК) 4, направленный волоконный ответвитель (НВО) 5, фотоприемник (ФП) 6 с широкополосным усилителем СВЧ (ШУ СВЧ) 7, а также волоконно-оптический усилитель (ВОУ) 8, волоконный световод (ВС) 9, волоконно-оптический аттенюатор (ВОА) 10 и блок управления (БУ) 11.

Вход ДМ 1 является входом ДЗУ. Первый выход ДМ 1 подключен к входу ОП 2 с ЛД 3, оптический выход которого связан с входом ВОК 4, выход которого оптически связан с первым портом НВО 5, второй порт которого оптически связан с фотоприемником 6, выход которого соединен с ШУ СВЧ 7, выход которого является выходом ДЗУ.

Последовательно соединены и оптически связаны третий порт НВО 5, ВОУ 8, ВС 9 и четвертый порт НВО 5. Управляющие входы ВОК 4 и ВОА 10 подключены к первому и второму соответственно выходам БУ 11. Второй выход ДМ 1 соединен с входом БУ 11.

Блок управления 11 содержит (см. фиг. 5) последовательно соединенные широкополосный усилитель (ШУ) СВЧ 12, функциональный преобразователь (ФП) 13, первую линию задержки (ЛЗ) 14 и первый формирователь импульсов (ФИ) 15, выход которого является первым входом блока управления, а также вторую ЛЗ 16, второй 17 и третий 18 ФИ, первый 19 и второй 20 ключи, сумматор 21, выход которого является вторым выходом блока управления. Вход второй ЛЗ 16 подключен к выходу первой ЛЗ 14, а выход соединен с входом второго ФИ 17, выход которого объединен с входом третьего ФИ 18 и управляющим входом второго ключа 20, на основной вход которого подано постоянное напряжение U₂₂. Выход третьего ФИ 18 соединен с управляющим входом первого ключа 19, на основной вход которого подано постоянное напряжение U₂₁. Первый вход сумматора 21 соединен с выходом первого ключа 19, а второй вход - с выходом второго ключа 20.

Работает динамическое запоминающее устройство следующим образом (см. фиг. 1 и 2).

Динамические запоминающие устройства (ДЗУ) предназначены для формирования временной последовательности копий u_C.i(t) = K_iu_C(t-i_з), i = 1,..., N сложного радиосигнала u_C(t) = U_Ccos(t) длительностью _И.. Параметр K_iu_С определяет амплитуду i-й копии радиосигнала с угловой модуляцией по закону (t). Выбор времени задержки _з > _И исключает возможность перекрытия отдельных копий.

Пусть на вход ДЗУ с ВОЛЗ в момент времени t₀ воздействует одиночный широкополосный СВЧ радиосигнал вида: Во временном интервале [t₀, t₀+_И] напряжение на входе оптического передатчика 2 u_ВХ(t) = u_ВХ.0(t) соответствует напряжению входного радиосигнала u_С(t). Применение в оптическом передатчике 2 инжекционного полупроводникового лазера ЛД 3 допускает непосредственную модуляцию интенсивности оптического излучения J_ОП простым изменением тока накачки: Здесь R_ВХ.ОП - реальная часть входного сопротивления оптического передатчика 2, а I_Н = U_С/R_ВХ.ЩП - амплитуда тока накачки лазерного диода 3.

Характерной особенностью зависимости излучения оптического передатчика 2 J_ОП от тока накачки является наличие порогового значения I_ПОР. При выборе постоянного тока смещения оптического передатчика I_см, удовлетворяющего условию I_СМ - I_ПОР > I_Н, (3) справедливо соотношение: J_OП(t) = J₀+S_OПI_Hcos(t), (4) где S_ОП - крутизна преобразования ОП в Вт/А.

НВО 5 является делителем мощности и конструктивно представляет собой два волоконных световода (ВС) со сплавленными посредством сварки сердцевинами, за счет чего удается осуществить ответвление части оптической энергии из одного ВС в соседний.

При подаче на входной порт 1 оптического излучения с интенсивностью J_НВО.1 на выходных портах 2 и 3 появляются излучения соответственно с интенсивностями Здесь коэффициент ответвления K_НВО определяет, какая часть интенсивности оптического излучения поступает с порта 1 на порт 3 в случае идеального (без потерь) НВО X-типа.

В реальных сплавных НВО всегда присутствуют потери световой энергии, которые выражаются в том, что суммарная выходная интенсивность J_НВО.2 + J_НВО.3 не совпадает с интенсивностью входного излучения J_НВО.1. Указанные потери (в Дб) учитываются в формуле (5.а) параметром Аналогично, при подаче на входной порт 4 НВО оптического излучения с интенсивностью J_НВО.4 на выходных портах 2 и 3 появляется излучение с интенсивностями Для увеличения числа копий входного сигнала в динамическом запоминающем устройстве целесообразно использовать волоконно-оптический усилитель 8, представляющий собой отрезок одномодового волоконного световода, легированного редкоземельными элементами, например эрбием или неодимом. При подкачке излучением на определенной длине волны это волокно обеспечивает усиление проходящего по нему оптического излучения основной (рабочей) длины волны.

Отрезок волоконного световода ВС 9 длиной L представляет волоконно-оптическую линию задержки (ВОЛЗ), обеспечивающий задержку проходящего сигнала на заданное время _з > _И. Учитывая что типовое значение погонной задержки ВС составляет 5 нс/м, длина отрезка ВС, в первом приближении, составляет: L[м] = _з[нc]/5. (6) Коэффициент передачи ВОЛЗ K_ВОЛЗ [дБ[ = -Г [дБ/м] L [м] (7) определяется погонным затуханием Г излучения в волоконном световоде.

Интенсивность световых потоков J_НВО.3 и J_НВО.4 на портах 3 и 4 НВО 5 связаны между собой соотношением J_HBO.4(t) = _OCJ_HBO.3(t-_з). (8) Коэффициент передачи цепи обратной связи _OC[дБ] = K_BOУ[дБ]+K_ВОЛЗ[дБ]-g_OC[дБ] (9) определяется технологическими потерями g_ОС [дБ] = g₃ [дБ] + g_В [дБ] + g₄ [дБ] (10) на стыковку волоконно-оптического усилителя 8 с портом 3 НВО 5 g₃, волоконно-оптического усилителя 8 и волоконного световода 9 g_А, порта 4 НВО 5 с волоконным свтоводом 9 g₄.

Введем в рассмотрение коэффициент передачи по замкнутой петле рециркуляции _П[дБ] = _OC[дБ]+10lg(1-K_HBO)-g_HBO[дБ] (11) и коэффициент прямой передачи излучения с лазерного диода 3 на фотокатод фотодиода 6 [дБ] = 10lg(1-K_HBO)-(g₁+g_HBO+g₂)[дБ]. (12) Согласно соотношениям (5) и (8) фотодиодом во временных интервалах t [t₀+Dt+i_з, t₀+i_з+_И], i 0 принимается последовательность световых импульсов с интенсивностью Из соотношений (2), (4) и (13) следует, что при выполнении условия (3) переменная составляющая напряжения на выходе фотоприемника 6 повторяет по форме входной радиосигнал (1) с задержкой по времени на величину i_з, i 0.

Таким образом, если на вход оптического передатчика 2 воздействует радиосигнал (1) с мощностью P_С = U_С²/2R_ВХ.ОП, (14) то на выходе динамического запоминающего устройства формируется последовательность копий радиосигнала с мощностью где - коэффициент прямой передачи сигнала с входа оптического передатчика 2 на выход динамического запоминающего устройства; K_P, K_У - коэффициенты усиления мощности усилительного каскада фотоприемника 6 и оконечного широкополосного усилителя мощности СВЧ 7 соответственно.

Для доказательства причинно-следственной связи между ожидаемым техническим результатом и признаками заявляемого технического решения проанализируем выражения (1)...(16).

В паспортных данных на отечественные приборы приводится вольтовая чувствительность фотоприемного модуля в В/Вт S_ФПМ = S_ФД R_Н.ФД K_P (17) При этом выражение (16) преобразуется к виду Из (15) следует, что идентичность копий радиосигнала достигается при K_НВО = 0.5 и _П = 1. При этом P₁ = KP_С, i 0 (19) Условие _П = 1 эквивалентно выполнению равенства K_ВОУ [дБ] = 3 + g_НВО [дБ] + Г [дБ/м] L [м] + (g₃ + g_В + g₄) [дБ] (20) Реальная чувствительность динамического запоминающего устройства определяется мощностью внешнего фонового шума P_Ф, принимаемого совместно с сигналом, и внутренних флуктуационных шумов линейного тракта, включающего оптический передатчик 2, фотоприемник 6, широкополосный усилитель мощности СВЧ 7 и делитель мощности 1.

В соответствии с [3] спектральная плотность мощности амплитудных шумов передающего оптического модуля, выделяемых на нагрузке фотодиода фотоприемника 6, W_АМПЛ.Ш = (S_ФДJ_Н)²R_Н.ФДRIN, где RIN - относительный шум интенсивности дБ/Гц.

На выходе фотодиода фотоприемника 6 необходимо учитывать источники со спектральной плотностью мощности шума темнового тока W_ТЕМН.Т = 2ei_ТЕМН.ТS_ФДJ_ФДR_Н.ФД, дробового шума оптического излучения W_ДР.Ш = 2eS_ФДJ_ФДK_ВОЛЗR_Н.ФД и теплового шума усилительного каскада фотоприемника 6 W_ТЕПЛ.Ш = (Ш_УС.К - 1)k_БT, где e = 1,6e-19 Кл - заряд электрона; i_ТЕМН.Т - среднее значение темнового тока фотодиода; k_Б = 1,3810 - 23 Дж/К - постоянная Больцмана; T - абсолютная температура, K; Ш_УС.К - коэффициент шума усилительного каскада ФПМ.

Заметим, что амплитудные и дробовые шумы W₁ = W_АМПЛ.Ш + W_ДР.Ш согласно (2) и (4) нестационарны во времени и изменяются в пределах формируемой последовательности копий. Ориентируясь на усредненное значение J_ФД, найдем Лишь в частном случае K_НВО = 0.5 и _П = 1 спектральная плотность мощности шумов W_i = W₀, i 0 останется постоянной в пределах всей формируемой последовательности копий радиосигнала.

Выражение W_фпр.i = W_i + W_ТЕМН.Т + W_ТЕПЛ.Ш, i 0 определяет спектральную плотность мощности шумов ФП 6.

Собственные шумы усилителя широкополосного усилителя мощности СВЧ 7 определяются тепловыми шумами, спектральная плотность мощности W_ШУ = (Ш_ШУ - 1)k_БT которых определяется коэффициентом шума Ш_ШУ.

В волоконно-оптическом усилителе 8 шумы обусловлены спонтанным излучением с интенсивностью J_СП.ИЗЛ.

В исходном состоянии в отсутствие запоминаемого (тиражируемого) сигнала напряжение на первом выходе блока управления 11 обеспечивает минимальные потери оптического излучения в волоконно-оптическом ключе 4. Напротив, отсутствие напряжения на втором выходе блока управления 11 позволяет получить коэффициент пропускания K_ВОУ ВОА 10 близким к нулю.

При появлении в момент t₀ (на фиг. 2 принято t₀ = 0) на входе динамического запоминающего устройства аналогового сигнала СВЧ (1) последний преобразуется в оптический сигнал, интенсивность которого изменяется в строгом соответствии с законом мгновенного изменения уровня радиосигнала. Линейный закон мо