Страница:Кривицкий Б.Х. Справочник по радиоэлектронным системам. Том 2.djvu/266

Материал из РадиоВики - энциклопедии радио и электроники
Перейти к: навигация, поиск
Выкупить рекламный блок
Эта страница не была вычитана


§ 9-2]

ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

265

чением частоты оптической несущей. Благодаря этому можно формировать весьма узкие диаграммы излучения и использовать широкие спектры модулированных сигналов.

Поскольку в оптическом диапазоне частота колебаний примерно на 4 порядка выше, чем в СВЧ диапазоне, плотность потока электромагнитной энергии, пропорциональная телесному углу излучения, на заданном расстоянии и при заданных размерах «антенны» и мощности передатчика оказывается примерно в 108 раз выше, чем на СВЧ (при отсутствии поглощения на трассе). Поэтому, несмотря на принципиально худшую чувствительность оптических приемников (мощность порогового сигнала примерно пропорциональна частоте), мощность передатчика, необходимая для передачи одинаковых объемов информации, в оптическом диапазоне может оказаться намного меньшей, чем на СВЧ. Однако указанные преимущества реализуются при связи в «свободном» пространстве (например, космическом). Наличие поглощения и рассеяния оптических волн в атмосфере при определенных условиях может резко уменьшить дальность действия атмосферных линий оптической связи. Поэтому перспективными являются волоконно-оптические линии связи, реализация которых оказалась возможной благодаря разработке волоконных линий с малыми потерями — до единиц децибел на километр. К числу специфических и трудных проблем оптической связи относится создание систем поиска и высокоточного слежения за лучом передатчика при обеспечении связи с движущимися объектами.

Принципы построения и структурные схемы как аналоговых, так и дискретных лазерных систем связи такие же, как и в радиодиапазоне.

Специфические особенности возникают при анализе приемных устройств лазерных систем, которым далее* уделено основное внимание.

Зависимость между переданной и принятой энергией сигнала описывается уравнением дальности. При распространении волн в свободном пространстве мощность сигнала Япр, поступающего на вход приемника, равна мощности передатчика Рпер» умноженной на отношение площади апертуры приемника 5пр к площади св, освещаемой излучением передатчика:

Здесь оосв = , где 6„ер — плос-

кий угол излучения передатчика; г — дальность; Snp=Jtdnp/4; ^ПР—диаметр апертуры приемника.

Чтобы получить на входе приемника мощность сигнала Рпр, равную чувствительности приемника Рс, необходима средняя мощность передатчика

где Тпер — коэффициент пропускания оптической системы передатчика; тср — коэффициент пропускания среды; тпр — коэффициент пропускания оптической системы приемника; 0neP=Vdnep; ^пер — диаметр антенны (апертуры) передатчика. Коэффициент “ взят в предположении, что

оптическая система приемника облучается в пределах диаграммы излучения передатчика по уровню половинной мощности.

К приемным устройствам систем оптической связи предъявляются обычные требования: высокая чувствительность; согласованная полоса пропускания, соответствующая ширине спектра сигнала, и др.

Для выполнения этих требований необходимо осуществлять оптимизацию всей приемной системы по чувствительности к слабым световым сигналам. В процессе такой оптимизации обращают внимание на выбор способа приема, необходимого поля зрения, ширины полосы оптического тракта и учитывают интенсивность внешних и внутренних помех.

Для приема оптических сигналов пригодны приёмники прямого усиления (с лазерным усилителем до детектора), супер- гетеродинные приемники и детекторные приемники, часто называемые приемниками прямого детектирования.

Супергетеродинные приемники и приемники прямого усиления относятся к классу линейных устройств, у которых амплитуда выходного сигнала пропорциональна амплитуде входного сигнала (напряженности поля у фотокатода). Такие приемники иногда называют амплитудными. Пороговая чувствительность (уровень шума) и диаграмма направленности приема у, приемников обоих типов одинаковые. Технически проще реализуется супергете- родинный линейный приемник.

В детекторных приемниках выходной эффект (ток на выходе фотоприемника) пропорционален мощности (интенсивности) входного сигнала. Мощность выходного сигнала пропорциональна квадрату мощности входного сигнала. Поэтому детекторные приемники называют квадратичными или энергетическими.

Оптический приемник прямого детектирования состоит из оптического полосового фильтра, предназначенного для ослабления фонового излучения, фотодетектора и электрического фильтра. Ток на вы* В одномодовом режиме.