Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1 Методы и средства формирования измерения терагерцовых сигналов 15
Глава 1.1 Методы формирования и измерение тсрагсрцовых сигналов 15
1.1.1 Задачи формирования и измерения ТГС 15
1.1.2 Термины и определения 16
1.1.3 Особенности формирования и измерения терагсрцовых сигналов 19
1.1.4 Методы и средства формирования терагерцовых сигналов 26
1.1.5 Методы и средства измерения терагерцовых сигналов 36
1.1.6 Показатели эффективности измерительной системы 40
1.1.7 Состояние проблемы формирования и измерения ТГС 41
1.1.8 Масштабно-временное преобразование терагерцовых сигналов 50
1.1.9 Основы преобразования временного масштаба терагерцовых сигналов 55
1.1.10 Развитие широкополосных систем МВП 67
1.1.11 Области применения систем МВП 69
1.1.12 Тенденции развития систем МВП 76
Выводы 78
Глава 1.2 Средства формирования и анализа терагсрцовых сигналов 82
1.2.1 Классификация систем МВП 82
1.2.2 Функциональная схема системы МВП 83
1.2.3 СВЧ устройства системы МВП 86
1.2.3.1 Методы построения СВЧ смесителей 86
1.2.3.2 Методы построения СВЧ смесителей-формирователей 89
1.2.3.3 Активные элементы формирования терагерцовых сигналов 90
Выводы 99
Раздел 2 Исследование процесса формирования терагерцовых сигналов 101
Глава 2.1 Формирование тсрагсрцовых сигналов и импульсов выборки 101
2.1.1 Анализ процесса формирования терагерцовых импульсов выборки 103
2.1.2 Особенности формирования импульсов выборки в ФК 106
2.1.3 Объемная модель процесса формирования импульсов выборки 110
2.1.4 Оптимизация входного сигнала формирователя терагерцовых импульсов выборки 114
2.1.5 Формирование импульсов выборки на дискретных элементах 118
2.1.6 Метод формирования терагерцовых импульсов выборки 123
Выводы 130
Глава 2.2 Формирование импульсов выборки с большой активной амплитудой 132
2.2.1 Особенности процесса формирования импульсов выборки широкополосной системы 132
2.2.2 Активная амплитуда импульсов выборки 136
2.2.3 Преобразование сигналов, амплитуды которых соизмеримы с амплитудой импульсов выборки 137
2.2.4 Методы формирования импульсов выборки для расширения динамического диапазона системы 144
2.2.4.1 Метод согласования 144
2.2.4.2 Метод подавления 148
2.2.4.3 Метод компенсации 150
2.2.4.4 Метод отключения 152
Выводы 152
Глава 2.3 Формирование терагерцовых сигналов линиями ударной волны 154
2.3.1 Применение линий ударной волны в системах МВП 154
2.3.2 Классификация линий ударной волны 158
2.3.3 Характеристики линий ударной волны 159
2.3.4 Формирование ударной волны в нелинейной линии 163
2.3.5 Развязывающие свойства линий ударной волны 174
2.3.6 Режимы работы линия ударной волны 179
2.3.7 Конструкция итехнология ЛУВ 183
Выводы 193
Глава 2.4 Синхронное формирование импульсов выборки 196
2.4.1 Синхронное формирование импульсов выборки в системах МВП 196
2.4.2 Исследование однократных сигналов с использованием синхронных импульсов выборки 201
Выводы 203
Раздел 3 Исследование процесса измерения терагерцовых сигналов 204
Глава 3.1 Общие свойства процесса измерения терагерцовых сигналов 204
3.1.1 Погрешность преобразования тсрагерцовых сигналов 204
3.1.2 Анализ динамики процесса преобразования системы МВП 205
3.1.3 Анализ переходной характеристики канала преобразования системы МВП 209
3.1.4 Исследование динамики системы с учетом базовых функций, определяющих процесс преобразования 211
3.1.5 Анализ высокочувствительного канала преобразования системы МВП 217
3.1.6 Метод построения канала преобразования системы 223
3.1.7 Исследование цифрового канала преобразования сигналов системы МВП 225
3.1.8 Анализ устойчивости системы МВП 232
Выводы 240
Глава 3.2 Высокочастотный эффект в системах МВП 242
3.2.1 Высокочастотный эффект широкополосных систем 242
3.2.2 Анализ значения выброса переходной характеристики системы 246
3.2.3 Реакция системы на тестовые сигналы 249
3.2.4 Исследование высокочастотного эффекта 252
3.2.5 Пути решения проблемы выброса ПХ 255
3.2.6 Различные аспекты высокочастотного эффекта 257
Выводы 262
Глава 3.3 Шумы процесса измерения тсрагерцовых сигналов 265
3.3.1 Источники шумов системы МВП 265
3.3.2 Оценка уровня шумов канала преобразования 266
3.3.3 Оценка уровня шумов формирователя импульсов выборки 270
3.3.4 Оценка уровня шумов канала синхронизации, устройств автоматического сдвига и развертки системы МВП 276
3.3.5 Оценка уровня шумов дифференциального усилителя канала преобразования сигналов 279
3.3.6 Метод построения канала преобразования для снижения шумов системы 282
Выводы 291
Раздел 4 Применение и серийное производство широкополосных систем МВП 293
Глава 4.1 Синхронизация сигналов в системах МВП 293
4.1.1 Автоматическая синхронизации в системах МВП 293
4.1.2 Метод автоматической высокочастотной синхронизации сигналов 293
4.1.3 Метод автоматической СВЧ синхронизации сигналов 298
Выводы 300
Глава 4.2 Применение систем МВП 301
4.2.1 Возможности систем МВП 301
4.2.2 Исследование объектов с помощью терагерцовых сигналов и систем МВП 304
Выводы 310
Глава 4.3 Промышленные системы МВП 312
4.3.1 Применение систем МВП для исследований на стыке научных направлений 312
4.3.2 Применение скоростных технологий для формирования и измерения терагерцовых сигналов 312
4.3.3 Системы МВП, освоенные в серийном производстве 315
Выводы 321
Заключение 322
Список литературы 324
Приложения 384
- Масштабно-временное преобразование терагерцовых сигналов
- Оптимизация входного сигнала формирователя терагерцовых импульсов выборки
- Исследование цифрового канала преобразования сигналов системы МВП
- Исследование объектов с помощью терагерцовых сигналов и систем МВП
Введение к работе
Актуальность проблемы. Успехи ведущих отраслей науки и техники, имеющих высокие темпы развития, в значительной степени определяются своевременным и квалифицированным решением разнообразных динамических задач. В связи с этим разработка методов формирования и исследования быстропротекающих процессов имеет весьма важное и актуальное значение [1-10].
Мощным направлением, обеспечивающим решение указанной проблемы, являются исследования во временной области. Достаточно назвать пионерские работы Г.В. Глебовича, И.Г. Катаева, В.Д. Глушкова, X. Хармута, Н.С. Намана, A.M. Николсона, Дж.Ф. Росса, С.Л. Беннетта, А. Тафлова и других, которые ч вызвали серьезный и широкий интерес к моделированию и измерению (анализу) электромагнитных сигналов во временной области на базе скоростных технологий [11-115].
Это связано с тем, что измерения во временной области позволяют определить не интегральные параметры объектов, а разделить составляющие отраженного сигнала и идентифицировать исследуемый объект с более высокой точностью [1-8,13,17-23,28-42,62-102].
Анализ во временной области сопровождается ростом числа исследований быстропротекающих процессов различной природы (электрических, оптических, акустических), проводимых с использованием импульсных сигналов предельно малой длительности. Это привело к стремительному расширению диапазона частот применяемых импульсных сигналов, поскольку разработаны методы и средства формирования и анализа терагерцовых сигналов (ТГС) [1—9,13—18,24—32,40— 41,60,65-92,108-110].
Под терагерцовыми сигналами будем подразумевать импульсные сигналы, спектр которых находится в диапазоне частот, включая диапазон терагерц. Отметим, что временному интервалу, равному 1 пс (Ю-12 с), соответствует диапазон частот, составляющий 1 ТГц (1012 Гц).
Впервые термин «терагерцовый» был использован в работах, опубликованных в 1973-1974гг., одновременно для самых различных областей техники: к диодным смесителям (A.J. Kerecman, 1973г.), для описания спектральной линии (J.W. Fleming, 1973г.) и прочие [44,50-54]. Название сразу «прижилось» и сейчас широко применяются термины терагерцовые сигналы, терагерцовая техника, терагерцовая технология и другие [16,44-54]. Применительно к скоростным технологиям используются термины фемтосекундная технология и оптоэлектронные интегральные схемы [116-117].
Важно подчеркнуть, что для получения предельных значений параметров электромагнитных терагерцовых сигналов известные методы формирования часто не дают желаемого результата, обычно применяемые средства измерения в таких случаях не обеспечивают своих параметров, а использование традиционных технологий не представляется возможным [118].
При формировании терагерцовых сигналов наиболее широко используют различные линии передачи СВЧ, и в первую очередь короткозамкнутые линии,
которые позволяют наиболее просто и эффективно формировать сигналы заданной формы [1,4-5,7-10,16,28,31,60,70,79,81,87,89-90,118-121].
Самыми перспективными и наиболее динамично развивающимися являются методы формирования ТГС с использованием сложных структур: активных, из которых выделим пико- (10~12 с) и фемтосекундные (Ю-15 с) импульсные лазеры, и нелинейных, в первую очередь это скоростные линии ударной волны (с длительностью фронта перепада напряжения до 500 фс), которые позволяют в настоящее время формировать импульсы минимальной длительности [9-10,15-16,49,108-110]. Отметим, что основы волновой кинематики были заложены У.Р. Гамильтоном (1839г.), Дж.Г. Стоксом (1876г.) и Дж.У. Рэлеем (1877г.), основы энергетической кинематики - Н.А. Умовым (1874г.). Число дальнейших работ по эти вопросам необъятно, поскольку использованием терагерцовых электромагнитных импульсных сигналов интересуются многочисленные исследователи и разработчики в различных областях физики и техники [1-10,16-37,46-54,72-81,122-126].
Перспективы развития важнейших областей современной науки и техники, особенно таких как, антенная техника, терагерцовые технологии, техника СВЧ, лазерная техника, полупроводниковая электроника, измерительная техника, волоконно-оптические линии связи, спутниковая связь, связаны с увеличением быстродействия, точности, разрешающей способности, расширением диапазона. ' частот. В условиях развития всех областей радиотехники каждая из этих характеристик стремительно приближается к предельным значениям и дальнейшее их улучшение становится сложной научно-технической проблемой [1,4,9,16,28,31,127-128].
Эффективным средством комплексного решения рассмотренных выше научных проблем является применение метода масштабно-временного преобразования (МВП) электромагнитных терагерцовых сигналов. Метод МВП, позволяющий проводить измерения ТГС во временной области, подразумевает дискретизацию терагерцовых сигналов импульсами выборки (ИВ) предельно малой длительности и восстановление сигнала низкочастотными средствами в трансформированном (растянутом) временном масштабе [1,4,9,16,28,31,66-67,70,79,81,100,118-120,127-134]. Метод МВП лежит в основе достаточно широкого класса радиотехнических устройств, приборов и систем, предназначенных для исследований, анализа и измерений терагерцовых сигналов, поскольку он позволяет одновременно реализовать: широкую полосу пропускания и динамический диапазон, высокую чувствительность, точность и разрешение и обеспечить высокую эффективность измерений на СВЧ, что чрезвычайно актуально [135].
Метод МВП не накладывает ограничений на реализуемую полосу пропускания системы, которая определяется только длительностью сформированных импульсов выборки [1]. Поэтому системы МВП позволяют v исследовать сигналы в диапазоне частот: как до 1 ГГц, так и до 50 ГГц и вплоть до 1ТГц[135].
Возможности метода МВП особенно расширились в последнее время и достигли качественно нового уровня в связи с освоением терагерцового диапазона
частот [136]. При этом метод МВП позволяет реализовать наиболее дешевые средства анализа сигналов в столь широкой полосе частот [4,28,31,60,70,135]. Основные характеристики серийных широкополосных измерительных систем приведены в приложении 3.
Особенность терагерцовых сигналов состоит в том, что задачи их формирования и измерения не могут быть решены независимо: требуется комплексное решение проблемы формирования и измерения [1,6,21]. Дело в том, что характеристики широкополосных систем задаются техническими требованиями, но определяются применяемыми импульсами выборки [1,4,28,31,118-120,127-133]. Характеристики импульсов выборки обусловлены процессом их формирования, который определяет их амплитуду, длительность и форму. При этом параметры импульсов выборки определяют основные характеристики системы МВП: полосу пропускания, динамический диапазон и другие. Поэтому актуальность формирования терагерцовых сигналов увеличивается [1,4,9,16].
Таким образом, возникновение новых идей в физике и технике стимулировало дальнейшее развитие важного направления в радиотехнике, связанного с формированием и измерением терагерцовых сигналов, позволяющего реализовать в системах МВП одновременно повышение быстродействия, расширение динамического диапазона, снижение уровня шумов, повышение точности, многоканальный анализ при автоматической синхронизации процесса анализа сигналов.
Это обусловило постановку и проведение цикла работ в рамках ряда НИР и ОКР по созданию современной теоретической базы формирования и измерения терагерцовых сигналов, разработке и внедрению методов построения систем МВП в серийном производстве. Данная диссертация является частью работ, выполненных для решения первоочередных задач ряда отраслей науки и техники по постановлениям Правительства, решениям ВПК, приказам министерств и планам развития отрасли.
Федеральная целевая программа «Развитие электронной техники в России на период 2001-2006гг.» выделяет 7 приоритетов, один из которых - СВЧ техника. Постановление Президиума РАН №233 от 1 июля 2003г. среди основных направлений фундаментальных исследований определяет: разработку методов и средств генерации и приема излучения в терагерцовом диапазоне, физику нелинейных волн и нелинейную динамику, СВЧ связь. Указанные направления составляют основу данной работы.
Цель работы. Целью работы являлась разработка:
теории и методов формирования и анализа электромагнитных терагерцовых сигналов;
концепции построения масштабно-временных систем измерения терагерцовых сигналов;
широкополосных радиотехнических измерительных систем нового поколения, обладающих высокими и ранее недостижимыми техническими характеристиками, и обеспечение их серийного выпуска на предприятиях страны.
Задачи работы. Достижение поставленной цели включает решение следующих основных задач:
- разработка методов формирования сигналов предельно малой
длительности на базе сложных дискретных, распределенных и нелинейных
структур;
- развитие теории измерения терагерцовых сигналов на базе моделей систем
МВП во временной области;
- определение физических и технических пределов повышения
быстродействия, точности и чувствительности, расширения динамического
диапазона, обеспечения многоканалыюсти и автоматической синхронизации
широкополосных систем МВП;
- разработка средств, открывающих пути дальнейшего совершенствования
систем, для обеспечения исследований и измерения параметров терагерцовых
сигналов в большом диапазоне изменения длительностей и амплитуд,
удовлетворяющих современным требованиям анализа сигналов сложной формы.
Методы исследований. Основные теоретические результаты диссертационной работы базируются, на строго обоснованных методах: методе пространства состояний, методах теории статистической радиотехники, методах решения дифференциальных и дифференциально-разностных уравнений, методах теории функции комплексного переменного. Для решения данной проблемы применялись экспериментальные исследования с использованием широкополосных автоматизированных систем во временной области. Научная новизна работы состоит в следующем:
обобщена и развита теория формирования и измерения терагерцовых сигналов;
разработаны методы формирования электромагнитных сигналов предельно малой длительности максимальной амплитуды;
разработаны методы преобразования терагерцовых сигналов для повышения точности измерения на базе систем МВП;
разработана концепция построения масштабно-временных систем широкого спектра применения для измерений на СВЧ на основе современных скоростных технологий. у
Обоснованность и достоверность диссертационной работы базируется на:
- строгих электродинамических подходах и математических моделях
исследуемых процессов;
- использовании теоретически обоснованных методов и средств
формирования и анализа терагерцовых сигналов;
развитии теории формирования и преобразования терагерцовых сигналов;
совпадении результатов теоретических исследований с ранее известными теоретическими результатами и с экспериментальными данными;
- эксплуатации на предприятиях страны с течение длительного времени
целого ряда широкополосных измерительных систем МВП;
- авторских свидетельствах и патентах РФ на изобретение.
Личный вклад автора. Направления исследований, основные научные положения, выводы и практические рекомендации разработаны автором
диссертационной работы. Разработаны принципы совершенствования процессов преобразования и формирования терагерцовых сигналов. Сформулированы основные идеи защищаемых критериев анализа и методов построения систем МВП. Разработана концепция построения широкополосных систем МВП. Предложен и реализован в промышленности метод построения широкополосного преобразователя системы в виде автономного выносного блока, способного работать с любой системой данного класса. Разработка документации и серийный выпуск ряда масштабно-временных систем нового поколения.
Практическая ценность работы. Практическая ценность и значимость диссертационной работы заключается в:
- разработке методов и средств формирования и измерения терагерцовых
сигналов;
- разработке и освоении промышленностью в серийном производстве
масштабно-временных измерительных систем для научных исследований
широкого профиля С9-11, С9-12, 1019, С7-16, С7-17, ОСВ-1, комплекса для
контроля параметров СВЧ микросхем, системы в составе подвижного комплекса
для проверки импульсных генераторов и образцовой новой техники;
- использовании основных положений диссертационной работы при чтении
лекций студентам НГТУ;
-дальнейшем развитии результатов диссертации в работах [137-142]. Основные положения, выносимые на защиту.
1 Принципы формирования и исследования электромагнитных терагерцовых
сигналов, позволяющие с единых позиций подходить к анализу сигналов сложной
формы во всех освоенных диапазонах длительностей, амплитуд и частот
повторения на базе методов формирования сигналов пико- и фемтосекундной
длительности.
2 Обобщение и развитие теории формирования и измерения
электромагнитных терагерцовых сигналов, позволяющее получить сигналы
предельно малой длительности на базе дискретных, распределенных и нелинейных
структур и измерение таких сигналов путем преобразования их временного
масштаба.
3 Разработка класса широкополосных масштабно-временных систем,
включая концепцию их построения, послуживших основой для освоения в
серийном производстве измерительных систем типа С9-11, 1019, ОСВ-1, С7-16,
С7-17,С9-12.
Внедрение результатов работы и реализация в промышленности.
Основные результаты диссертационной работы нашли применение при разработке
и серийном производстве широкополосных систем, в том числе:
автоматизированного комплекса для контроля параметров импульсных СВЧ ИС,
системы в составе подвижного комплекса для поверки импульсных генераторов,
автоматизированного измерительного комплекса для проверки динамических
характеристик быстродействующих полупроводниковых приборов,
автоматизированной системы для комплексного исследования параметров антенн, комплекса для измерения параметров систем спутниковой связи, автоматизированной системы контроля параметров ТТЛШ и КМОП ИС,
широкополосной системы тестирования сверхскоростных элементов и узлов и ряда других.
Результаты работы использованы в ходе выполнения НИР: «Изыскание методов измерения динамических параметров микросхем субнаносекундного диапазона, предназначенных для импульсно-осциллографической аппаратуры», «Разработка и экспериментальная проверка принципов построения автоматизированного измерителя динамических параметров микросхем субнаносекундного диапазона», «Изыскание путей создания вычислительных осциллографов и импульсного рефлектометра со встроенным микропроцессором», «Исследование путей создания аппаратуры для обеспечения контроля сверхскоростных интегральных схем (ССИС) на арсениде галлия», «Исследование возможностей расширения динамического и частотного диапазонов анализаторов сигналов, работающих в реальном масштабе времени», «Создание самолетного радиолокационного t комплекса», «Исследование методов получения многоспектральных изображений целей», «Принцип построения МФС на базе радиолокаторов миллиметрового диапазона длин волн».
Результаты работы .использованы в ходе выполнения ОКР: «Автоматизированный контрольно-измерительный комплекс для измерения параметров каналов и аппаратуры связи», «Комплект автоматизированных осциллографов», «Программируемый стробоскопический осциллограф на базе С7-17 с расширением полосы пропускания до 3 ГГц», «Измерительная система подвижного комплекса для поверки параметров генераторов».
Апробация работы. Основные научные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и симпозиумах: I Всесоюзной конференции «Методы и средства преобразования сигналов» (Рига, 1978), II (Горький, 1978), III (Горький, 1979), X (Горький, 1986), XII (Горький, 1988) конференциях «Современная радиоизмерительная техника», Всесоюзных симпозиумах «Нано- и пикосекундиая импульсная техника и ее применение в радиоизмерениях» IV (Горький, 1979), V (Горький, 1983), Республиканской конференции «Электронные методы и устройства измерения временных интервалов нано-и микросекундного диапазона» (Киев, 1979), II (Вильнюс, 1980), IV (Вильнюс, 1987) республиканских конференциях «Генерирование, формирование и применение импульсных сигналов», I Всесоюзной конференции по интегральной электронике СВЧ (Новгород, 1982), IV Всесоюзной конференции по осциллографическим методам измерений (Вильнюс, 1982), Всесоюзной конференции «Вопросы стабилизации частоты» (Горький, 1985), Республиканской конференции «Структурные методы повышения точности, чувствительности и быстродействия измерительных приборов и систем» (Житомир, 1985), Всесоюзной конференции «Средства измерений, диагностики и контроля РЭА IV и V поколений» (Горький, 1986), Республиканской конференции «Системы контроля параметров электронных устройств и приборов» (Севастополь, 1986), конференции «Системы и аппаратура диагностики и контроля» (Кишинев, 1986), Республиканской конференции «Системы контроля параметров радиоэлектронных устройств и приборов» (Одесса, 1988), конференции «Применение'вычислителыюй техники и математических методов в научных и экономических исследованиях»
(Тернополь, 1989), Всесоюзном симпозиуме «Проблемы радиоизмерителыюй техники» (Горький, 1989), II Всесоюзной конференции «Измерение параметров формы и спектра радиотехнических сигналов» (Харьков, 1989), XX научно-технической конференции ПО ВЭФ (Рига, 1989), Межреспубликанской конференции «Анализ сигналов и их спектров в радиоизмерениях» (Нижний Новгород, 1992), Второй межвузовской конференции «Повышение эффективности вооружения и военной техники войск ПВО в интересах противовоздушной обороны» (Нижний Новгород, 1995), Всероссийской конференции «Высокие технологии в радиоэлектронике» (Нижний Новгород, 1996), Межрегиональной конференции «В XXI век - с новыми принципами построения аппаратуры» (Нижний Новгород, 1999), Международной конференции «Новые технологии в радиоэлектронике и системах управления» (Нижний Новгород, 2002), Всесоюзной конференции «Сверхширокополосные сигналы в радиолокации, связи и акустике» (Муром, 2003), III Международной научно-технической конференции «Физика и технические приложения волновых процессов» (Волгоград, 2004).
Публикации. По теме диссертационной работы издана монография и журнальный вариант книги, получено 18 авторских свидетельств и 2 патента РФ на изобретения, опубликовано 22 статьи в научных журналах и 32 - в трудах конференций и симпозиумов. Основное содержание работы отражено в публикациях, приведенных в списке литературы.
Лично диссертантом опубликовано 13 статей в научных журналах и 10 работ в трудах конференций, получено 2 патента и авторское свидетельства на изобретение.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, приложений и содержит 323 страницы основного текста, включая 138 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 1143 наименования.
Краткое содержание работы. Работа охватывает 25-летний период исследований и отражает все новое, что разработано и внедрено при решении комплексной научно-технической проблемы формирования и измерения терагерцовых сигналов.
Анализ электромагнитных сигналов во временной области является наиболее распространенным и важным видом измерения сигналов сложной формы, особенно предельно малой длительности.
Для того чтобы наиболее эффективно измерять, необходимо уметь формировать сигналы. Формирование терагерцовых сигналов осуществлено на основе обобщения известных и разработке новых методов формирования сигналов на базе современных скоростных технологий.
Совокупность методов и средств формирования электромагнитных терагерцовых сигналов составляют основу перспективного направления в техники СВЧ - масштабно-временное преобразование электромагнитных импульсных сигналов, который обеспечивает высокие темпы развития важнейших отраслей науки и техники.
Структура работы следующая:
- исследуются традиционные методы формирования, рассмотрены
перспективные методы и методы формирования ТГС, разработанные в ходе
проведения данной работы;
- исследуются процессы преобразования для целей измерения ТГС с учетом
базовых функций: конечной и непрямоугольной формы импульсов выборки,
нелинейной вольтамперной характеристики ключевых элементов смесителя
системы и соотношении амплитуд исследуемого сигнала и импульсов выборки.
В разделе 1 приведены цели и задачи теории и практики формирования и измерения терагерцовых сигналов. Анализируется состояние рассматриваемой в работе проблемы и дана постановка задачи. Показаны взаимосвязь базовых процессов техники СВЧ - формирования и измерения терагерцовых сигналов и возможности их дальнейшего развития.
Масштабно-временное преобразование терагерцовых сигналов
Разработка и внедрение систем, использующих сигналы, спектр которых находится в диапазоне частот, включая диапазон терагерц, представляет собой качественный скачок в развитии различных направлений радиотехники: в формировании сигналов, в технике СВЧ, в локации, в измерениях, в антенной технике [1-18,16-32,34-37,46,50-55,67]. Например, в локации такие сигналы позволяют на более высоком уровне решать задачи наблюдения - обнаружение и распознавание целей, построение их локационных изображений [1-10].
На практике давно используют понятия широкополосные системы в радиосвязи, широкополосные измерители и антенны [59-60,145-146]. Даже простое хождение человека в наэлекризованной одежде ведет при каждом шаге к разряду, дающему широкополосную помеху в диапазоне от 1 МГц до 5 ГГц [147].
В литературе используется понятие «сверхширокополосные» сигналы, ширина спектра которых Af = fB fH (/п /п высшая и низшая частоты диапазона Af) соизмерима с их средней частотой /0 (несущая частота) или Aflf0 \ [4,8,67]. При значении нижней частоты / спектра сигнала Af, равной нулю, значение Af/f0 равно 1 (такие сигналы нередко называют сигналами без несущей [4]). Применение понятия «сверхширокополосный» было использовано для разделения радиотехнических систем по занимаемой ими полосе частот [67]. При этом относительная полоса частот определялась как [8,67,148-149] В соответствии с этим системы можно разделить на узкополосные {р 0,01); широкополосные (0,01 р 0,25) и сверхширокополосные (0,25 р 1). Для широкополосных систем это оказалось не совсем точно, поэтому сигналы и системы иногда называют «короткоимпульсными», «кратковременными», «короткие волны» «сверхкороткими», «ультракороткими» или «сверхкороткоимпульсными» [59,74-75,87,90,150-159]. Очевидно, что само понятие «короткий» требует сравнения с чем-либо. Поэтому еще в середине 60-х годов было отмечено, что определение того значения, начиная с которого отрезок времени следует считать «коротким», всегда произвольно [1]. Яркий пример: в [144] используют «короткие импульсы» длительностью 100 фс, в [90] понятие «короткоимпульсный» означает импульс наносекундной длительности, в [157— ,158] «сверхкороткие» - субнаносекундные импульсы, а в [153] «короткий» - это 100 пс, в [159] длительность вообще не указана. Кроме того, распространенное название «миллиметровый» в большей мере тяготеет к оптике [160], а понятие «субмиллиметровый» устарело [161-166] и соответствует современному «терагерцовый» [156-161]. Под широкополосными сигналами в [167] понимают сигналы, у которых ширина полосы частот сравнима со средней частотой, или сложные сигналы с внутриимпульсной модуляцией [167-168]. В [150,169] сверхширокополосным является сигнал, ширина спектра которого более 1,5 ГГц (отдельно определен сверхширокополосный радиолокатор: полоса частот больше 0,5 ГГц). Было предложено иное определение, исходя из пространственной длительности сигнала СТ; узкополосные - LlCT « 1; широкополосные Ы СТ 1 и сверхширокополосные - Ы СТ» 1 [85-86,150]. Здесь L -размер излучающей-приемной системы или отражающего объекта, Т - длительность сигнала, С - скорость света. Для высоких значений средних частот спектра -сигнала Jср получим значение Af/fcp много меньше единицы (узкополосный сигнал), что не подходит [154]. Кроме этого, в [150,169] утверждается, что сверхширокополосные сигналы - новые перспективные технологии. Однако, статьи Х.Ф. Хармута, послужившие основой книги [8], начали печататься в 70-х годах. В результате его работы стимулировали интерес к использованию нетрадиционных видов сигналов в различных областях науки и техники. Прошедшие 30 лет характеризовались тем, что происходило постоянное развитие сверхширокополосных сигналов, как с точки зрения их формирования, так и — измерения [4,8]. Важно отметить, что широкополосные сигналы образуются за счет расширения полосы частот информационного сигнала, а технология расширения спектра сигнала предпочтительнее, чем расширение спектра частот несущей для получения широкополосных сигналов [170]. Такнм образом, обычно не ясно в каком частотном диапазоне находится сигнал с тем или иным названием, если не указана длительности сигнала, а на практике переход в более высокочастотную область может существенно изменить методы формирования таких сигналов и возможности их измерения.
В настоящее время при формировании и измерении сигналов предельно малой длительности еще не появился устоявшийся термин для их определения. В данной работе будет использоваться понятие терагерцовые импульсные сигналы [156]. Это связано с тем, что наибольший интерес представляет абсолютная ширина спектра, занимаемая импульсным сигналом [170], а задание верхней границы частотного диапазона определяет предельные характеристики таких сигналов и, соответственно, возможности систем, в которых они используются или которые их измеряют [1-18]. К ТГС отнесем сигналы, ширина спектра которых находится в диапазоне, начиная от 0-1 ГГц и до 1 ТГц и вплоть до сотен терагерц [50-54]. Показательно, что комиссией США по коммуникациям сигнал UWB (Ultrawideband) определен как сигнал, спектр которого занимает диапазон частот свыше 1,5 ГГц [171]. В [145] оперируют понятием близким к описанному выше. В [172] рассмотрен частотный план средств связи в диапазоне частот от 30 МГц до 300 ГГц. Важно отметить, что еще в 1980г. было отмечена тенденция освоения и практического использования ТГС [173].
Под системой в работе понимается совокупность радиотехнических устройств (измерительных, вычислительных, связующих, комплексных), функционирующих как единое целое и предназначенных для [174]: получения информации о состоянии объекта множества изменяющихся во времени и распределенных в пространстве величин, характеризующих это состояние; машинной обработки результатов измерений; регистрации и индикации результатов измерений и обработки; преобразования этих данных для разных целей. При этом система выполняет законченную функцию (полное решение требуемой задачи) от восприятия исследуемой величины до получения результатов ее измерения [174].
В последнее время появилось понятие «джиттер» [175], однако в теоретических исследованиях и технической литературе специалисты уже более 40 лет используют устоявшееся понятие нестабильность [133], которое характеризует случайное изменение сигнала во времени (аналог для амплитуды сигнала - шумы) [1,133-134]. Влияние нестабильности на процесс формирования ТГС исследован ниже. В работе при анализе нестабильности сделан акцент на неисследованных проблемах. После выполнения данной работы для обеспечения автоматической синхронизации систем МВП стали использовать программные средства, поскольку вычислительные возможности резко возросли. В работе использованы аппаратные средства реализации автоматической синхронизации, которые будут рассмотрены ниже. Важно отметить, что для измерения нестабильности в коммуникационных технологиях очень широко используют режим глазковой диаграммы в системах МВП [1,176-177]. В работе для описания параметров сигналов используются термины, приведенные в ГОСТ 16465 [178].
Оптимизация входного сигнала формирователя терагерцовых импульсов выборки
Постановка задачи преобразования и измерения ТГС в достаточно широком диапазоне частот дана в [547]. При этом новые методы измерения сигналов зачастую открывают новые области знаний, а также - новые области их применения [1,4,70].
Общая постановка задачи формулируется следующим образом. Необходимо измерить терагерцовый сигнал в наиболее широком диапазоне частот - особенно в пико- и фемтосекундных диапазонах длительностей сигналов, с максимальной амплитудой и частотой повторения при минимальной погрешности измерения [1,4,9,16,133].
Все методы измерения ТГС основаны на двух основных принципах [1]. 1 Измерение ТГС (регистрация во времени), результат которого выдается в виде отметок или непосредственно в цифровом виде, без сохранения первоначальной формы сигнала. 2 Измерение параметров ТГС без потери информации о форме сигнала. Построение анализаторов сигналов на базе первого принципа проще, а количество методов измерения - значительно. Использование второго принципа является более сложной задачей и известных методов измерения существенно меньше, однако они более предпочтительны, поскольку позволяют измерять наибольшее число параметров сигнала. Методы измерения ТГС можно классифицировать следующим образом: электрические, оптические (магнитные) и комбинированные (электро- и магнитооптические) [31-32,70,80,89,119,134,398,446,516,548-588]. В основе комбинированных методов лежит преобразование электрических сигналов в оптические (электрооптический затвор) [1,576,589-590]. Процесс измерения ТГС основан на физических процессах, связанных с взаимодействием электрических и магнитных полей со средой, в результате которого изменяется показатель п преломления среды. Среди таких взаимодействий - эффекты Поккелса, Керра и Фарадея. Комбинированные методы могут использовать преобразование оптических сигналов в электрические (электрооптическое преобразование было открыто В. Холлваксом в 1888г. [1]), [31-32,70,80,89,119, 134,398,446,516,548-588]. Для классификации эффектов будем использовать соотношение [576] An = a + flF + yF2+..., (1.1.3) где An — изменение показателя преломления; F — напряженность электрического или магнитного поля; ( ,ft,Y -константы. Если F означает напряженность электрического поля и отличны от нуля коэффициенты ос и Р, то соотношение (1.1.3) описывает эффект Поккелса (1894г.), наблюдаемый только в кристаллах. Когда F - напряженность электрического поля и отличаются от нуля коэффициенты ос и у, то соотношение (1.1.3) описывает эффект Керра (1875г.) - двойное лучепреломление. Если F -напряженность магнитного поля и отличны от нуля коэффициенты ос и /3, то соотношение (1.1.3) описывает эффект Фарадея (1845г.) - поворот плоскости поляризации. Отметим, что высоковольтные измерительные системы, в которых используются эффекты Фарадея и Керра [576], по существу являются компараторами. Указанные методы измерения быстропротекающих процессов при возможности измерения в сильных шумах и помехах имеют недостатки: практическая реализация методов ведет к большим габаритам систем измерения и невозможности их миниатюризации. При этом такие системы имеют достаточно высокую погрешность измерения [576]. В данном случае это является. непреодолимым препятствием для их широкого использования. Оптические методы измерения ТГС можно классифицировать следующим образом [ 1,31-32,70,80,89,119,134,398,446,516,548-588]. 1 Высокоскоростное фотографирование: в видимом свете, которое было чрезвычайно широко распространено, когда ему не было альтернативы, и — в рентгеновских лучах (рентгеновская техника) [1]. Сюда же отнесем применение искрового разряда (сигнальные метки). В 1875г. Э. Мах выполнил искровую фотографию летящего снаряда, а искра выполняла роль затвора. Появление скоростных полупроводниковых устройств свело на нет все преимущества метода, который имеет недостатки комбинированных методов. 2 Методы измерения с использованием оптических квантовых генераторов, которые позволяют реализовать наиболее скоростные измерители [1,10,591]. Среди электрических методов измерения ТГС выделим методы, позволяющие измерять сигналы предельно малой длительности и амплитуды [1,70,133,31-32,70,80,89,119,134,398,446,451,516,548-588,592-600]. 1 Измерения с использованием датчиков (пьезоэлектрических, тепловых) и самописцев. 2 Измерения на базе щелевой камеры. 3 Цифровые методы измерения (на базе счетчиков). Указанные методы измерения ТГС отличает громоздкость и отсутствие необходимого быстродействия. 4 Высокоскоростное осциллографирование ТГС на трубках бегущей волны. Недостаток метода- малая чувствительность [1,133]. 5 Радиоинтерферометрические методы измерения ТГС. Недостаток методов -потеря информации о форме сигнала и громоздкость устройств. 6 Корреляционные методы измерения ТГС. Недостаток методов - малая точность и невозможность восстановления формы сигнала [601]. 7 Измерения ТГС на базе определения интенсивности электронных пучков. Недостаток метода — громоздкость устройств. 8 Измерения S-параметров. Недостаток метода - недостаточно широкая полоса пропускания измерителей. 9 Осциллографические методы измерения ТГС [592-597]. Основным сдерживающим фактором для них является зависимость: произведение полосы пропускания на коэффициент усиления тракта системы есть величина постоянная. Поэтому расширение полосы пропускания системы неизбежно снижает ее чувствительность и наоборот [118,133]. Использование специальных разверток (растровой и спиральной) не решает данной проблемы. 10 Измерения ТГС на базе их преобразования: - путем выполнения операции интегрирования (интегральный метод), позволяющей определить обобщенную амплитуду и длительность сигналов [558]. Преобразование является нелинейным, поэтому нелинейность определяет чувствительность методов, которая для всех методов достаточно малая, что ведет к увеличению погрешности при уменьшении амплитуды сигнала [552,557-558]; - измерение мощности на основе тепловых эффектов.
Исследование цифрового канала преобразования сигналов системы МВП
До настоящих исследований не рассмотрены особенности процесса формирования терагерцовых сигналов на отрезке регулярного волновода в виде-формирующей камеры (ФК) [133], определяющие активную амплитуду терагерцовых импульсов выборки (ИВ). Дело в том, что формирование ИВ вызывает появление паразитных колебаний. Это связано с тем, что первоначально в точку размещения ключевых элементов смесителя системы [133] приходят только высокочастотные составляющие и их суперпозиция дает собственно импульс выборки. Через определенное время в ту же точку приходят составляющие спектра с большими групповыми задержками. Частоты этих составляющих лежат вблизи частоты отсечки ФК. В результате, после времени действия ИВ появляются продолжительные затухающие колебания, в амплитуду и длительность которых дают свой вклад переотражения от короткозамкнутых стенок ФК и от ФК других каналов формирования ИВ. В итоге эта комбинация дает затухающие колебания. Поэтому необходим подробный анализ процесса формирования ИВ и образования паразитных колебаний для разработки методов подавления последних и обеспечения широкого динамического диапазона системы МВП.
В [641], как и в [38,121,512,516,639], отмечено возникновение переотражений в ФК, но не рассмотрены методы их снижения. В [121] показано наличие послеимпульсов и недопустимость в большинстве случаев практики существования повторных импульсов. В [642] установлено возникновение искажений типа ступенька, хотя методы их устранения отсутствуют. В [643] показана зависимость результатов измерения сигналов от амплитуды ИВ, а реальный динамический диапазон системы МВП меньше декларируемого в силу искажений ИВ [41], также как и время нарастания переходной характеристики системы [644].
В настоящее время стоит задача формирования ТГС с максимальной амплитудой при минимизации паразитных колебаний, возникающих при формировании [116]. Дело в том, что паразитные колебания существенно снижают амплитуду ТГС, которая реально может быть использована [511], что уменьшает динамический диапазон систем МВП [116,508,512,641-642,645-646].
До настоящих исследований не было анализа процесса формирования ИВ на дискретных элементах [645-646] и в распределенных структурах [508,511,638-639, 641-642]. Не рассмотрены методы формирования ТГС, кроме традиционных [129-130,133,513,645-646], на базе исследований и совершенствования процесса формирования для обеспечения максимальной амплитуды ИВ при сохранении заданной длительности. В теории отсутствуют методы снижения действия паразитных колебания при формировании и измерении ТГС. Поэтому необходима разработка новых методов формирования импульсов выборки для увеличения динамического диапазона при расширении полосы пропускания систем МВП.
В [638-639,747-648] отсутствует анализ проблем, возникающих при формировании ТГС. В последних работах [9,16,289,333,609,649-655] нет рассмотрения влияния отраженного сигнала при формировании ИВ (есть только упоминание) и отсутствуют меры борьбы с этим явлением.
Недостаточно уделено внимания использованию перспективных элементов и устройств формирования терагерцовых ИВ [1,66,70,133-134], в первую очередь наиболее скоростных формирователей ТГС - линий ударной волны (ЛУВ), на основе современных быстродействующих технологий для построения широкополосных систем МВП с высокими техническими характеристиками [9,16,121,243,656].
В [283] рассмотрено N-солитонное решение для линии на диодах, приведены результаты ее исследований (без указания числа секций) и отмечено, что экспериментальных исследований распространения солитонов довольно мало, а сравнения с теорией - лишь в отдельных случаях [276-283,657-658]. При расчете и эксперименте используется модель, применимая и для ЛУВ, что подтверждает правильность исходных данных работы. Показано, что эксперимент позволяет более полно исследовать линию, чем расчет. Однако использованы не СВЧ диоды, а диоды НЧ диапазона с малым относительным изменением емкости (АС 1С порядка 3-4), то есть нелинейный эффект проявляется недостаточно. Уравнения линии рассмотрены при длительности tcll2H сигнала много большей постоянной Т времени секции: сигн»Т . Однако в ЛУВ при формировании ТГС всегда выполняется условие сигп Динамика формирования фронта ударной волны не анализируется и рассмотрен случай ф сиги ф солит, который исключает задачу формирования ТГС. В . [283] появление осцилляции после фронта объясняется только дисперсией, хотя рассматривается отражение от разомкнутого конца линии. В [659-662] показана возможность формирования солитонов в волноведущих структурах с помощью нелинейных пленок. Однако эти структуры усложняют интегральное исполнение формирователей ТГС, а современные технологии решают эту задачу в виде ЛУВ в диапазоне СВЧ более простыми средствами [9,16]. Поэтому они не нашли практического применения. В [659] рассмотрена эволюция волны типа: образование солитонов = переход к исходной форме и т.д. Однако на практике процесс формирования ТГС заканчивается образованием фронта ударной волны или солитона [9,16,663], а на процессы самофокусировки не остается времени, поскольку ТГС решает задачу измерения сигналов [133].
По формированию ударных волн и солитонов выпущено достаточно много книг [214-292], большая часть из которых посвящена математическим преобразованиям, вопросы физической интерпретации полученных результатов в которых традиционно не рассматриваются. С другой стороны, книги, связанные с техникой, не имеют отношения к технике СВЧ и рассматривают ударные волны с точки зрения плазмы, гидро- и газодинамики [209-226,230,234,237-239,240-241,245,251,259,273-274]. Непосредственное отношение к формированию электромагнитных волн имеют только [121,243], в которых нелинейной средой являются ферриты и сегнетоэлектрики, а ЛУВ как формирователи ТГС не рассматриваются. Важно отметить, что ЛУВ отсутствуют в известных книгах по формированию и измерению ТГС [1,4,66-67,70,133]. Информация по ЛУВ находится в массе статей, опубликованных в различных изданиях. Среди статей по ЛУВ необходимо отметить наиболее значительные [9,16], с момента выхода которых прошло более 10 лет. Книг по лазерам и кристаллам много, а по ЛУВ -нет. До середины 70-х годов рассматривались только методы формирования мощных ТГС на линиях с ферритовым заполнением, первый обзор по которым вышел еще в 1964г. [134]. В обзорах по технике СВЧ (IEEE Trans. МТТ) даже в середине 80-х годов понятие ЛУВ (NLTL) отсутствует. В силу этого возникает необходимость создания ясной физической картины формирования ударных волн. Если наибольшее влияние на измерения на СВЧ за последние годы оказали ПЭВМ и лазеры (приведшие к оптоэлектронике), то в последующие годы будет существенным влияние электрических терагерцовых сигналов, сформированных с помощью линий ударной волны [9,16].
В современных формирователях [9,16,133,333,511,638-639,664-665] не рассматривается проблема расширения динамического диапазона за счет изменения процесса формирования ТГС.
Исследование объектов с помощью терагерцовых сигналов и систем МВП
В процессах преобразования оптических сигналов роль импульсов выборки (волны накачки) двояка. С одной стороны, импульсы выборки обеспечивают режим дискретизации (считывание значений оптического сигнала в момент действия оптических импульсов выборки), а с другой - усиливают волну третьей гармоники. Из всего набора волн с различными частотами в кристалле под действием мощной волны накачки усиливаются волны, волновые векторы которых удовлетворяют условию синхронизма. Вследствие очень высокой импульсной мощности импульсов выборки возможно эффективное усиление гармоники в поле импульсов выборки - накачки. В кристалле происходит взаимодействие сильной волны накачки (импульсов выборки) и энергия накачки передается сигнальной волне, вызывая ее усиление. В результате на выходе кристалла возникает волна требуемой гармоники с мощностью, достаточной для практических применений.
При больших импульсных плотностях мощности накачки максимальный коэффициент преобразования достигается при небольших длинах взаимодействия. Уменьшение плотности мощности накачки приводит к увеличению длины кристалла.
В качестве излучения накачки обычно используют вторую гармонику неодимового лазера NdiYAG (Nd:YAG старейший и наиболее известный кристалл) [664,736]. Это связано с тем, что длину волны накачки выбирают из условия обеспечения прозрачности: необходимо расположить частоты основной волны и накачки на участках дисперсионных кривых с одинаковыми наклонами, а расстояние между этими частотами зависит от частоты накачки. В качестве среды применяют высококачественные нелинейные кристаллы с хорошими физическим, оптическими и механическими свойствами: ниобат лития {LiNbOy) и бария-натрия (Ba2NaNbOl5), а также триборат лития LBO (ЫВ О ) и борат бета-бария ВВО {P BaBfl \ иттрий-литий-фторид с неодимом Nd: YLF(LiYF )} ванадаты с неодимом Nd :YV04 и Nd:GdV04 гранат Cr:YAG, который интересен высокоэффективным механизмом накачки; a Nd : GdVO4 имеет более высокую выходную мощность, чем Nd : YVO (уровень легирования неодимом составляет от 0,1 до 1%) или двойные вольфраматы с иттербием Yb:KGdi}V04)2 (Yb:KGlV) „ Yb:KV{lV04)2 tyb-.KYW) [767]. Выходной сигнал устройства накачки, обычно, фильтруют [664,736]. Подачу на кристалл входного сигнала и импульсов выборки обеспечивает бихроматический элемент (рисунок 1.1.8). Оптический фильтр выделяет сигнал требуемой гармоники кристалла, который поступает на запоминающий элемент и далее на обработку. Использование третьей гармоники кристалла позволяет реализовать полосу пропускания вплоть до 1 ТГц [664]. При реализации полосы пропускания до 0,5 ТГц длительность импульсов выборки составляет не более 100 фс, а длина их волны выбирается равной длине волны заданной гармоники кристалла (например, 780 нм), поскольку импульс выборки является сигналом накачки этой гармоники [664]. При преобразовании оптических сигналов в качестве бихроматического элемента используют светоделителыюе полупроводниковое зеркало, а также частотно-избирательные решетки (ЧИР-FSS) [768-770], позволяющие с минимальными потерями сигнал одной частоты полностью переотразить, а сигнал другой частоты - пропустить (рисунок 1.1.8): входной сигнал проходит через зеркало, а импульсы выборки отражаются от него. В результате оба сигнала поступают на нелинейный кристалл. Светоделителыюе зеркало представляет собой многослойную структуру, а ЧИР - решетку резонансных диполей различной конфигурации, в том числе и многослойную. Оптический фильтр может представлять собой систему линз с расположенным между ними диафрагмой минимального диаметра, что позволяет выделить постоянную составляющую пространственного сигнала для оптимизации работы запоминающего элемента. Основным узлом запоминающего элемента оптического дискретизатора является сверхбыстродействующий фотодиод (как правило, лавинный), который обеспечивает детектирование волны (фиксацию амплитуды оптического сигнала). Обработка сигнала запоминающего элемента аналогична обработке сигналов в МВП системе, поскольку в обоих случаях они являются электрическими. Применение нелинейных кристаллов при оптической дискретизации позволяет использовать входные сигналы относительно малых уровней. Это возможно за счет того, что нелинейность поляризации сильно возрастает, когда сигнал модулируется полем сигнала накачки (импульсы выборки) с большой пиковой мощностью и частотой, близкой к порогу поглощения кристалла. Процесс преобразования частоты вверх в кристаллах является по своей природе нешумящим, то есть в нем вообще не появляется сигнал на частоте гармоники при отсутствии сигнала на входе. Поэтому для систем оптической дискретизации уровень выходных шумов прямо пропорционален мощности входного оптического сигнала, поскольку определяется дробовыми шумами кристалла, которые зависят от уровня входного сигнала системы. Эффективность действия кристалла на третьей гармонике в системах МВП составляет порядка 50-60%. Нестабильность оптических систем достигает 200 фс, ширина спектральной линии - 20 нм, а пиковая мощность входного сигнала - до 1 Вт [664]. Сравнение нестабильности, достигнутой оптическим анализатором на базе нелинейного интерферометра (650 фс), в состав которого входит фотонный усилитель [737], с широкополосной системой МВП с оптическим дискретизатором [664] показывает явное преимущество последней (200 фс). Отметим, что в первых дискретизаторах оптических сигналов использовалось предварительное оптоэлектрошюе преобразование с последующим традиционным процессом МВП. Однако такие преобразователи не обеспечивают широкую полосу пропускания систем и в настоящее время мало применяются. Существующие системы МВП строятся на базе [1,4,60,66,70,118,133-135]: - преобразователя без обратной связи, который наиболее часто используется в широкополосных вольтметрах и анализаторах цепей; - преобразователя с пиковым детектором, применение которого наиболее предпочтительно при высоких частотах повторения входного сигнала (требует соответственно высоких частот повторения импульсов выборки) и обеспечивает более широкий динамический диапазон и полосу пропускании по сравнению с предыдущим; - преобразователя с обратной связью. Это наиболее совершенный и распространенный способ практической реализации метода МВП, обеспечивающий наибольшую широкополосность и прецизионность преобразования терагерцовых сигналов [4,70,118,133-134]. Наличие обратной связи исключает связь полосы пропускания системы от уровня анализируемого сигнала. Это обеспечивает высокую линейность преобразования в широком динамическом диапазоне исследуемых сигналов. Число точек дискретизации п определяет точность преобразования широкополосных сигналов. Естественно, что чем выше число точек, тем лучше условия для восстановления исходного сигнала. Однако беспредельное увеличение значения п увеличивает общее время анализа, что не всегда возможно. На практике не представляет большой сложности обеспечить число точек от 102 до 104, что вполне приемлемо для практических целей.
