И.Ю. Таценко¹, Н.А. Мельников², А.А. Емельянов³, А.Б. Устинов⁴

¹‧²‧⁴Санкт-Петербургский электротехнический университет «ЛЭТИ» (Санкт-Петербург, Россия)

³АО «КНИРТИ» (г. Жуков, Калужская обл., Россия)

¹abitur.tatsenko@mail.ru, ²nikitamelnikov2503@gmail.com, ³nd1794@yandex.ru, ⁴Ustinov_rus@yahoo.com

Постановка проблемы. В настоящее время оптоэлектронные генераторы (ОЭГ) являются одним из перспективных устройств для генерации СВЧ-сигналов, которые находят применение в радиолокационных и телекоммуникационных системах, а также в измерительной технике. В данной работе представлена теоретическая модель, описывающая формирование резонансных характеристик оптоэлектронного СВЧ-генератора (ОЭГ) без усилителей. Принципиальной особенностью такого оптоэлектронного генератора является отсутствие каких-либо усилительных элементов в схеме. Компенсация потерь, неизбежных при распространении СВЧ-сигнала в кольце, обеспечивается за счет энергии несущего оптического излучения лазера.

Цель. Предложить теорию, описывающую резонансные характеристики кольцевого оптоэлектронного СВЧ-генератора (ОЭГ) без усилителей, компенсация потерь в котором обеспечивается за счет энергии несущего оптического излучения, а также провести теоретическое исследование влияния параметров ОЭГ без усилителей на его характеристики.

Результаты. Разработана модель оптоэлектронного генератора, учитывающая отражения оптического сигнала на соединениях оптических компонентов и отражения СВЧ-сигнала на соединениях СВЧ-компонентов с различным волновым импедансом. Показано влияние мощности лазера, полуволнового напряжения электрооптического модулятора и длины оптоволокна на формирование резонансных характеристик оптоэлектронного генератора без усилителей. С использованием разработанной модели ОЭГ определена взаимосвязь между мощностью лазера, полуволновым напряжением электрооптического модулятора, оптическими потерями в электрооптическом модуляторе и длиной оптоволокна, при которой кольцевая схема ОЭГ переходит в режим автогенерации СВЧ-сигнала. Предложены номограммы для определения комбинаций параметров оптоэлектронного генератора без усилителей, при которых возникает автогенерация СВЧ-сигнала. Рассмотрены ограничения модели, накладываемые возникновением в оптоволокне вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Представлен анализ фазового шума генерируемого СВЧ-сигнала с использованием модели Рубиолы для генераторов на основе линии задержки. Показано влияние мощности лазера, длины оптоволокна и RIN-шума лазера на фазовый шум генерируемого СВЧ-сигнала.

Практическая значимость. Разработанная модель и полученные в настоящей работе результаты открывают новые возможности для проектирования и создания оптоэлектронных генераторов с низким уровнем фазового шума для применений в радиолокации, телекоммуникациях и измерительной технике.

Таценко И.Ю., Мельников Н.А., Емельянов А.А., Устинов А.Б. Модель оптоэлектронного сверхвысокочастотного генератора без усилителей // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 11. С. 185−192. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202511-23

1. Устинов А.Б., Таценко И.Ю., Никитин А.А., Кондрашов А.В., Шамрай А.В., Иванов А.В. Принципы построения оптоэлектронных СВЧ-генераторов. Часть II // Фотоника. 2021. 15(4). 334−347.
2. Chembo Y.K. et al. Optoelectronic oscillators with time-delayed feedback // Reviews of Modern Physics. 2019. V. 91. № 3. P. 035006.
3. Liu Q., Peng J., Yan J. Optoelectronic oscillators: Progress from classical designs to integrated systems // Photonics. MDPI. 2025. V. 12. № 2. P. 120.
4. Li M. et al. Tutorial on optoelectronic oscillators // Apl Photonics. 2021. V. 6. № 6.
5. Yao X.S., Maleki L. High frequency optical subcarrier generator // Electronics Letters. 1994. V. 30. № 18. P. 1525−1526.
6. Belkin M.E. et al. Tunable RF‐band optoelectronic oscillator and optoelectronic computer‐added design model for its simulation // Microwave and Optical Technology Letters. 2011. V. 53. № 11. P. 2474−2477.
7. Mikitchuk K., Chizh A., Malyshev S. Modeling and design of delay-line optoelectronic oscillators // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2016. V. 52. № 10. P. 1−8.
8. Nelson C.W. et al. Microwave optoelectronic oscillator with optical gain // IEEE International Frequency Control Symposium Joint with the 21st European Frequency and Time Forum. IEEE. 2007. P. 1014−1019.
9. Zhou W. et al. 10 GHz dual loop opto-electronic oscillator without RF-amplifiers // Optoelectronic Integrated Circuits X. SPIE. 2008. V. 6897. P. 199−204.
10. Таценко И.Ю., Устинов А.Б. Автогенерация малошумящего сверхвысокочастотного сигнала в оптоэлектронном генераторе с пассивным оптическим усилением // Журнал технической физики. 2023. Т. 93. № 11. С. 1645−1652.
11. Таценко И.Ю. и др. Исследование характеристик фотодетектора с высоким фототоком при передаче сверхвысокочастотного радиосигнала по оптоволокну // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23. № 4. С. 48−56.
12. Rubiola E. Phase noise and frequency stability in oscillators. Cambridge University Press. 2008. 220 p.