В. А. Грачев, С. А. Капустин, Т. В. Кожевникова, Д. Г. Куляба, Н. А. Новоселова, М. С. Ольхова, Д. М. Шустов

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород, Россия

Постановка проблемы. В подавляющем большинстве случаев в телекоммуникационных системах используется цифровая передача в оптических сетях, однако существует ряд технических задач, для решения которых требуются не цифровые, а именно аналоговые системы. Возможность обработки сигнала в аналоговой среде может упростить общее проектирование, особенно в широкополосных системах, где затруднительно обеспечить требуемую полосу пропускания, используя средства цифровой обработки сигналов. Радиофотоника позволяет создавать приборы и системы СВЧ-диапазона с такими параметрами, которые нельзя получить, пользуясь классическими электронными средствами. Это обосновывает применение радиофотонных устройств и аналоговых волоконных линий связи в радиолокации, радиоэлектронной разведке и других отраслях. К основным преимуществам радиофотонных приборов можно отнести: повышенное быстродействие, сверхнизкие потери и дисперсию (для СВЧ-сигнала), сверхширокополосность, ограниченную полосой частот фотодиодов и электрооптических модуляторов, устойчивость к электромагнитным наводкам, полную гальваническую развязку, механическую гибкость, малую массу и размеры. В статье рассматривается один из возможных вариантов построения устройств автогенерации радиосигналов, включающих в себя широкополосные волоконно-оптические линии задержки, обладающие высокой эквивалентной добротностью. Цель. Создать радиочастотные генераторы, работающие в СВЧ-диапазоне, обладающие высокой стабильностью частоты, широкой полосой перестройки, а также небольшими размерами и массой, и экспериментально исследовать их характеристики. Результаты. Разработан макет двухконтурного оптоэлектронного генератора с волоконно-оптическими линиями задержки длиной 1000 м и 30 м. Имеющаяся элементная база не позволила уменьшить массогабаритные показатели генератора. Экспериментально изучены характеристики элементов схемы. Теоретически оценены ожидаемые спектральные характеристики генератора, которые оказались близки к результатам практического исследования. Различие значений обусловлено наличием дополнительных задержек сигнала из-за использования нескольких отрезков оптических волокон в качестве соединителей, а также в связи с конечным временем прохождения электрических сигналов по радиотехническому тракту. Эти дополнительные задержки не учитывались при теоретическом расчете. Применение элементной базы интегральной фотоники, например, выполненных на одном кристалле полупроводникового лазера и электрооптического модулятора, сферических или цилиндрических оптических микрорезонаторов взамен катушек оптического волокна и т.д., позволит существенным образом улучшить массогабаритные характеристики генератора.

Практическая значимость. Генераторы сигналов СВЧ-диапазона применяются в составе радиоэлектронных приборов и устройств телекоммуникационного, радионавигационного и метрологического назначений, поэтому совершенствование их основных характеристик является важной целью для дальнейшего развития радиоэлектронных устройств.

Грачев В.А., Капустин С.А., Кожевникова Т.В., Куляба Д.Г., Новоселова Н.А., Ольхова М.С., Шустов Д.М. Экспериментальное исследование двухконтурного оптоэлектронного генератора радиочастотных сигналов // Антенны. 2021. № 2. С. 74–81. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202102-10

1. Goldberg L., Yurek A., Taylor H.F., Weller J.F. 35 GHz microwave signal generation with injection locked laser diode // Electronics Letters. 1985. V. 27. № 18. P. 714–715.
2. Chen X., Deng Z., Yao J.P. Photonic generation of microwave signal using a dualwavelength single-longitudinal-mode fiber ring laser // IEEE Transactions of Microwave Theory and Techniques. 2006. V. 54. № 2. P. 804–809.
3. Maleki L. Recent progress in opto-electronic oscillator // Microwave Photonics International Topical Meeting. 12–14 Oct. 2005. P. 81–84.
4. Chembo Y.K., Larger L., Tavernier H., Bendoula R., Rubiola E., Colet P. Dynamics instabilities of microwaves generated with optoelectronic oscillators // Optics Letters. 2007. V. 32. № 17. P. 2571–2573.
5. Yao X.S., Maleki L. Optoelectronic oscillator for photonic systems // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1996. V. 32. № 7. P. 1141–1149.
6. Белкин М.Е., Лопарев А.В. Оптоэлектронный генератор СВЧ сигналов: моделирование, исследование спектральных и шумовых характеристик // Нано- и микросистемная техника. 2011. №9. С. 29–33.
7. Кузнецов В.А., Цуканов В.Н., Яковлев М.Я. Волоконно-оптические линии задержки // Сб. материалов XIII Междунар. науч.технич. конф. «Высокие технологии в промышленности России» (Материалы и устройства функциональной электроники и микроэлектроники). Москва. МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2007.
8. Бирюков В.В., Грачев В.А., Лобин С.Г., Капустин С.А., Раевский А.С. Исследование характеристик волоконно-оптических линий задержки с различными типами модуляции интенсивности оптического излучения // Сб. материалов 26-й Междунар. Крымской конф. «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо-2016). Севастополь. 2016.
9. Петров А.Н., Тронев А.В., Лебедев В.В., Ильичев И.В., Величко Е.Н., Шамрай А.В. Повышение коэффициента передачи радиочастотной волоконно-оптической линии за счет управления рабочей точкой внешнего модулятора // Журнал технической физики. 2015. Т. 85. № 5. С. 131–136.
10. Ченакин А. Фазовые шумы в СВЧ-генераторах. Методы решения проблемы // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. 2011. № 4. С. 52–61.
11. Leeson D.B. A simple model of the feedback oscillator noise spectrum // Proceedings of the IEEE. 1966. V. 54. № 2. P. 329–330.