KR20170096633A - 하향 변환 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

관련 전자기기가 신호를 더 정확하게 분석할 수 있도록 마이크로파 (RF) 신호를 더 낮은 주파수로 하향 변환하는 시스템 및 방법. 또한, 본 발명은 여러 개의 광 파장을 사용함으로써 다중 RF 대역에 적용될 수 있다.

Description

하향 변환 시스템 및 방법{DOWN CONVERSION SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 하향 변환 시스템 및 방법에 관한 것이다. 배타적이지는 않지만 보다 구체적으로는, 관련 전자기기가 신호를 더 정확하게 분석할 수 있도록 마이크로파 (RF) 신호를 더 낮은 주파수로 하향 변환하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 여러 개의 광 파장을 사용함으로써 다중 RF 대역에 적용될 수 있다.

차세대 다기능 시스템은 높은 데이터 레이트 및 낮은 금속 함량을 제공하기 위해서 센서를 출력 신호 처리 수단에 상호 연결하기 위해 광섬유 기술을 사용할 것으로 여겨진다. 나아가, 차세대 센서는 또한 RF 광 링크를 사용하여 센싱 이후의 전자기기의 크기 및 전력 소비를 줄일 것이라는 견해가 있다.

지난 수십 년 동안 하향 변환 및 채널화(높은 EW 대역은 2-2-GHz이므로 분석하려고 하는 주파수와 혼합된 부분을 분석하기 위해 주파수 포켓에서 하향 변환함)와 같은 마이크로파 처리 기능을 달성하려는 많은 시도가 있었으나, 이중 변조기 디바이스, 파장 다중화(WDM)와 같은 컴포넌트의 개발은 마이크로파 성능을 달성하기 위해 COTS 디바이스를 사용하고 광 도메인에서의 처리를 사용하는 일련의 새로운 연구가 발표되도록 했다.

다음의 참조문헌은 이러한 공개물의 범위를 보여 준다. 이러한 논문에서 공통적인 주제는 주파수 시프트된 캐리어 신호와 함께 단일 측파대 변조 및 이의 비팅(beating)을 사용하는 것에 대한 다양한 개념이다.

애플리케이션은 (언급된 경우) RF 캐리어 주파수에서의 디지털 데이터 통신에 대한 것이며, 기저 대역으로의 하향 변환을 제공하고, 일부 경우에서는 WDM을 사용하여 병렬 채널을 제공한다.

Tang(2014)의 "전자전(electronic warfare)"은 도입부에 포함되어 있기는 하나, 특히 기저 대역으로의 디지털 변조의 하향 변환에 대한 방법이 설명되어 있다.

(상기의) 인용문헌은 광 하향변환을 달성하기 위한 광 변조기 디바이스의 다양한 배열은 고려하지만, 원격의 RF 신호도 가능하게 하는 본 발명의 배열은 구체적으로 논의되지 않는다.

Minasian(2012, 2014)의 논문은 하향변환을 위한 가장 가까운 방법을 제시하지만 응용이나 더 넓은 맥락을 제시하지는 않는다.

디지털 진폭 변조된 마이크로파 신호를 기저 대역으로 직접 포토닉 하향 변환을 달성하기 위해 OEO(optoelectronic oscillator, 광전자 발진기) 및 MZM(Mach-Zehnder modulator, 마하-젠더 변조기)을 사용하는 것은 <Zhenzhou Tang, Fangzheng Zhang, 및 Shilong Pan, "Photonic microwave downconverter based on an optoelectronic oscillator using a single dual-drive Mach-Zehnder modulator", Optics Express, Vol. 22, Issue 1, pp. 305-310 (2014)>에 개시되어 있다.

디지털 RF 신호를 하향 변환하기 위해서 원래의 캐리어를 제거하기 위해 단일 측파대 변조기 및 광 콤(comb)과 필터로서 생성된 시프트 신호를 사용하는 것, 그리고 병렬 링크의 하향 변환을 도입하기 위해 변조기의 어레이로 WDM을 사용하는 것은 <Ting Zhang 외, "High-Spectral-Efficiency Photonic Frequency Down-Conversion Using Optical Frequency Comb and SSB Modulation", Volume 5, Number 2, 2013년 4월>에 개시되어 있다.

하향 변환된 신호를 제공하기 위해 측파대 사이의 비팅을 사용하는 것에 대한 다양한 아이디어를 포함하는 포토닉 처리의 다수의 개념에 대한 리뷰는 <R. A. Minasian, E. H. W. Chan, X. Yi, "Microwave photonic signal processing", Optics Express, Vol. 21, Issue 19, pp. 22918-22936 (2013)>에 개시되어 있다.

<Erwin H. W. Chan, Robert A. Minasian, "Microwave Photonic Downconverter with High Conversion Efficiency", Journal of Lightwave Technology, Vol. 30, no. 23, 2012년 12월 1일>은 마이크로파 하향변환을 달성하기 위해 하나의 이중 MZ 변조기 디바이스를 사용하는 방법을 제시한다.

전술한 선행 기술은 주로 전자 기반이다. 포토닉 기술이 현재 시스템에 통합될 수 있다. 예를 들어, 수십 개의 광 캐리어 레이저 변조기 및 2.5x2.5cm 패키지 내의 하나의 칩에 파장 분할 다중화(wavelength division multiplexing, WDM)로 다중 파장을 결합하는 다중화기를 사용하는 이용 가능한 시스템이 있다. 본 발명의 일 형태에서, 이는 전체 EW 주파수 대역이 채널화에 의해 어드레스되는 것을 가능하게 한다. 이는 2GHz RF 대역마다 로컬 발진기(local oscillator, LO) 및 아날로그-디지털 변환기(analogue to digital converter, ADC)를 구비하여 수행된다. 대안적으로, 광 LO 주파수는 (수 나노 초로) 신속하게 변경될 수 있으므로 수신기가 임의의 특정 EW 신호를 분석하도록 "설정"하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따르면, 처리 전자기기가 보다 정확하게 신호를 분석할 수 있도록 포토닉스를 사용하여 광대역폭 마이크로파 (RF) 신호 스펙트럼을 낮은 주파수로 주파수 하향 변환하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 병렬로 복수의 파장 채널을 제공하는 단계; 파장을 결합하고, 결합된 파장을 변조기를 통해 통과시키는 단계; 수신된 안테나 신호를 상기 변조기를 통해 통과시키고, 변조기가 입력 안테나 신호와 관련된 특성을 갖는 신호를 출력하고, 변조기로부터 출력된 신호를 디콘볼루션함으로써 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 처리 전자기기가 보다 정확하게 신호를 분석할 수 있도록 포토닉스를 사용하여 광대역폭 마이크로파 (RF) 신호 스펙트럼을 낮은 주파수로 하향 변환하는 방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스가 또한 제공되며, 디바이스는 복수의 방사선 방출기를 포함하되, 방출된 방사선은 WDM 송신기 수단으로 입력되고, WDM 송신기 수단의 출력이 변조기 수단으로 출력되며, 변조기 수단은 RF 안테나 신호를 수신하고, 변조기 수단의 출력은 안테나 신호와 관련된 양만큼 시프트되고, 디바이스는 WDM 수신기 수단을 더 포함하되, WDM 수신기 수단은 변조기에 의해 출력된 신호를 수신하고 RF 안테나에 의해 수신된 RF 신호와 직접 관련된 신호를 ADC 수단에 출력하고, ADC 수단은 계속되는 처리를 위해 디지털 신호 처리 수단에 신호를 출력한다.

본 발명에서 포토닉스의 사용은 임의의 안테나가 신호를 전자 베이로 전달할 때 RF 성능의 손실없이 항공기의 날개 상에 원격으로 위치되는 것을 가능하게 한다. 단일 RF 증폭기 및 변조기는 다중 WDM 광 신호를 변조하기 위해 안테나 뒤에서 사용될 수 있어서 전체 EW가 동시에 커버될 수 있다.

또한, RF 신호가 이미 광 캐리어 상에 존재하는 경우, 본 발명은 광 도메인 내에서 RF 하향변환 및 대역 제한 필터링을 제공하는 방법을 이용하며, 여기서 이러한 기능을 추가하기 위한 추가 공간 및 크기는 일반적인 RF 주파수 변환기 및 필터에 비해 매우 낮다.

RF 측파대 사이의 비팅 및 시프트된 주파수를 사용하는 하향변환에 대한 본 발명의 일 형태에 따른 방법을 고려하면, 본 발명은 고정된 캐리어를 사용하는 디지털 통신과 관련되는 상기 참조문헌에 기재된 시스템과는 반대로 광대역폭 마이크로파 신호 스펙트럼을 위한 시스템을 개시한다.

포토닉스는 넓은 RF 주파수 범위에 걸쳐 높은 RF 절연, EMI 저항, 작은 크기, 및 변동없는 성능이라는 잠재적인 장점을 갖는다. RF 처리 기능을 이행하는 것 외에도, 약간의 추가 오버헤드로 병렬 처리를 제공하는 것이 가능하다. 광 주파수가 RF 주파수에 비해 매우 높기 때문에, 전자 "믹서"에서 볼 수 있는 "불요한(spurious)" 혼합 부산물은 수신기 대역폭에서 벗어나 보이지 않는다.

선행 기술 "포토닉 하향 변환을 이용한 마이크로파 포토닉 링크의 SFDR"은 종래의 마이크로파 믹서의 SFDR과 비교되었다. 모든 불요(spur) 측정에서, 포토닉 믹서는 종래의 마이크로파 믹서보다 적어도 30dB [51]만큼 성능이 뛰어났다. 경험적으로 입증된 바와 같이, 광 영역에서의 혼합은 보다 넓은 순간 대역폭에 걸쳐 작동을 유지하면서 최첨단 전자 믹서에 비해 상당히 감소된 불요한 신호를 제공했다.

현재의 ADC는 2GHz까지 RF 신호를 정밀하게 디지털화할 수 있다. 전자전은 신호가 수십 GHz까지 디지털화될 것을 요구한다. 신호를 낮은 주파수 신호로 하향 변환함으로써, 수십 GHz까지의 임의의 신호가 종래의 ADC에 의해 분석될 수 있다.

본 발명은 선행 기술과 관련된 문제점을 극복하면서 이러한 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 마하-젠더(Mach-Zehnder, MZ) 변조기를 사용하여 다중 광 파장에 국부 발진기(Local Oscillator, LO) 신호가 부과되는 송신 및 수신 모듈을 갖는 RF 안테나를 도시하는 본 발명의 일 형태의 개략적인 구현도이다;
도 2는 RF 간격의 콤을 도시하는 개략도이며, 상이한 광 파장에 대한 각각의 RF 간격은 안테나로부터의 RF 신호에 중첩된다;
도 3은 낮은 등급의 OEO를 사용하여 마이크로파 캐리어를 생성하기 위한 시스템을 도시하는 본 발명의 일 형태의 개략도이다;
도 4는 높은 등급의 초저 지터 OEO를 사용하여 마이크로파 캐리어를 생성하기 위한 시스템을 도시하는 본 발명의 다른 형태의 개략도이다; 그리고
도 5는 좁은 공간에서 수십 개를 간단히 생성하는 OEO에 의한 마이크로파 RF 콤을 도시하는 본 발명의 다른 형태의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, WDM 송신기는 InP 기판의 10 내지 40개의 채널 영역에 내장될 수 있는 상이한 레이저 방출기(|1, |2, 및 |3)를 포함한다. 방출기로부터의 출력은 광을 결합하고 보강 또는 파괴 간섭이 일어날 수 있는 MZ 변조기에 입력된다. MZ 변조기로부터의 출력은 다중화기(multiplexer, MUX)에 입력된다. 다중화기는 어레이 도파관 격자를 포함할 수 있으며, 예를 들어 Bragg 격자가 사용될 수 있다. 도파관은 보강 강섭하고 다중화기로부터 출력된다.

다중화기로부터의 출력은 추가 MZ 변조기 또는 광적으로 민감하지 않은 임의의 다른 적절한 형태의 단일면 변조기일 수 있는 추가 변조기로 적합한 광섬유를 통해 송신된다.

이 추가 변조기로부터의 출력은 안테나로부터의 입력 주파수만큼 시프트된 측파대 신호를 생성한다. 이는 변조기에서 LO 주파수로 시프트하며, 이는 편광에 민감하다.

추가 변조기를 통해 또는 광섬유를 통해 직접 WDM 수신기로 상이한 편광으로 비교 신호가 송신되는 것이 가능하다.

WDM 수신기에서, 제 2 AWG는 신호를 분할하여 파장(|1, |2, 및 |3)을 분리한다. 그러나, 파장은 이제 안테나 입력 신호를 나타내는 양만큼 시프트된다.

이들 출력 파장의 혼합은 포토다이오드에서 발생하고 신호(EW1, EW2, 및 EW3)가 ADC 및 관련 신호 처리 유닛 DSP로 출력된다.

ADC는 2Gb만을 볼 수 있으므로 적절한 A-D가 신호를 분석할 수 있도록 충분한 채널이 혼합될 필요가 있다는 것이 이해될 것이다.

일반적인 입력 신호는 2-20이고 따라서 총 18GHz이므로 이 예에서는 9개의 채널이 요구될 것이다. 단일 12 입력 ADC는 2GHz를 분석할 수 있다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 사용 시에, LO RF 신호는 MZ 변조기를 사용하여 다중 광 파장에 부과된다. 각각의 광 채널의 LO 주파수는 개개의 ADC가 분석할 수 있는 가장 높은 주파수와 같거나 작은 간격으로 주파수 콤으로서 간격을 둔다. LO 주파수 간격의 수는 함께 추가될 때 도 2에 도시된 바와 같이 안테나로부터의 관심 대상의 총 RF 대역폭이 커버되는 정도이다.

안테나로부터의 RF 신호는 모든 광 파장에 하나의 광 ZM 변조기를 통해 RF 신호를 부과한다 (도 1 참조).

각각의 파장에서의 LO로부터의 광 측파대는 안테나에서 변조기에 의해 생성된 측파대와 비팅한다. 따라서 각각의 광 파장은 개개의 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 해당 광 파장을 분석할 수 있는 RF 비트 주파수를 가질 것이거나, 비트 주파수는 매우 높거나 낮을 것이며 (또는 RF 필터링될 것이며), 이는 신호에 블라인드될 것이다.

ADC로부터의 데이터 출력은 분석을 위해 디지털 신호 처리(digital signal processing, DSP) 수단으로 입력될 것이다. 알려진 LO 신호로부터의 RF 안테나 신호는 각각의 광 파장에서 하향 변환될 수 있다. 각각의 광 파장에 대한 정보를 결합함으로써, 관심 대상의 전체 RF 안테나 신호 대역폭에 대한 정보가 구축될 수 있다.

이러한 방식으로, 본 발명은 처리 전자기기가 보다 정확하게 신호를 분석할 수 있도록 광대역폭 마이크로파 (RF) 신호 스펙트럼을 낮은 주파수로 하향 변환하는 방법을 제공한다.

포토닉 RF 하향 변환의 효율은 많은 것들에 달려 있다. 광 손실이 생길 것이다. 첫째, 광 캐리어 파장의 큰 부분이 광 RF 측파대에 배치될 것이다: 이는 단일 채널 COTS 제품으로 현재 이용 가능한 MZ 단일 측파대(single side band, SSB)의 사용을 요구한다. 또한, 이는 표준 COTS MZ 변조기를 π/2로 바이어싱하여 안테나의 MZ 변조기로부터의 측파대와 믹스하기 위해 측파대 양자 모두를 사용하여 캐리어의 양측에 2개의 2f 측파대를 생성할 것을 요구한다. 이것은 공지된 방식으로 COTS 컴포넌트를 사용하는 새로운 방법이지만 원하는 효과 및 새로운 기능을 달성한다. 이를테면 SSB MZ의 사용으로, 하나가 아닌 두 개의 측파대를 갖는 것은 장단점이 있다. 두 개의 측파대를 갖는다는 것은 복잡성을 더하는 더 많은 교차 부산물이 있고 각각의 측파대는 절반의 파워를 갖는다는 것을 의미한다. 그러나, 두 개의 측파대는 4xLO 간격으로 떨어져 있는 것으로 알려져 있으므로, 첫 번째 신호는 두 번째 신호에 대한 잡음을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 2f의 사용은 LO 돌파(break through)를 향상시키는 데 장점이 있다.

두 개의 2f 측파대를 사용하는 것이 문제가 되는 특정 경우에는, Micron Fabry Perrott 또는 fiber Bragg와 같은 COTS 포토닉 필터가 측파대 중 하나를 제거하는 데 사용될 수 있다.

또한, 상호 연결, 정렬 불량, (광섬유가 아닌) 컴포넌트 재료의 거리당 dB 손실, 및 디바이스의 복잡성 - Y 분할기 및 커플러 및 다른 컴포넌트 - 으로 인한 광 손실이 있을 수 있다. 그러나, 상당한 장점도 있다. 예를 들어, 프로세스를 병렬로 다중 서브 대역으로 확장할 가능성이 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 발명은 여러 개의 광 파장을 사용함으로써 다중 RF 대역에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 나머지 신호 처리 수단으로부터 RF 입력 컴포넌트를 원격으로 배치할 수 있는 가능성을 제공한다.

또한, 전력이 광섬유로 공급될 수 있으므로 날개, 잠망경, 탑, 또는 UAV에서의 전력 요구량을 감소시킨다. 이는 접근하기 어려운 장소에 전력을 공급하는 가볍고 유연한 방법이다. 동일한 물리적인 광섬유가 올바른 컴포넌트 선택으로 RF 송신에 사용될 수 있다.

또한, 광섬유 기술의 사용은 높은 동적 범위 신호 및 매우 광대역폭 신호가 안테나로부터 파이프되는 것을 가능하게 한다. 광섬유는 신호 품질의 손실이 없기 때문에 - 이를테면, 군사 플랫폼 사이즈에서, 전력 손실 또는 신호 왜곡이 없음 - 이러한 신호를 위한 좋은 송신 매체이다. 또한, 광섬유는 EMC가 없으며 고온에 견디고 가볍고 유연하다.

광섬유 송신의 사용은 공간과 전력이 중요시되고 환경이 더 험난한 날개 끝, 잠망경 꼭대기, 또는 UAV(드론)에서 상대적으로 낮은 전력 및 단순하고 소형인 아날로그 시스템을 가능하게 한다. 그러면, 요구되는 아날로그 신호는 더 많은 공간 전력 및 환경이 보다 양호한 광섬유를 통해 다시 파이프될 수 있다. 이 접근 방식으로 서비스 가능성도 향상된다. 또한, 포토닉스를 이용하여 얻을 수 있는 높은 Q 값은 전자 도메인에서 실현 가능하지 않은 RF 필터링 성능을 가능하게 할 수 있다.

OEO 포토닉 발진기는 실온에서 이용 가능한 가장 낮은 위상 잡음 발진기에 가깝다. OEO는 상술한 바와 같이 LO 신호 및 콤을 구성하는 데 사용될 수 있고, 시스템은 이제 증가된 TEC 전력 및 RF 전력이 공급될 수 있는 광 도메인에 있기 때문에, MZ 변조기 OEO는 이를 수행하는 편리한 방법이다.

역사적으로 이러한 시스템에서 광섬유 및 포토닉스의 사용을 억제하는 주요 문제는 높은 EW RF 대역폭에 대한 광 링크의 제한된 동적 범위였다. 광섬유 시스템의 동적 범위는 잡음 플로어에서 광 변조기로 인해 도입된 왜곡까지의 신호 대 잡음이다. 광 변조의 왜곡을 줄이는 방법이 있지만 이는 일반적으로 수 dB의 왜곡만을 제거하며 일반적으로 비 COTS 컴포넌트의 사용을 수반하고 광학적 손실이 더 많다. 따라서, 동적 범위를 증가시키기 위해서는 잡음을 낮추는 것이 좋다.

잡음 플로어는 일반적으로 포토닉 시스템에 사용되는 레이저의 RIN(relative intensity noise, 상대 강도 잡음); 샷(shot) 잡음(도착하는 초당 광자 수); 포토다이오드의 암전류; 및 총 전기 회로의 저항으로부터의 Johnson 잡음의 조합이다. 높은 동적 범위 광 링크에 있어서, 링크에 충분한 광 전력이 존재하기 때문에 잡음은 일반적으로 RIN에 의해 좌우된다. 일반적으로 레이저는 분산 피드백(Distributed Feedback, DFB) 레이저이다 - 일부 레이저는 낮은 RIN으로 구성된다.

위의 모든 소스에 대한 잡음 전력은 대역폭에 따라 증가한다.

동적 범위는 각각의 광 채널에 대한 RF 대역폭을 줄여 잡음을 줄임으로써 향상될 수 있으며, 그렇게 함으로써 잡음 플로어가 줄어든다. 본원에 설명된 시스템에서, 전자전 사양은 쉽게 이용 가능한 COTS 컴포넌트로 달성될 수 있다. 통상적으로, 목적에 따라 제조된(purpose built) 포토닉 디바이스는 제조 비용이 비싸지만 COTS 컴포넌트를 사용하면 이러한 시스템의 비용을 상당히 감소시킬 수 있다.

공간 및 전력이 제한되는 안테나에 소형의 가벼운 저전력 시스템을 제공하는 것이 본 시스템의 목적이다. 안테나에서 간단한 컴포넌트를 구비하는 것은 경험하게 되는 온도 범위가 문제가 될 수 있는 안테나에서의 환경을 견딜 수 있게 하고, 쉽게 이용 가능하고, 특정 애플리케이션에 적합하도록 견고하게 한다. COTS 제품을 사용할 시의 주요 문제점은 군사 환경에 있어서의 온도 범위일 가능성이 크다. 송신 수단으로서 광섬유의 사용은 이러한 민감한 디바이스가 환경 제어가 뛰어난 항공 전자공학 베이와 같은 플랫폼 상의 장소에 원격으로 배치되는 것을 가능하게 한다.

따라서, 본 발명은 광 채널의 대역폭을 줄여 제한된 대역폭에 대해 요구되는 동적 범위가 달성되도록 제안한다. 전체 EW 대역폭을 허용하기 위해, 시스템은 RF 콤의 각 부분으로부터의 정보를 각각 전달하는 많은 광 채널의 정보를 간단히 추가한다. 채널의 수가 크기 또는 비용에 의해 제한되면 콤은 동적으로 구성될 수 있다 - RF 스펙트럼의 이러한 상이한 부분은 언제든지 분석될 수 있다 - 는 것에 유의해야 한다. 콤의 부분은 리던던시를 부여하도록 중첩되고 따라서 견고할 수 있다.

각각의 광 채널에 대한 대역폭의 감소는 잡음을 더 많아지게 할 수 있지만, 통합 디바이스와 같은 통합 레이저가 사용될 수 있다. 모놀리식으로 통합된 레이저는 일반적으로 품질이 떨어지지만, 일반적으로 단일 채널 디바이스의 비용의 90% 및 부피의 99%가 패키징이기 때문에 크기 및 비용을 대폭 절감할 수 있다. 따라서, 레이저, 변조기, 및 다중화기는 하나의 다이 상에 결합될 수 있다. 다중화기의 반대인 역다중화기 - AWG(Arrayed Waveguide Grating, 어레이 도파관 격자)가 각각의 광 파장을 개개의 물리적 채널로 분리하는 것을 의미함 -, 광 증폭기, 및 광자를 결합하는 통합된 모놀리식 수신기와 같은 이용 가능한 디바이스가 있다는 것이 이해될 것이다.

상술된 시스템에서, 많은 광 채널, 예를 들어 EW 대역을 커버하기 위한 채널인 0.2GHz마다 하나의 파장이, 요구되는 EW 총 대역폭을 커버하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 10개의 레이저, 10개의 변조기, 및 다중화기(이는 하나의 물리적 광 채널에 모든 광 파장을 배치하고 그 다음에 광섬유 출력하는 데 사용되는 AWG이다)가 2.5cm 정사각형 패키지에 통합될 수 있다. 비록 최대 40개의 레이저 및 40개의 변조기가 달성되었다.

시스템의 대역폭은 RF 필터링없이 아날로그-디지털 변환에 의해 제한되지만, 상이한 RF 주파수의 중첩이 소프트웨어에서 제거될 수 있으므로 이는 중요하지 않다.

저 주파수의 많은 비트 수의 다중 ADC가 실리콘 통합 스트립으로 저렴하게 이용 가능하다는 것이 이해될 것이다. 이러한 저 주파수 ADC는 전력 소비가 낮고 더 높은 해상도 비트 수를 가능하게 하기 때문에 유리하다.

EW - Fo 대역 캘리브레이션은 소프트웨어에서 디콘볼루션될 수 있다. 역사적으로, 시스템은 특정 성능 사양을 준수하도록 제작되고 측정된다. 이 경우에, 다양한 성능을 지닌 더 많은 채널이 있으며 데이터 처리가 이전보다 훨씬 강력하므로, 캘리브레이션된 EW RF 스펙트럼에 노출될 때 시스템의 조정되지 않은 성능이 측정될 수 있다 - 따라서 (다른 주파수보다 일부 주파수에서 약간 더 민감한) 대역에 걸쳐 일정하지 않은(wavy) 성능이 정규화될 수 있다 (그리고 구하게 될 수 있다). 이 방식은 저렴하다 - 다중 채널의 조작(최적화)이 적다. 또한, 채널에 중첩하는 리던던시가 있으면, 하나의 채널이 완벽하지 않은 경우에, 어느 한 측의 채널이 결점을 보충할 수 있다.

요구되는 경우, 작은 신호의 샘플링 방식에서 큰 신호에 대한 견고성은 RF 필터 또는 (종래의 마이크로파 필터와 비교할 때) 100배 더 작은 포토닉 필터를 사용하여 달성될 수 있다.

상술된 시스템이 광 시스템을 사용하기 때문에, 예를 들어 RF com 및 임의의 RF 필터링과 같은 다른 요구되는 기능을 포토닉 생성하는 것도 말이 된다. 개개의 포토닉 회로의 크기 및 전력 소비는 그것들의 사용에 큰 장애가 된다. 그러나 다중 광 채널 또는 더 많은 기능(특히 하나의 패키지 내에 통합된 경우)에 대해서는 전력 소비 및 크기가 크게 증가하지 않는다.

예를 들어, 통합된 40개 채널 디바이스의 크기는 단일 레이저 및 변조기의 크기와 거의 동일하고, 또한 열전 냉각이 요구되고 열전 냉각기(thermoelectric cooler, TEC)의 사용이 전력 소비를 주도하기 때문에 거의 동일한 전력을 요구한다. 이 전력 소비는 한 채널에 대한 것과 40개의 채널에 대한 것이 실질적으로 동일하다.

마이크로파 포토닉 필터는 일반적으로 종래의 RF 필터에 비해 10배 더 작고 가벼우므로, 이러한 디바이스의 사용은 또한 유리하다.

매우 낮은 위상 잡음 RF 발진기 및 RF 콤도 광 전자 발진기(optical electronic oscillator, OEO)를 사용하여 구성될 수 있다. 이는 높은 Q 공진 공동의 추가로 구성될 수 있다. 다시, 선행 기술로부터, "또한, 포토닉스를 이용하여 얻을 수 있는 높은 Q 값은 전자 도메인에서 실현 가능하지 않은 필터링 성능을 가능하게 할 수 있다".

Q는 200THz의 광 주파수에서 1E10 내지 1E12만큼 높을 수 있는데 반해, 20GHz의 마이크로파 주파수에서 Q는 1E3 내지 1E4이다. 주파수 대 Q의 비율은 광학적으로 20,000 대 200, 그리고 마이크로파에 있어서 20,000,000 대 2,000,000이다. 따라서 마이크로파 포토닉 필터링은 대역폭 거부의 협소성 및 물리적 크기 면에서 더 좋다.

유리하게는, 본 발명은 이중 마하-젠더 변조기, 광 단일 측파대 변조기, 및 파장 다중화를 포함하는 표준 광 컴포넌트 기술을 이용한다.

다수의 저렴한 소형 저 주파수 디바이스를 사용하는 것은 30-100%의 부피 절감을 가져다 준다.

ADC는 뜨거워지는 큰 개별 컴포넌트이다. 더 많은 채널이 요구된다면, 더 낮은 전력의 더 저렴한 ADC를 실행하는 것이 가능할 수 있다. 사용되는 채널이 많을수록, EW 신호가 입력되는 채널이 가까울수록, 신호 대 잡음비가 향상된다.

포토다이오드에서 ADC 뱅크로의 출력 전류는 레이저 강도 입력에 따른 동적 범위를 가지므로, 대역폭을 제한해야 할 수 있다.

임의의 수의 채널이 예상될 수 있지만, 요구되는 디바이스가 더 복잡할 것이기 때문에 채널 수를 증가시키는 것은 비용을 증가시킬 수 있음이 이해될 것이다.

사용되는 칩 및 IC에 오류가 있는 경우 시스템은 누락된 채널에 대처할 수 있음이 이해될 것이다. 시스템에서 사용되는 많은 디바이스는 이미 다른 분야에서 사용되고 있지만, 이 시스템에서 COT 제품으로 사용될 수 있다.

표준 MZ 변조기는 DC 전압을 사용하여 바이어스된다는 것이 이해될 것이다. 본 발명에서, 시스템을 위해 고안된 애플리케이션에 의존하는 스큐(skew)를 가능하게하는 RF 측파대에서의 보다 효율적인 변환이 사용될 수 있다.

또한, 채널화는 본 시스템에서는 광 도메인에서 대략 30dB 더 좋다.

따라서 신호 처리에 포토닉스를 사용하는 것은 선행 기술에 비해 본 발명에 의해 제공되는 바와 같은 다수의 장점을 제공한다.

Claims (10)

1. 처리 전자기기가 보다 정확하게 신호를 분석할 수 있도록 포토닉스를 사용하여 광대역폭 마이크로파 (RF) 신호 스펙트럼을 낮은 주파수로 하향 변환하는 방법으로서,
   병렬로 복수의 파장 채널을 제공하는 단계;
   상기 파장을 결합하고, 결합된 파장을 변조기를 통해 통과시키는 단계; 및
   수신된 안테나 신호를 상기 변조기를 통해 통과시키고, 상기 변조기가 입력 안테나 신호와 관련된 특성을 갖는 신호를 출력하고, 상기 변조기로부터 출력된 신호를 디콘볼루션함으로써 출력 신호를 생성하는 단계를 포함하는, 광대역폭 마이크로파 (RF) 신호 스펙트럼을 낮은 주파수로 하향 변환하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   디콘볼루션하는 것은,
   상기 출력 신호를 디지털 신호 처리(digital signal processing, DSP) 수단에 입력하는 단계;
   관심 대상의 총 RF 안테나 신호 대역폭에 대한 정보가 구축될 수 있도록 각각의 광 파장 입력에 대해 알려진 입력 신호를 하향변환함으로써 신호를 분석하는 단계를 포함하는, 광대역폭 마이크로파 (RF) 신호 스펙트럼을 낮은 주파수로 하향 변환하는 방법.
3. 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스로서,
   복수의 방사선 방출기를 포함하되, 방출된 방사선은 WDM 송신기 수단으로 입력되고,
   상기 WDM 송신기 수단의 출력은 변조기 수단으로 출력되며,
   상기 변조기 수단은 RF 안테나 신호를 수신하고, 상기 변조기 수단의 출력은 안테나 신호와 관련된 양만큼 시프트되며,
   상기 디바이스는 WDM 수신기 수단을 더 포함하되, 상기 WDM 수신기 수단은 변조기에 의해 출력된 신호를 수신하고 RF 안테나에 의해 수신된 RF 신호와 직접 관련된 신호를 ADC 수단에 출력하며, 상기 ADC 수단은 계속되는 처리를 위해 디지털 신호 처리 수단에 신호를 출력하는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 WDM 송신기 수단은 추가 변조기 수단 및 어레이 도파관 격자를 포함하는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 변조기 수단 및 상기 추가 변조기 수단은 마하-젠더(Mach-Zehnder) 변조기 수단을 포함하는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 WDM 수신 수단은 어레이 도파관 격자 및 포토다이오드 어레이를 포함하는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 안테나 수단은 레이더 안테나를 포함하는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방사선 방출기는 레이저 방출기를 포함하는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
9. 제 3 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방사선 방출기의 수는 2 내지 40에서 선택될 수 있는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.
10. 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    신호 처리는 포토닉스에 의해 수행되는, 광대역폭 RF 안테나 신호를 낮은 주파수로 하향 변환하기 위한 디바이스.

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