RU2674074C1 - Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas - Google Patents

Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas Download PDF

Info

Publication number
RU2674074C1
RU2674074C1 RU2018106464A RU2018106464A RU2674074C1 RU 2674074 C1 RU2674074 C1 RU 2674074C1 RU 2018106464 A RU2018106464 A RU 2018106464A RU 2018106464 A RU2018106464 A RU 2018106464A RU 2674074 C1 RU2674074 C1 RU 2674074C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
antennas
broadband
photodetectors
output
Prior art date
Application number
RU2018106464A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Феоктистович Зайцев
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2018106464A priority Critical patent/RU2674074C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2674074C1 publication Critical patent/RU2674074C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70Photonic quantum communication

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.
SUBSTANCE: invention relates to radio photonics, including the technique of transmitting high-power broadband radio signals over fiber-optic communication lines to antennas and antenna arrays. An optical splitter, an optical delay line and antennas are introduced into the radiophoton transmission line of powerful broadband signals, the RF modulating signal simultaneously with the current from the bias source is fed to the input of the laser, the optical output of which is connected to the input of the fiber-optic line, the output of which is connected to a symmetric optical splitter, the optical outputs of which are connected to the optical inputs of the first and second photodetectors connected in a differential circuit and operating in the photovoltaic mode, the optical input of the second photodetector is fed through an optical delay line, which provides a delay of the signal by the length of the pulse at the base at the output of the first photodetector, electrical outputs of the photodetectors are the push-pull outputs of the broadband radiophoton transmission path, operating in the AB class, whose load is the antennas.
EFFECT: technical result is increased efficiency, maximum achievable power, broadband (expansion of the instantaneous band of transmitted frequencies), increased identity of channels, improved temperature and time stability, obtained energy independence of antennas, as well as increased efficiency of their excitation.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике волоконно-оптической связи, в частности к радиофотонным передающим трактам для систем связи и радаров, а более конкретно к широкополосным передающим линиям систем «Радио-по-волокну» (RoF) и передающим трактам радиофотонных приемно-передающих модулей АФАР (ППМ РОФАР) для передачи с высоким КПД мощных широкополосных сигналов на широкополосные антенны и антенные решетки РОФАР и их эффективного возбуждения.The invention relates to techniques for fiber-optic communication, in particular to radio photon transmission paths for communication systems and radars, and more particularly to broadband transmission lines of Radio-in-Fiber (RoF) systems and transmission paths of radio photon receiving-transmitting AFAR (PPM) modules ROFAR) for transmitting high-efficiency high-power broadband signals to broadband antennas and ROFAR antenna arrays and their effective excitation.

Для широкого спектра применений в современных системах связи, радиолокации, навигации, радиоастрономии и т.д. требуется передавать по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) мощные широкополосные сигналы непосредственно к конечному пользователю (конечную нагрузку), например, к антенному излучателю без последующего усиления [1-3].For a wide range of applications in modern communication systems, radar, navigation, radio astronomy, etc. it is required to transmit powerful broadband signals directly to the end user (final load) via fiber-optic communication lines (FOCL), for example, to an antenna emitter without subsequent amplification [1-3].

Однако для решения задачи высокоэффективной передачи мощных широкополосных сигналов по ВОЛС с одновременным сохранением высокого КПД при возбуждении антенн необходимо преодолеть ряд научно-технических проблем.However, to solve the problem of highly efficient transmission of powerful broadband signals over fiber optic lines while maintaining high efficiency during antenna excitation, it is necessary to overcome a number of scientific and technical problems.

В типичных маломощных аналоговых и цифровых ВОЛС, в том числе для передачи цифровой информации, используют видеоимпульсы, т.е. при модуляции оптического излучения его интенсивность изменяется от минимума (практически нулевого значения) до максимума и обратно.In typical low-power analog and digital FOCLs, including for transmitting digital information, video pulses are used, i.e. upon modulation of optical radiation, its intensity varies from a minimum (almost zero value) to a maximum and vice versa.

Например, аналитическое представление широкополосного видеоимпульса в общем виде будет [4, 5]:For example, the analytical representation of a broadband video pulse in general form will be [4, 5]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: A=max{x(t)} - амплитуда импульса,

Figure 00000002
- эффективная длительность импульса,
Figure 00000003
- функция, описывающая форму сигнала.where: A = max {x (t)} is the amplitude of the pulse,
Figure 00000002
- effective pulse duration,
Figure 00000003
- a function that describes the waveform.

Такие однополярные импульсы, имеющие постоянную составляющую, имеют максимум энергии в области нулевой частоты и вытянутый хвост с резко убывающей энергией (спектральной плотностью) при частоте f>>0 [4, 5].Such unipolar pulses with a constant component have a maximum of energy in the region of zero frequency and an elongated tail with a sharply decreasing energy (spectral density) at a frequency f >> 0 [4, 5].

Однако, антенны, даже широкополосные, излучают только незначительную часть этого спектра, в области центральной частоты fo, причем fo>>0, поэтому КПД излучения антенн, возбуждаемых видеоимпульсами крайне мал [5].However, antennas, even broadband ones, emit only an insignificant part of this spectrum, in the region of the central frequency f o , and f o >> 0, therefore the radiation efficiency of antennas excited by video pulses is extremely small [5].

Для согласования спектров широкополосных и сверхширокополосных сигналов, подводимых к антенне и спектра излучения самой антенны необходимо работать с биполярными импульсами, например, радиоимпульсами гауссовой или другой формы огибающих [5]:To match the spectra of broadband and ultra-wideband signals supplied to the antenna and the radiation spectrum of the antenna itself, it is necessary to work with bipolar pulses, for example, radio pulses of a Gaussian or other envelope shape [5]:

Figure 00000004
Figure 00000004

где: ƒo - центральная частота, α, β - постоянные затухания и нарастания огибающей.where: ƒ o is the central frequency, α, β are the constant attenuation and increase of the envelope.

При возбуждении антенны биполярными широкополосными (короткими) импульсами с согласованным с ней спектром КПД излучения антенны значительно возрастает [5].When the antenna is excited by bipolar broadband (short) pulses with a spectrum of the antenna radiation matched with it, the antenna radiation efficiency increases significantly [5].

Однако при построении фотонных трактов ВОЛС для передачи радиоимпульсов, т.е. импульсов с ограниченным снизу частотным спектром, а также любых непрерывных и дискретных сигналов, имеющих несущую частоту, (т.е. возможностью работы с биполярными сигналами), требуется выбор рабочей точки при модуляции (как внешней, так и внутренней) примерно посередине диапазона изменения мощности.However, when constructing the FOCL photon paths for transmitting radio pulses, i.e. pulses with a lower frequency spectrum, as well as any continuous and discrete signals having a carrier frequency (i.e., the ability to work with bipolar signals), it is necessary to select the operating point for modulation (both external and internal) approximately in the middle of the power variation range .

Таким образом, оптический передатчик, независимо от глубины модуляции непрерывно излучает примерно половину своей максимальной оптической мощности и работает фактически в классе А (по классификации принятой для электронных усилителей с максимально достижимым КПД - 30%).Thus, the optical transmitter, irrespective of the modulation depth, continuously emits about half of its maximum optical power and actually works in class A (according to the classification adopted for electronic amplifiers with the highest achievable efficiency - 30%).

Это приводит сразу к нескольким негативным последствиям, в числе которых уменьшение КПД, увеличение дробового шума, прямо пропорционального падающей на фотодетектор оптической мощности, уменьшение динамического диапазона как следствие более раннего достижения порога его насыщения. Также возрастает коэффициент нелинейных искажений по причине уменьшения динамического диапазона и специфики работы устройств в классе А, в выходном спектре которых существуют как четные, так и нечетные гармоники.This immediately leads to several negative consequences, including a decrease in efficiency, an increase in shot noise directly proportional to the optical power incident on the photodetector, and a decrease in the dynamic range as a result of an earlier achievement of its saturation threshold. The nonlinear distortion coefficient also increases due to a decrease in the dynamic range and the specifics of the operation of devices in class A, in the output spectrum of which there are even and odd harmonics.

Принципиальным решением этих проблем является перевод работы оптических передатчиков в класс АВ, при котором примерно вдвое увеличивается КПД, сводится практически до нуля постоянная составляющая оптического излучения и уменьшаются нелинейные искажения за счет подавления четных гармоник. Наличие начальных участков характеристик оптических модуляторов с повышенной нелинейностью для внешней модуляции и порогового тока лазеров для внутренней (непосредственной или прямой) модуляции вынуждают применять класс АВ с незначительной (порядка нескольких процентов) постоянной составляющей оптического излучения. Примером такого решения является патент US 20070019896 «Class АВ microwave-photonic link», опубликованный 25 янв. 2007 года [6].A fundamental solution to these problems is to transfer the operation of optical transmitters to class AB, in which the efficiency is approximately doubled, the constant component of optical radiation is reduced to almost zero, and nonlinear distortion is reduced by suppressing even harmonics. The presence of the initial characteristics of optical modulators with increased nonlinearity for external modulation and the threshold laser current for internal (direct or direct) modulation make it necessary to use the AB class with an insignificant (of the order of several percent) constant component of optical radiation. An example of such a solution is US 20070019896, Class AB microwave-photonic link, published Jan. 25. 2007 year [6].

Однако схемы по этому изобретению имеют ряд ограничений и недостатков, делающих принципиально невозможным его применение в качестве мощного передающего тракта.However, the schemes of this invention have a number of limitations and disadvantages, making it fundamentally impossible to use it as a powerful transmission path.

Известна радиофотонная линия для передачи мощных СВЧ сигналов с повышенным КПД, работающая в классе АВ [6] (фиг. 1 источника), состоящая из лазера, оптического усилителя, оптического разветвителя, двух оптических модуляторов с источниками смещения, радиочастотного делителя, радиочастотного фазовращателя, двух волоконно-оптических линий и двух фотодетекторов, включенных по балансной схеме, работающих в фотодиодном режиме.Known radio photon line for transmitting high-power microwave signals with increased efficiency, operating in class AB [6] (Fig. 1 source), consisting of a laser, an optical amplifier, an optical splitter, two optical modulators with bias sources, a radio frequency divider, an RF phase shifter, two fiber optic lines and two photodetectors included in a balanced circuit operating in the photodiode mode.

Недостатки известной схемы состоят в следующем:The disadvantages of the known scheme are as follows:

Наличие оптического волоконного усилителя (EDFA) из-за низкого общего КПД порядка 10% [7] сильно снижает общий КПД системы.The presence of an optical fiber amplifier (EDFA) due to the low overall efficiency of about 10% [7] greatly reduces the overall efficiency of the system.

Оптические модуляторы ограничивают уровень максимальной оптической мощности уровнем в несколько сотен мВт, что делает такую систему принципиально неприменимой для передачи мощных (свыше 1 Ватта) сигналов, а их внутренние потери значительно снижают эффективность применения оптического усилителя, уменьшая результирующее усиление [8].Optical modulators limit the maximum optical power level to a few hundred mW, which makes such a system fundamentally inapplicable for transmitting powerful (over 1 Watt) signals, and their internal losses significantly reduce the efficiency of using an optical amplifier, reducing the resulting gain [8].

Два отдельных модулятора с отдельными источниками смещения и два оптических волокна (ОВ) приводят к значительной неидентичности каналов по целому комплексу параметров (по коэффициенту передачи, разности времен прохождения сигналов, дифференциальной фазе, дифференциальному температурному и временному дрейфу и т.д.).Two separate modulators with separate bias sources and two optical fibers (OM) lead to a significant non-identity of the channels in a whole range of parameters (in terms of transmission coefficient, difference in signal transit times, differential phase, differential temperature and time drift, etc.).

Наличие радиочастотного фазовращателя в радиочастотных каналах принципиально ограничивает ширину полосы частот модуляции, делая практически невозможным работу в широкой и тем более в сверхширокой полосе частот, а также усугубляет проблемы с не идентичностью каналов.The presence of a radio frequency phase shifter in radio frequency channels fundamentally limits the width of the modulation frequency band, making it practically impossible to work in a wide and especially in an ultra-wide frequency band, and also exacerbates problems with non-identical channels.

Использование балансных фотодетекторов в обычном (фотодиодном) режиме требует отдельных биполярных источников смещения и приводит к увеличению рассеиваемой на них мощности, к энергозависимости нагрузки (антенн), а также к падению общего КПД системы.The use of balanced photodetectors in the usual (photodiode) mode requires separate bipolar bias sources and leads to an increase in the power dissipated by them, to the energy dependence of the load (antennas), and also to a decrease in the overall system efficiency.

Наличие двойного количества элементов линии передачи и нескольких прецизионных источников смещения увеличивает аппаратурные затраты, объем, массу и стоимость, одновременно снижая суммарный КПД системы.The presence of a double number of transmission line elements and several precision bias sources increases hardware costs, volume, mass and cost, while reducing the total system efficiency.

Известна радиофотонная линия для передачи мощных СВЧ сигналов с повышенным КПД, работающая в классе АВ [6] (фиг. 2 источника), состоящая из радиочастотного делителя, радиочастотного фазовращателя, двух лазеров с источниками смещения, двух волоконно-оптических линий и двух фотодетекторов, включенных по балансной схеме, работающих в фотодиодном режиме.Known radio photon line for transmitting high-power microwave signals with increased efficiency, operating in class AB [6] (Fig. 2 sources), consisting of a radio frequency divider, radio frequency phase shifter, two lasers with bias sources, two fiber optic lines and two photodetectors included according to the balanced circuit operating in photodiode mode.

Недостатки известной схемы состоят в следующем:The disadvantages of the known scheme are as follows:

Наличие радиочастотного фазовращателя в радиочастотных каналах принципиально ограничивает ширину полосы частот модуляции, делая практически невозможным работу в широкой и тем более в сверхширокой полосе частот, а также усугубляет проблемы с не идентичностью каналов.The presence of a radio frequency phase shifter in radio frequency channels fundamentally limits the width of the modulation frequency band, making it practically impossible to work in a wide and especially in an ultra-wide frequency band, and also exacerbates problems with non-identical channels.

Два отдельных лазера с отдельными источниками смещения и два ОВ приводят к значительной неидентичности каналов по целому комплексу параметров (по коэффициенту передачи, разности времен прохождения сигналов, дифференциальной фазе, дифференциальному температурному и временному дрейфу и т.д.).Two separate lasers with separate bias sources and two OBs lead to a significant non-identity of the channels in a whole range of parameters (in terms of transmission coefficient, difference in signal propagation time, differential phase, differential temperature and time drift, etc.).

Использование балансных фотодетекторов в обычном (фотодиодном) режиме требует отдельных биполярных источников смещения и приводит к увеличению рассеиваемой на них мощности, к энергозависимости нагрузки, а также к падению общего КПД системы.The use of balanced photodetectors in the usual (photodiode) mode requires separate bipolar sources of bias and leads to an increase in the power dissipated by them, to the energy dependence of the load, and also to a drop in the overall efficiency of the system.

Наличие двойного количества элементов линии передачи и нескольких прецизионных источников смещения увеличивает аппаратурные затраты, объем, массу и стоимость, одновременно снижая суммарный КПД системы.The presence of a double number of transmission line elements and several precision bias sources increases hardware costs, volume, mass and cost, while reducing the total system efficiency.

Единая задача, на решение которой направлено данное изобретение - одновременное повышение КПД системы и достижимой мощности фотонного передающего тракта - антенна и эффективности возбуждения антенны, расширение мгновенной полосы передаваемых частот (широкополосности), повышение идентичности каналов, улучшение температурной и временной стабильности, уменьшение аппаратурных затрат и упрощение схемы. При этом важным и необходимым условием являлось сохранение работы в классе АВ.The single task this invention is directed to is to simultaneously increase the efficiency of the system and the achievable power of the photon transmitting path — the antenna and antenna drive efficiency, expand the instantaneous frequency band (broadband), increase the identity of channels, improve temperature and time stability, reduce hardware costs and simplification of the scheme. An important and necessary condition was the preservation of work in class AB.

Для этого предлагается радиофотонная линия для передачи мощных широкополосных сигналов с повышенным КПД, работающая в классе АВ с единственной волоконно-оптической линией передачи и фотодетекторами, включенными по дифференциальной схеме, выполняющими, одновременно с фотодетектированием функцию инвертора однополярного (монополярного) импульсного сигнала, причем фотодетекторы работают в фотовольтаическом режиме попеременно с разнесением по времени на половину длинны биполярного импульса на их выходе (по основанию), обеспечиваемым оптической линией задержки.For this purpose, a radio photon line for transmitting powerful broadband signals with increased efficiency is proposed, operating in class AB with a single fiber-optic transmission line and photodetectors included in the differential circuit, performing, simultaneously with photodetection, the function of an inverter of a unipolar (monopolar) pulse signal, and photodetectors work in the photovoltaic mode, alternately with a time spacing of half the length of the bipolar pulse at their output (at the base), provided by cal delay line.

Выходы фотодетекторов подключены к антенне.The photodetector outputs are connected to the antenna.

Сущность изобретения заключается в переносе функции инвертирования сигнала (получении двухтактного, двухполярного сигнала) из передающей части линии в приемную и осуществления ее одновременно с фотовольтаическим преобразованием из оптического в электрический двухполярный сигнал в мощных фото детекторах, работающих в фотовольтаическом режиме попеременно за счет оптической линии задержки, включенной перед одним из фотодетекторов, включенных по дифференциальной схеме (фиг. 1а). В качестве лазеров могут быть применены мощные квантоворазмерные гетеролазеры с непосредственной модуляцией [9].The essence of the invention is to transfer the function of inverting the signal (receiving a push-pull, bipolar signal) from the transmitting part of the line to the receiving one and implementing it simultaneously with photovoltaic conversion from optical to electric bipolar signal in powerful photo-detectors operating in photovoltaic mode alternately due to the optical delay line, included in front of one of the photodetectors included in the differential circuit (Fig. 1A). Powerful quantum-well heterolasers with direct modulation can be used as lasers [9].

Такие мощные квантоворазмерные гетеролазеры (с мощностью до нескольких десятков Вт) могут непосредственно промодулированы до частот в несколько ГГц [10].Such powerful quantum-well heterolasers (with power up to several tens of watts) can be directly modulated to frequencies of several GHz [10].

В качестве мощных фотодетекторов могут быть использованы мощные фотодетекторы типа UTC (Uni-Trevelling-Carrier) с оптимизированной областью поглощения [11].As powerful photodetectors, powerful UTC (Uni-Trevelling-Carrier) type photodetectors with an optimized absorption region can be used [11].

Принцип работы радиофотонного передающего тракта проиллюстрирован на его упрощенной схеме (фиг. 1а). Исходный однополярный (монополярный) импульсный сигнал наносекундной длительности, предназначенный к передаче по радиофотонному тракту, поступает на электрический вход лазера 2 (ЛД) одновременно с постоянным электрическим смещением от источника 1 (Смещение ЛД), обеспечивающим работу мощного лазера от порогового тока, модулируя оптическую мощность на его выходе от минимального околопорогового до максимальных значений.The principle of operation of the radio photon transmission path is illustrated in its simplified diagram (Fig. 1A). The initial unipolar (monopolar) pulsed signal of nanosecond duration, intended for transmission through the radiophoton path, is supplied to the electric input of laser 2 (LD) simultaneously with a constant electric bias from source 1 (LD bias), which ensures the operation of a powerful laser from a threshold current, modulating optical power at its output from the minimum near-threshold to maximum values.

На выходе лазера появляется мощный однополярный (монополярный) оптический импульс наносекундной длительности (фиг. 1б). Далее передаваемый импульсный сигнал наносекундной длительности проходит по волоконно-оптической линии связи 3 (ВОЛС) и поступает на симметричный оптический разветвитель 4 (ОР), где его мощность делится поровну на две оптические ветви, из первой ветви оптический сигнал поступает напрямую на первый мощный фотодетектор 6, на выходе которого возникает первый наносекундный электрический импульс положительной полярности (при данной полярности включения фотодетектора), а из второй ветви сигнал поступает на вход оптической линии задержки 5 (ОЛЗ), где задерживается по времени на длину первого оптического импульса по его основанию, (что эквивалентно половине длинны биполярного электрического импульса на выходе фотодетекторов) и поступает на второй мощный фотодетектор 7, на выходе которого возникает второй наносекундный электрический импульс отрицательной полярности (при данной полярности включения фотодетектора).A powerful unipolar (monopolar) optical pulse of nanosecond duration appears at the laser output (Fig. 1b). Next, the transmitted pulsed signal of nanosecond duration passes through the fiber-optic communication line 3 (FOCL) and enters a symmetrical optical splitter 4 (OR), where its power is divided equally into two optical branches, from the first branch the optical signal is sent directly to the first powerful photodetector 6 at the output of which there is a first nanosecond electric pulse of positive polarity (at a given polarity of the photodetector on), and from the second branch the signal is fed to the input of the optical delay line 5 (OL ), where it is delayed in time by the length of the first optical pulse at its base (which is equivalent to half the length of the bipolar electric pulse at the output of the photodetectors) and arrives at the second powerful photodetector 7, the output of which produces a second nanosecond electric pulse of negative polarity (for a given switching polarity photodetector).

На выходе этих двух фотодетекторов, включенных дифференциально, т.е. разнополярно для получения разностного сигнала, причем сумма этих двух наносекундных импульсов дает на нагрузке, (в качестве которой может быть применена антенна), мощный биполярный импульс наносекундной длительности (фиг. 2).At the output of these two photodetectors, switched on differentially, i.e. bipolar to obtain a difference signal, and the sum of these two nanosecond pulses gives the load, (which can be used as an antenna), a powerful bipolar pulse of nanosecond duration (Fig. 2).

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, одновременно выражается в следующем:A single technical result, which can be obtained by carrying out the invention, is simultaneously expressed in the following:

а) в расширении мгновенной полосы передаваемых частот за счет применения в тракте элементов, не ограничивающих широкополосности и возможности работы в сверхширокой полосе частот, причем основная функция - работа радиофотонного тракта в режиме класса АВ сохраняется;a) in expanding the instantaneous band of transmitted frequencies due to the use of elements in the path that do not limit broadband and the ability to work in an ultra-wide frequency band, the main function being the operation of the radio photon path in class AB mode;

б) в повышении максимально достижимой передаваемой мощности за счет применения в тракте элементов, не ограничивающих уровень максимальной оптической и электрической мощности, причем основная функция - работа радиофотонного тракта в режиме класса АВ сохраняется;b) in increasing the maximum achievable transmitted power due to the use of elements in the path that do not limit the level of maximum optical and electrical power, the main function being the operation of the radio photon path in class AB mode;

в) в энергетической независимости выхода тракта, т.е. в отсутствии необходимости электрического питания аппаратуры на выходе, благодаря работе мощных фотодетекторов в фотовольтаическом режиме и, как правило, отсутствием необходимости в усилении полученного сигнала значительной мощности.c) in the energy independence of the path exit, i.e. in the absence of the need for electrical power supply of the equipment at the output, due to the operation of powerful photodetectors in the photovoltaic mode and, as a rule, the lack of the need to amplify the received signal of significant power.

г) в повышении идентичности каналов, улучшении температурной и временной стабильности за счет передачи сигнала по единственному как радиочастотному, так и волоконно-оптическому каналу с оптическим разветвлением непосредственно перед фотодетекторами;d) to increase the identity of the channels, to improve the temperature and time stability due to the transmission of the signal through a single radio frequency and fiber optic channel with optical branching directly in front of the photodetectors;

д) в одновременном повышении КПД системы радиофотонный передающий тракт - антенна за счет повышения КПД, как самого тракта, благодаря отсутствию необходимости в дополнительных источниках питания мощных фотодетекторов, так и за счет эффективного возбуждения антенны биполярными радиоимпульсами с согласованным с антенной частотным спектром и временным сдвигом их положительных и отрицательных частей (полуволн).e) at the same time increasing the efficiency of the system, the radio-photon transmitting path - antenna by increasing the efficiency of both the path itself, due to the lack of the need for additional power sources of powerful photodetectors, and due to the effective excitation of the antenna by bipolar radio pulses with a frequency spectrum matched to the antenna and their time shift positive and negative parts (half waves).

Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения (фиг. 3) достигается тем, что по сравнению с известной радиофотонной линией для передачи СВЧ сигналов с повышенным КПД, работающей в классе АВ [6], являющейся наиболее близким аналогом к заявляемому, с общими признаками: наличие двух частей, лазеров, волоконно-оптических линий между двумя частями, фотодетекторов, отличающаяся тем, что введен оптический разветвитель 4 (ОР), оптическая линия задержки 5 (ОЛЗ) и антенны 8, 9, причем радиочастотный модулирующий сигнал одновременно с током от источника смещения 1 (Смещение ЛД) подается на вход лазера 2 (ЛД), оптический выход которого соединен с входом волоконно-оптической линии связи 3 (ВОЛС), выход которой соединен с оптическим разветвителем 4 (ОР), первый оптический выход которого соединен с оптическим входом первого фотодетектора 6 (ФД1), а второй с оптическим входом второго фотодетектора 7 (ФД2) через оптическую линию задержки 5 (ОЛЗ), обеспечивающую задержку сигнала на длину импульса по основанию на выходе первого фотодетектора, оба фотодетектора включены по дифференциальной схеме и работают в фотовольтаическом режиме и их электрические выходы являются двухтактными (биполярными) выходами на антенны 8, 9 широкополосной радиофотонной линии работающей в классе АВ.The specified single technical result in the implementation of the invention (Fig. 3) is achieved in that, in comparison with the known radio photon line for transmitting microwave signals with increased efficiency, operating in class AB [6], which is the closest analogue to the claimed one, with common features: two parts, lasers, fiber-optic lines between the two parts, photodetectors, characterized in that the optical splitter 4 (OP), the optical delay line 5 (OLZ) and the antenna 8, 9, and the radio frequency modulating signal at the same time with current from bias source 1 (LD bias) is supplied to the input of laser 2 (LD), the optical output of which is connected to the input of fiber-optic communication line 3 (FOCL), the output of which is connected to optical splitter 4 (OP), the first optical output of which connected to the optical input of the first photodetector 6 (PD1), and the second to the optical input of the second photodetector 7 (PD2) through an optical delay line 5 (OLZ), which provides signal delay by the pulse length at the base at the output of the first photodetector, both photodetectors are connected by differential They also operate in photovoltaic mode and their electrical outputs are push-pull (bipolar) outputs to antennas 8, 9 of the broadband radio photon line operating in class AB.

Таким образом, на выходе радиофотонной линии формируется мощный широкополосный биполярный (двухполярный) сигнал, причем оптическая линия задержки сдвигает отрицательную часть импульса на длину его положительной части по основанию, как представлено на фиг. 2.Thus, a powerful broadband bipolar (bipolar) signal is generated at the output of the radiophoton line, and the optical delay line shifts the negative part of the pulse by the length of its positive part at the base, as shown in FIG. 2.

Такие широкополосные биполярные импульсы позволяют повысить эффективность возбуждения и направленность антенн [12].Such broadband bipolar pulses can increase the excitation efficiency and directivity of the antennas [12].

Например, при возбуждении в раскрыве антенны электромагнитного поля Е в виде биполярного импульса коэффициент направленного действия DБ становится равным [12]:For example, when the electromagnetic field E is excited in the aperture of the antenna in the form of a bipolar pulse, the directional coefficient D B becomes equal [12]:

Figure 00000005
Figure 00000005

где: DМ - коэффициент направленного действия для возбуждения антенны моноимпульсами.where: D M - directional coefficient for excitation of the antenna by single pulses.

Таким образом, возбуждение в раскрыве антенны электромагнитного поля в виде биполярного импульса (3) увеличивает коэффициент направленного действия DБ антенны в 9,5 раз по сравнению с коэффициентом направленного действия DМ для униполярного моноимпульса DМ.Thus, the excitation in the aperture of the electromagnetic field antenna in the form of a bipolar pulse (3) increases the directional coefficient D B of the antenna by 9.5 times compared with the directional coefficient D M for a unipolar monopulse D M.

Следовательно, в совокупности общий выигрыш эффективности при применении предлагаемых двухтактных радиофотонных передающих трактов может быть до 18 раз.Therefore, in aggregate, the overall efficiency gain when applying the proposed push-pull radio photon transmission paths can be up to 18 times.

Источники информации:Information sources:

1. Бахрах Л.Д., Зайцев Д.Ф. Фазированные антенные решетки на основе распределенных оптических антенных модулей // Доклады АН. - 2004. - Т. 394, №4. - с. 465-468.1. Bahrakh L.D., Zaitsev D.F. Phased antenna arrays based on distributed optical antenna modules // Doklady AN. - 2004. - T. 394, No. 4. - from. 465-468.

2. Д.Ф. Зайцев. Нанофотоника и ее применение - Монография, М.: Изд. «АКТЕОН», 2012 г., 445 с., с илл. ISBN 978-5-91142-045-1.2. D.F. Zaitsev. Nanophotonics and its application - Monograph, M .: Ed. "ACTEON", 2012, 445 pp., With ill. ISBN 978-5-91142-045-1.

3. Приемно-передающий оптоэлектронный модуль АФАР: Патент России RU 2298810 / Д.Ф. Зайцев. - №2005130539; Заявл. 4.10.2005.3. Transceiver optoelectronic module AFAR: Russian Patent RU 2298810 / D.F. Zaitsev. - No. 2005130539; Claim October 4, 2005.

4. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства - М.: Изд. Советское радио, 1972 г., 592 с.4. Yitzhoki Ya.S., Ovchinnikov N.I. Pulse and digital devices - M.: Publishing. Soviet Radio, 1972, 592 p.

5. Шостко И.С., Алмакадма Т., Соседка Ю.Э. Анализ сверхширокополосных сигналов для инфокоммуникационных сетей // Проблемы телекоммуникаций. - 2012. - №4 (9), с. 45-62. http://pt.journal.kh.ua5. Shostko I.S., Almakadma T., Neighbor Yu.E. Analysis of ultra-wideband signals for infocommunication networks // Problems of telecommunications. - 2012. - No. 4 (9), p. 45-62. http://pt.journal.kh.ua

6. Class - АВ microwave - photonic link: US 20070019896 A1 / Т.Е. Darcie, P.F. Drissen, Int. Cl. G02F 1/01; US Cl, 385/1; 25.01.2007.6. Class - AB microwave - photonic link: US 20070019896 A1 / T.E. Darcie, P.F. Drissen, Int. Cl. G02F 1/01; US Cl, 385/1; 01/25/2007.

7. Каталог фирмы IPG Photonics. EARSeries 1 to 50 W Single-Mode High Power Erbium Fiber Amplifiers - www.ipgphotonics.com7. Catalog of IPG Photonics. EARSeries 1 to 50 W Single-Mode High Power Erbium Fiber Amplifiers - www.ipgphotonics.com

8. PowerLog™ AM-20; AM-40 20/40 GHz Intensity Modulators for Analog Applications. DataScheet / Oclaro. - CA. - 2013, - www.oclaro.com8. PowerLog ™ AM-20; AM-40 20/40 GHz Intensity Modulators for Analog Applications. DataScheet / Oclaro. - CA. - 2013, - www.oclaro.com

9. Винокуров Д.А., Зорина C.A., Тарасов И.С. и др. Мощные полупроводниковые лазеры на основе асимметричных гетероструктур раздельного ограничения // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39, вып. 3 - с. 388-393.9. Vinokurov D.A., Zorina C.A., Tarasov I.S. et al. Powerful semiconductor lasers based on asymmetric separate-limiting heterostructures // Physics and Technology of Semiconductors. - 2005. - T. 39, no. 3 - p. 388-393.

10. Зайцев Д.Ф. Исследование частотного потенциала мощных квантоворазмерных гетеролазеров // Антенны. - 2013. - Вып. 8. - с. 50-57.10. Zaitsev D.F. Investigation of the frequency potential of powerful quantum-well heterolasers // Antennas. - 2013. - Issue. 8. - p. 50-57.

11. Li J., Xiong В., Luo Y., Sun С, Hao H., Wang J., Han Y., Wang L. and Li H. High-power, wide-bandwidth modified uni-travelingcarrier photodiodes with an optimized depletion region // Applied Physics Express. - 2016. - V. 9, No. 5, - http://dx.doi.org/10.7567/APEX.9.05220311. Li J., Xiong B., Luo Y., Sun C, Hao H., Wang J., Han Y., Wang L. and Li H. High-power, wide-bandwidth modified uni-travelingcarrier photodiodes with an optimized depletion region // Applied Physics Express. - 2016. - V. 9, No. 5, - http://dx.doi.org/10.7567/APEX.9.052203

12. Способ возбуждения широкополосной антенной решетки и широкополосная антенная решетка (варианты) для его осуществления: Патент России RU 2295180 / Анцев Г.В., Сарычев В.А., Французов А.Д. и др. - №2005122185/09; Заявл. 13.07.2005.12. The method of excitation of a broadband antenna array and broadband antenna array (options) for its implementation: Russian Patent RU 2295180 / Antsev G.V., Sarychev V.A., Frantsuzov A.D. et al. - No. 2005122185/09; Claim 07/13/2005.

Claims (1)

Радиофотонная линия передачи мощных широкополосных сигналов, содержащая две части, непосредственно модулированный мощный лазер, выполненный в виде гетеролазера с источником смещения, волоконно-оптическую линию между двумя частями, фотодетекторы, отличающаяся тем, что введен оптический разветвитель, оптическая линия задержки и антенны, причем радиочастотный модулирующий сигнал одновременно с током от источника смещения подается на вход лазера, оптический выход которого соединен с входом волоконно-оптической линии, выход которой соединен с симметричным оптическим разветвителем, оптические выходы которого соединены с оптическими входами первого и второго фотодетекторов, включенных по дифференциальной схеме и работающих в фотовольтаическом режиме, причем на оптический вход второго фотодетектора сигнал подается через оптическую линию задержки, обеспечивающую задержку сигнала на длину импульса по основанию на выходе первого фотодетектора, электрические выходы фотодетекторов являются двухтактными выходами широкополосного радиофотонного передающего тракта, работающего в классе АВ, нагрузкой которого являются антенны.A radio photon transmission line of powerful broadband signals, containing two parts, a directly modulated powerful laser made in the form of a heterolaser with a bias source, a fiber optic line between two parts, photodetectors, characterized in that an optical splitter, an optical delay line and antennas are introduced, moreover, the radio frequency the modulating signal simultaneously with the current from the bias source is fed to the input of the laser, the optical output of which is connected to the input of the fiber-optic line, the output of which is connected inen with a symmetric optical splitter, the optical outputs of which are connected to the optical inputs of the first and second photodetectors, connected in a differential circuit and operating in the photovoltaic mode, and the signal is fed to the optical input of the second photodetector through an optical delay line, which provides signal delay by the pulse length based on the output of the first photodetector, the electrical outputs of the photodetectors are push-pull outputs of a broadband radio photon transmitting path, ayuschego in class AB, which is a load of the antenna.
RU2018106464A 2018-02-21 2018-02-21 Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas RU2674074C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106464A RU2674074C1 (en) 2018-02-21 2018-02-21 Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018106464A RU2674074C1 (en) 2018-02-21 2018-02-21 Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2674074C1 true RU2674074C1 (en) 2018-12-07

Family

ID=64603668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018106464A RU2674074C1 (en) 2018-02-21 2018-02-21 Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2674074C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716269C1 (en) * 2019-09-15 2020-03-11 Михаил Васильевич Захаров Radio-photonic transmitting path for transmission of powerful broadband signals and efficient excitation of antennae
RU2748039C1 (en) * 2021-03-09 2021-05-19 Дмитрий Феоктистович Зайцев Device for transmitting broadband signals with large base via radio-photon path rofar
RU2789005C1 (en) * 2022-04-14 2023-01-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Radiophoton fiber optical module

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4885589A (en) * 1988-09-14 1989-12-05 General Electric Company Optical distribution of transmitter signals and antenna returns in a phased array radar system
US5247309A (en) * 1991-10-01 1993-09-21 Grumman Aerospace Corporation Opto-electrical transmitter/receiver module
RU2037849C1 (en) * 1992-08-03 1995-06-19 Александр Викторович Суетенко Satellite laser range-finding system
US20070019896A1 (en) * 2005-07-25 2007-01-25 Darcie Thomas E Class-AB microwave-photonic link
RU2295180C1 (en) * 2005-07-13 2007-03-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Excitation mode of a wide-band antenna array and a wide-band antenna array (variants) for its execution
RU2298810C1 (en) * 2005-10-04 2007-05-10 Дмитрий Феоктистович Зайцев Receiving-transmitting optoelectronic module of an antenna with a phased antenna array

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4885589A (en) * 1988-09-14 1989-12-05 General Electric Company Optical distribution of transmitter signals and antenna returns in a phased array radar system
US5247309A (en) * 1991-10-01 1993-09-21 Grumman Aerospace Corporation Opto-electrical transmitter/receiver module
RU2037849C1 (en) * 1992-08-03 1995-06-19 Александр Викторович Суетенко Satellite laser range-finding system
RU2295180C1 (en) * 2005-07-13 2007-03-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Excitation mode of a wide-band antenna array and a wide-band antenna array (variants) for its execution
US20070019896A1 (en) * 2005-07-25 2007-01-25 Darcie Thomas E Class-AB microwave-photonic link
RU2298810C1 (en) * 2005-10-04 2007-05-10 Дмитрий Феоктистович Зайцев Receiving-transmitting optoelectronic module of an antenna with a phased antenna array

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716269C1 (en) * 2019-09-15 2020-03-11 Михаил Васильевич Захаров Radio-photonic transmitting path for transmission of powerful broadband signals and efficient excitation of antennae
RU2748039C1 (en) * 2021-03-09 2021-05-19 Дмитрий Феоктистович Зайцев Device for transmitting broadband signals with large base via radio-photon path rofar
RU2789005C1 (en) * 2022-04-14 2023-01-26 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Radiophoton fiber optical module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9689968B2 (en) Wholly optically controlled phased array radar transmitter
KR101385108B1 (en) Photomixer module and terahertz wave generation method thereof
WO2021128666A1 (en) Integrated microwave photon transceiving front-end for phased array system
Kuo et al. Spectral power enhancement in a 100 GHz photonic millimeter-wave generator enabled by spectral line-by-line pulse shaping
CN107807367A (en) A kind of coherent wind laser radar apparatus
US8786942B2 (en) Coherently phase combined, high contrast, pulsed optical fiber amplifier array
US9768873B2 (en) Amplification-free electro-optical oscillator
KR20150145803A (en) Apparatus and method for generating pulse laser
US20060140644A1 (en) High performance, high efficiency fiber optic link for analog and RF systems
JP6635620B2 (en) Terahertz generation system, terahertz generation device, and terahertz detection device based on single traveling carrier photodetector
RU2674074C1 (en) Radiophoton transmission line for transferring powerful broadband signals and effective excitation of antennas
US20120063476A1 (en) Optical wavelength comb generator device
Heffernan et al. 60 Gbps real-time wireless communications at 300 GHz carrier using a Kerr microcomb-based source
US20130215494A1 (en) Burst oscillation method in laser system and apparatus for same
CN109244801B (en) Tunable photoelectric oscillator based on random Brillouin fiber laser and method
RU2722085C1 (en) Photonic fiber-optic module
US5896219A (en) Method and device for optical phase modulation by means of semiconductor amplifiers
Mohammad et al. Optically pumped mixing in photonically integrated uni-travelling carrier photodiode
US9575390B2 (en) Higher order seedless raman pumping
RU2748039C1 (en) Device for transmitting broadband signals with large base via radio-photon path rofar
Belkin Investigation of the static and dynamic characteristics for a wafer-fused C-band VCSEL in the mode of the optical-electric converter
Williams Microwave photonics: The past and the future
Dong et al. Photonic generation of power-efficient FCC-compliant ultra-wideband waveforms using semiconductor optical amplifier (SOA): theoretical analysis and experiment verification
Mathur et al. Design and analysis of RF signal distribution over optical fiber for active aperture radar
Udvary Investigation of semiconductor optical amplifier direct modulation speed

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210520

Effective date: 20210520