Регистрация / Вход
Прислать материал

14.608.21.0002

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.608.21.0002
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дагестанский государственный университет народного хозяйства"
Название доклада
Повышение эффективности работы радиофотонных систем за счет перестраиваемых согласующих цепей
Докладчик
Козырев Андрей Борисович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью настоящего проекта является создание комплекса научно-технических решений в области разработки технологии создания сверхширокополосных аналоговых линий передачи СВЧ сигнала на основе радиофотонных компонентов, предназначенных для высокоскоростной передачи цифровых потоков данных сложно-модулированных и шумоподобных сигналов, обеспечивающих качественное улучшение технических характеристик приемо-передающих устройств телекоммуникации и радиолокации.
Второй этап работы (2016 г.) направлен на решение следующих задач:
1) Разработка методики согласования импедансов радиофотонных компонентов с СВЧ элементами и цепями.
2) Разработка измерительных стендов и проведение экспериментальных исследований СВЧ параметров радиофотонных компонентов в различных частотных диапазонах.
3) Создание компьютерной модели для проведения численного моделирования разрабатываемого приемо-передающего модуля на основе радиофотонных компонентов.
4) Разработка методики конструирования приемо-передающего модуля на основе радиофотонных компонентов.
5) Разработка технологии и проведение СВЧ измерений параметров сегнетоэлектрических конденсаторов для создания перестраиваемых цепей согласования радиофотонных компонентов с СВЧ элементами и цепями.
Актуальность и новизна исследования
В последние годы происходит интенсивное развитие беспроводных коммуникационных технологий. Объединение технологий проводной связи по оптическому волокну и беспроводной связи привело к созданию новой междисциплинарной области – радиофотоники или микроволновой фотоники.
Основные преимущества устройств и систем радиофотоники связаны со свойствами оптического волокна: сверхнизкие потери (менее 0.4 дБ/км) и малая дисперсия, сверхширокополосность (ограничена полосой частот современных фотодиодов и электрооптических модуляторов, которая достигает 100 ГГц и выше), невосприимчивость к электромагнитным помехам, полная гальваническая развязка, механическая гибкость, малая масса и размеры. С повышением сложности бортовых радиоэлектронных систем, где вес и габаритные размеры являются чрезвычайно важными параметрами, аналоговые линии передачи СВЧ сигнала на основе радиофотонных компонентов благодаря малой массе и высокой устойчивости к электромагнитным помехам становятся еще более привлекательными. Поэтому актуальной задачей является создание комплекса научно-технических решений в области разработки технологии создания сверхширокополосных аналоговых линий передачи СВЧ сигнала на основе радиофотонных компонентов, которые позволят обеспечить качественное улучшение технических характеристик приемо-передающих устройств телекоммуникации и радиолокации.
Описание исследования

Данная работа направлена на разработку методики конструирования и создание экспериментального образца приемо-передающего модуля на основе радиофотонных компонентов (ППМРК). Основными функциями данного модуля являются прием/передача СВЧ сигнала, а так же обеспечение модуляции/демодуляции СВЧ сигналом оптической несущей. Подобные ППМРК являются базовой платформой для создания различных радиофотонных систем обработки сигналов и, в частности, систем радиолокации.

Исследования в рамках данной работы проводятся сразу по нескольким направлениям. Одним из них является поиск и создание научно-технических решений в области повышения эффективности процессов модуляции оптической несущей, то есть увеличение отношения СВЧ мощности поступающей в гетероструктуру лазерного диода к мощности генератора СВЧ. Как показали исследования, существенное увеличение эффективности может быть достигнуто за счет более качественного согласования лазера с СВЧ трактом при использовании реактивных согласующих цепей. Например, использование реактивной согласующей цепи по сравнению с резистивной (широко используемой в настоящее время) позволяет существенно повысить эффективность модуляции (на ~10 дБ) в относительно широкой полосе частот (~30%) при центральной частоте 10 ГГц, приемлемой для ряда радиолокационных и коммуникационных систем радиофотоники. Так же рассмотрен вопрос возможности использования перестраиваемых согласующих цепей с сегнетоэлектрическими конденсаторами. В ходе данного этапа работы была разработана методика согласования импедансов радиофотонных компонентов с СВЧ элементами и цепями для различных диапазонов СВЧ. Корректность данной методики подтверждена посредством компьютерного моделирования с использованием экспериментальных данных, полученных при исследовании СВЧ параметров радиофотонных компонентов с помощью разработанной резонансной методики измерения входного импеданса элементов. Данные экспериментальные исследования проводились на специально разработанных для этого измерительных стендах.

Еще одним направлением исследований являлось создание универсальной компьютерной модели для проведения численного моделирования разрабатываемого ППМРК, с целью определения оптимальных технических решений в его конфигурации. Модель учитывает следующие физические процессы:

  • отражение входного СВЧ сигнала от лазера в зависимости от согласования электрических импедансов лазера и линии;
  • нелинейные процессы во всех основных компонентах линии, включая лазер, оптоволокно, фотодетектор и малошумящий усилитель, и рост их интенсивности с увеличением мощности проходящего сигнала;
  • процессы амплитудной модуляции и демодуляции оптической несущей СВЧ сигналом, включая задание коэффициентов преобразования и управление глубиной модуляции;
  • собственные шумы компонентов системы: фазовые шумы лазера и фотоприемника, белый шум оптоволокна, тепловой шум малошумящего усилителя;
  • амплитудно-частотную характеристику линии по СВЧ сигналу, определяемую на основе характеристик отдельных элементов при помощи отдельной подпрограммы.

В результате, модель позволяет оценить эффективность передачи заданного СВЧ сигнала, учитывая частотную селективность, аддитивные шумы, нелинейные искажения и т.п., и влияние на эти факторы параметров всех элементов.

Были проведены исследования направленные на разработку модели для оценки корректности работы канала связи на основе разрабатываемого ППМРК для различных протоколов фазо-амплитудной модуляции. Модель описывает цифровую линию связи, построенную на основе аналоговой линии путем цифровой модуляции СВЧ сигнала, поступающего на вход линии, с последующей демодуляцией прошедшего сигнала на выходе линии. Поддерживаются различные типы цифровой модуляции, включая BPSK, M-PSK, QAM. Поддерживается как визуальная так и численная характеризация результирующего сигнала, включая среднеквадратичную амплитуду вектора ошибки (EVM RMS), уровень модуляционных ошибок (MER) и долю битовых ошибок (BER) относительно исходного цифрового сигнала.

Результаты исследования
  1. Разработана методика согласования импедансов радиофотонных компонентов с СВЧ элементами и цепями. Проведено численной моделирование подтверждающее эффективность использования реактивных и перестраиваемых (на основе сегнетоэлектрических конденсаторов) цепей согласования.
  2. Разработана технология и проведены измерения сегнетоэлектрических тонкопленочных конденсаторов для перестраиваемых цепей согласования радиофотонных компонентов с СВЧ элементами и цепями.
  3. Разработаны и изготовлены измерительные стенды для исследования СВЧ параметров радиофотонных компонентов в различных частотных диапазонах.
  4. Было проведено экспериментальное исследование СВЧ параметров радиофотонных компонентов с помощью разработанной резонансной методики.
  5. Разработана модель для проведения численного моделирования разрабатываемого ППМРК, с целью определения оптимальных технических решений в его конфигурации.
  6. Разработана модель для моделирования работы СВЧ канала связи на основе ППМРК для различных протоколов фазо-амплитудной модуляции.
Практическая значимость исследования
Разрабатываемый в рамках данной работы комплекс научно-технических решений в области технологии создания сверхширокополосных аналоговых линий передачи СВЧ сигнала на основе радиофотонных компонентов позволит обеспечить качественное улучшение технических характеристик приемо-передающих устройств телекоммуникации и радиолокации. В частности, полученные результаты моделирования предложенных в данной работе согласующих цепей демонстрируют возможность увеличения дальности работы радиолокационных СВЧ фотонных систем более чем в два раза для полосы рабочих частот ~30% X-диапазона.
Постер

Poster.ppt