Экспериментальное исследование двухконтурного оптоэлектронного генератора радиочастотных сигналов

摘要

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.