Введение
Несущие для широкополосных каналов связи сегодня требуют возможность модуляции со сверхвысокими частотами до 60 ГГц. Как известно, электромагнитное СВЧ-излучение с частотами выше 10 ГГц испытывает сильное затухание в коаксиальных металлических кабелях. Для стационарных каналов связи на основе кабелей возможно применение концепции распределения радиочастотного излучения в качестве поднесущей по оптическому волокну («radio over fiber»,). Однако в этом случае также существует проблема генерации излучения СВЧ-диапазона и последующей модуляции этим излучением лазерного излучения в оптическом волокне.
Большой прогресс по рассматриваемой тематике достигнут в области СВЧ оптоэлектроники. Для волоконно-оптических линий задержки, например, реализуемых на основе электрооптического преобразователя, отрезка оптического волокна и оптоэлектронного преобразователя характерны очень низкие потери на единицу длины, что приводит к возможности получении времен задержки сигнала до 100 мкс при увеличении длины оптического волокна до 20 км.
Альтернативой традиционным СВЧ генераторам, которую предлагает СВЧ-оптоэлектроника, является оптоэлектронный генератор. Главной проблемой при создании которых является высокий уровень побочных мод в спектре генерации.
В работе проведено исследование эффективности методов подавления побочных мод в спектрах оптоэлектронных генераторов.
Результаты исследования
Оптоэлектронный генератор, в общем, представляет собой СВЧ-усилитель с волоконно-оптической петлей обратной связи, в которой реализуется длительная задержка сигнала. После прохождения сигналом петли обратной связи на входе СВЧ-усилителя происходит интерференция гармонического сигнала и шума, причем интерференция — конструктивная для сигнала и деструктивная — для шума.
Оптоэлектронный СВЧ-генератор с цепью положительной обратной связи с выхода на вход на основе волоконно-оптической линии задержки 1, содержит электрооптический преобразователь 1 (для данного генератора нумерация блоков приведена согласно рисунку 1), выход которого оптически соединен с входом оптоэлектронного преобразователя 3 с помощью отрезка оптического волокна 2, СВЧ-усилитель 4, вход которого электрически соединен с выходом оптоэлектронного преобразователя 3, полосовой СВЧ-фильтр 5, вход которого электрически соединен с выходом СВЧ-усилителя 4, СВЧ-делитель 6, вход которого электрически соединен с выходом полосного СВЧ-фильтра, а один из выходов электрически соединен с входом электрооптического преобразователя, другой же выход СВЧ-делителя является источником полезного гармонического СВЧ-сигнала. Следует отметить также, что перед входом оп-тоэлектронного преобразователя возможно установить волоконно-оптический разветвитель, один из выходов которого соединить с входом оптоэлектронного преобразователя, а другой выход будет источником модулированного оптического излучения.
Для описания спектров оптоэлектронных генераторов были развиты частотная и временная модели 2. Отметим, что в работе весь анализ велся с использованием данных моделей.
В оптоэлектронном генераторе с одной петлей обратной связи для спектра характерна предельно узкая линия осциллирующей моды и присутствие набора побочных мод вблизи центральной осциллирующей моды.
Фазовый шум оптоэлектронного генератора спадает квадратично (рисунок 2) при увеличении длительности задержки в волоконнооптической петле обратной связи. И в случае, когда длительность задержки в петле обратной связи больше величины, обратной полосе пропускания СВЧ-фильтра, слабо зависит от ширины данной полосы.
Также следует отметить, что расстояние между собственными модами оптоэлектронного генератора уменьшается обратно пропорционально увеличению длительности задержки в петле обратной связи, и, соответственно, уровень побочных мод сильно зависит от ширины полосы пропускания полосового СВЧ-фильтра.
Рис. 3. Зависимость уровня побочных мод оптоэлектронного генератора от длительности задержки в петле обратной связи и ширины полосы фильтра
Также наблюдается возрастающая с возрастанием длительности задержки в петле обратной связи зависимость уровня побочных мод.
В качестве наиболее простого варианта решения проблемы селекции мод при генерации в миллиметровом диапазоне рассмотрим оптоэлек-тронный генератор с СВЧ-оптоэлектронным сигнальным процессором с двумя волоконно-оптическими плечами обратной связи, концепция данного сигнального процессора описана в. В данном оптоэлектронном генераторе есть два частотно-избирательных элемента — СВЧ-полосовой фильтр и СВЧ-оптоэлектронный сигнальный процессор с двумя волоконно-оптическими плечами. Спектральная плотность мощности данного оптоэлектронного генератора нелинейно зависит от произведения амплитудно-частотной характеристики разомкнутой петли оптоэлектрон-ного генератора и спектра аналогичного генератора, но без всех частотно-селективных элементов. Амплитудно-частотная характеристика разомкнутой петли оптоэлектронного генератора пропорциональна произведению амплитудно-частотных характеристик СВЧ-фильтра и СВЧ-оптоэлектронного сигнального процессора с двумя волоконно-оптическими плечами. Только те моды генератора могут существовать в процессе генерации, для которых амплитудно-частотная характеристика разомкнутой петли оптоэлектронного генератора больше единицы.
Прореживание «гребенки» мод оптоэлектронного генератора снижает требования к добротности полосового фильтра с полосой пропускания в разы — десятки раз большей, нежели при использовании оптоэлектрон-ного генератора с одной петлей обратной связи.
Заключение
Проведенные расчеты и моделирование позволили получать СВЧ-спектры, оптимизация параметров оптоэлектронного генератора позволила получить такой набор конструктивных параметров, для которого требования к добротности полосового фильтра снижены в десятки раз.
Разработанная в данной работе конструкция для генерации сверхвысокочастотной несущей/поднесущей может найти широкое применение в области связи, радиолокации, измерительных системах.
Please comment with your real name using good manners.