ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2015, № 2 · РАДИОТЕХНИКА

Радиофотонный приемный канал СВЧ диапазона с опическим гетеродинированием

С.Ф. Боев1, В.В. Валуев1,2, В.В. Кулагин1,2,3, В.А. Черепенин2

1 ОАО «РТИ», Россия
2 ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН, Москва, Россия
3 Государственный астрономический институт им. П. К. Штернберга Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова, Россия
Полный текст EDN TOPOHF

Аннотация

Рассмотрено использование непрерывного стабилизированного лазера, амплитудных модуляторов и узкополосных оптических фильтров для преобразования радиолокационного сигнала в диапазон низких частот. В результате амплитудной модуляции оптической волны СВЧ-сигналом создаются боковые полосы. Оптическая несущая и одна из боковых полос могут быть подавлены с помощью оптических полосовых фильтров на основе, например, микрорезонаторов или волоконных брегговских решеток. Часть лазерного луча модулируется по амплитуде несущим СВЧ сигналом и также фильтруется для подавления оптической несущей и одной из боковых полос. После этого оптические сигналы, содержащие принимаемый сигнал и сигнал СВЧ несущей, могут быть смешаны на фотоприемнике и оцифрованы медленным электронным АЦП. Оценены характеристики такого приемного канала СВЧ диапазона с оптическим гетеродинированием и найдены оптимальные режимы его работы. Показано, что для современных оптических элементов отношение сигнал/шум на выходе преобразователя может достигать 60-70 дб и более для СВЧ сигнала с несущей в десятки гигагерц и полосой 100 МГц и выше.

  • микроволновая фотоника
  • радиофотонный приемный канал
  • оптическое гетеродинирование
Abstract (in English)

The use of continuous wave (cw) stable laser together with amplitude modulators and narrow band optical filters to convert radar signal to low (envelope) frequencies is considered. An amplitude modulation of the cw optical carrier with microwave signal results in creation of the signal sidebands. Then, the optical carrier can be suppressed by filtering one sideband using optical band-pass filter based on, e.g., microresonators or fiber Bragg gratings. Part of the laser beam should be amplitude-modulated with the radar carrier and filtered as well to suppress the optical carrier. After that, optical signals containing radar signal and radar carrier can be mixed at a photodetector and digitized with a slow electronic ADC. Performance capabilities for receiving channel using optical heterodyning are estimated. Parameters for optimal system operation are derived. It is shown that, for modern optical elements, signal-to-noise ratio at the output can be about 60-70 db and more for a microwave signal with a carrier frequency of tens of gigahertz and bandwidth of 100 MHz and higher.

Для цитирования

Боев С.Ф., Валуев В.В., Кулагин В.В., Черепенин В.А. Радиофотонный приемный канал СВЧ диапазона с опическим гетеродинированием // Журнал радиоэлектроники. – 2015. – № 2.

Литература

  1. George C. Valley, “Photonic analog-to-digital converters,” Optics Express, vol. 15, pp. 1955-1982 (2007).
  2. A. S. Bhushan, P. V. Kelkar, B. Jalali, O. Boyraz, and M. Islam, “130-GSa/s photonic Analog-to-digital converter with time stretch preprocessor, IEEE Photonic Technol. Lett., 14, 684-686 (2002).
  3. Y. Han and B. Jalali, “Photonic time-stretched analog-to-digital converter: fundamental concepts and practical considerations,” J. Lightwave Technol., 21, 3085-3103 (2003).
  4. A. B. Matsko, A. A. Savchenkov, V. S. Ilchenko, D. Seidel, L. Maleki, “On the sensitivity of all-dielectric microwave photonic receivers”, J. of Lightwave Technol., 28, 3427-3438 (2010).
  5. М. Hossein-Zadeh, “Photonic microwave receivers based on high-Q optical resonance”, In: Laser Resonators, Microresonators, and Beam Control XIV, edited by Alexis V. Kudryashov, Alan H. Paxton, Vladimir S. Ilchenko, Lutz Aschke, Kunihiko Washio, Proc. of SPIE Vol. 8236, 82360T (2012).
  6. X. S. Yao, L. Maleki, “High frequency optical subcarrier generator”, Electronics Letters, 30, 1525 (1994).
  7. E. Salik, N. Yu, L. Maleki, “An Ultralow Phase Noise Coupled Optoelectronic Oscillator”, IEEE Photonics Technology Letters, 19, № 6, 444-446 (2007).
  8. A. B. Matsko, and V. S. Ilchenko, "Optical resonators with Whispering-Gallery Modes- Part-I: Basics", IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electron., 12(1), 3-14 (2006).
  9. V. S. Ilchenko, and A. B. Matsko, "Optical resonators with Whispering-Gallery Modes- Part-II: Applications", IEEE J.l of Selected Topics in Quantum Electron., 12(1), 15-32 (2006).
  10. Васильев С. А., Медведков О. И., Королев И. Г. и др., “Волоконные решетки показателя преломления и их применения”, Квант. электроника, 35 (12), 1085-1103 (2005).
  11. Richard W. Ridgway, Carl L. Dohrman, and Joshua A. Conway, “Microwave Photonics Programs at DARPA”, J. of Lightwave Technol., 32, 3428-3439 (2014).