Mikroaaltouuni optoelektroniikka, kuten nimestä päätellään, on mikroaaltouunin leikkaus jaoptoelektroniikka. Mikroaallot ja kevyet aallot ovat sähkömagneettisia aaltoja, ja taajuudet ovat monia suuruusluokkaa erilaisia, ja niiden omilla kentällä kehitetyt komponentit ja tekniikat ovat hyvin erilaisia. Yhdistelmänä voimme hyödyntää toisiamme, mutta voimme saada uusia sovelluksia ja ominaisuuksia, joita on vaikea toteuttaa.
Optinen viestintäon erinomainen esimerkki mikroaaltouunien ja fotoelektronien yhdistelmästä. Varhainen puhelin- ja puhelinsoitto langaton viestintä, signaalien sukupolvi, leviäminen ja vastaanotto, kaikki käytetyt mikroaaltolaitteet. Matalataajuista sähkömagneettisia aaltoja käytetään aluksi, koska taajuusalue on pieni ja kanavan kapasiteetti siirto on pieni. Ratkaisu on lisätä lähetetyn signaalin taajuutta, mitä suurempi taajuus, sitä enemmän spektriresursseja. Mutta korkeataajuussignaali ilman etenemishäviöissä on suuri, mutta myös helppo estää esteet. Jos kaapelia käytetään, kaapelin menetys on suuri ja pitkän matkan lähetys on ongelma. Optisen kuituviestinnän syntyminen on hyvä ratkaisu näihin ongelmiin.Optinen kuituOn erittäin alhainen voimansiirtohäviö ja se on erinomainen kantolaite signaalien lähettämiseen pitkillä matkoja. Valon aaltojen taajuusalue on paljon suurempi kuin mikroaaltouunien ja voi lähettää monia erilaisia kanavia samanaikaisesti. Näiden etujen takiaoptinen lähetys, Optisesta kuituviestinnästä on tullut nykypäivän tiedonsiirron selkäranka.
Optisella viestinnällä on pitkä historia, tutkimus ja sovellus ovat erittäin laajoja ja kypsiä, tässä ei tarkoita enemmän. Tämä artikkeli esittelee pääasiassa mikroaaltouunin optoelektroniikan uuden tutkimussisällön muuta kuin optisen viestintää. Mikroaaltouuni optoelektroniikka käyttää pääasiassa optoelektroniikan alan menetelmiä ja tekniikoita kantaja -operaattorina parantaakseen ja saavuttaakseen suorituskykyä ja sovellusta, joita on vaikea saavuttaa perinteisillä mikroaaltoelektronisilla komponenteilla. Sovelluksen näkökulmasta se sisältää pääasiassa seuraavat kolme näkökohtaa.
Ensimmäinen on optoelektroniikan käyttö korkean suorituskyvyn, matalan kohinan mikroaaltosignaalien tuottamiseksi X-kaistalta aina THz-kaistalle.
Toiseksi mikroaalto signaalinkäsittely. Mukaan lukien viive, suodatus, taajuuden muuntaminen, vastaanotto ja niin edelleen.
Kolmanneksi, analogisten signaalien lähetys.
Tässä artikkelissa kirjoittaja esittelee vain ensimmäisen osan, mikroaaltosignaalin muodostumisen. Perinteinen mikroaaltouuni -millimetrin aalto syntyy pääasiassa III_V -mikroelektroniset komponentit. Sen rajoituksissa on seuraavat kohdat: Ensinnäkin korkeat taajuudet, kuten 100 GHz, perinteinen mikroelektroniikka voi tuottaa vähemmän ja vähemmän tehoa korkeamman taajuuden THz -signaaliin, ne eivät voi tehdä mitään. Toiseksi, vaihehimelun vähentämiseksi ja taajuuden stabiilisuuden parantamiseksi alkuperäinen laite on asetettava erittäin matalalle lämpötilaympäristölle. Kolmanneksi on vaikea saavuttaa laaja taajuusmodulaatiotaajuuden muuntaminen. Näiden ongelmien ratkaisemiseksi optoelektronisella tekniikalla voi olla rooli. Päämenetelmät on kuvattu alla.
1. Kahden erilaisen taajuuslaserisignaalin erotaajuuden kautta käytetään mikroaaltosignaalien muuntamiseen korkeataajuista valodetektoria, kuten kuvassa 1 esitetään.
Kuva 1. Kaavio mikroaaltouunista, jotka on muodostettu kahden erotaajuuden avullalaserit.
Tämän menetelmän edut ovat yksinkertainen rakenne, ne voivat tuottaa erittäin korkeataajuuden millimetrin aaltoa ja jopa THz -taajuussignaalia, ja laserin taajuuden säätäminen voi suorittaa suuren alueen nopean taajuuden muuntamisen, pyyhkäisytaajuuden. Haittana on, että kahden toisiinsa liittymättömien lasersignaalien tuottaman erotaajuussignaalin linjaleveys tai vaihekohina on suhteellisen suuri, ja taajuuden stabiilisuus ei ole korkea, varsinkin jos käytetään puolijohdelaseria, jolla on pieni tilavuus, mutta suuri linjan leveys (~ MHz). Jos järjestelmän painon tilavuusvaatimukset eivät ole korkeat, voit käyttää alhaisen kohinan (~ kHz) solid-state-laserit,kuitulaserit, ulkoinen ontelopuolijohdelaserit, jne. Lisäksi kahta erilaista lasersignaalimuotoa, jotka on muodostettu samassa laser -ontelossa
2. ongelman ratkaisemiseksi, että edellisen menetelmän kaksi laseria ovat epäjohdonmukaisia ja tuotettu signaalivaiheohelu on liian suuri, kahden laserin välinen koherenssi voidaan saada injektiotaajuuden lukitusvaiheen lukitusmenetelmällä tai negatiivisen palautteen vaiheen lukituspiirillä. Kuvio 2 esittää injektiolukituksen tyypillisen levityksen mikroaaltokertoimien tuottamiseksi (kuva 2). Injektoimalla suoraan korkeataajuusvirtasignaaleja puolijohdelaseriin tai käyttämällä Linbo3-faasi-modulaattoria, voidaan tuottaa useita eri taajuuksien optisia signaaleja, joilla on yhtä suuret taajuusvälit, tai optiset taajuuskombulit. Tietysti yleisesti käytetty menetelmä laajan spektrin optisen taajuuskamman saamiseksi on käyttää moodin lukittua laseria. Kaikki kaksi kampa -signaalia generoituun optiseen taajuuskammioon valitaan suodattamalla ja injektoidaan laseriin 1 ja 2 vastaavasti taajuuden ja vaiheen lukituksen toteuttamiseksi. Koska faasi optisen taajuuden kamman eri CAM-signaalien välillä on suhteellisen stabiili siten, että kahden laserin välinen suhteellinen faasi on stabiili ja sitten aikaisemmin kuvatulla erotaajuustaajuuksien menetelmällä, optisen taajuuden yhdistelmän toistonopeuden moninkertainen taajuuden mikroaalto signaali voidaan saada.
Kuva 2. Kaavio mikroaaltotaajuuden kaksinkertaistumissignaalista, joka on muodostettu injektiotaajuuden lukituksella.
Toinen tapa vähentää kahden laserin suhteellista vaihekohinaa on käyttää negatiivista palautetta optista PLL: tä, kuten kuvassa 3 esitetään.
Kuva 3. OPL: n kaavio.
Optisen PLL: n periaate on samanlainen kuin PLL: n periaate elektroniikan kentällä. Kahden laserin vaihe -ero muunnetaan sähköisiksi signaaliksi valodetektorilla (vastaa vaihekerrosten ilmaisinta), ja sitten kahden laserin välinen vaihe -ero saadaan tekemällä erotaajuus referenssimikroaalto signaalilähteellä, joka monistetaan ja suodatetaan ja syötetään sitten yhden laserien taajuuden ohjausyksikköön (puolijalkojen laronimiehet. Tällaisen negatiivisen palautteen ohjaussilmukan kautta kahden lasersignaalin välinen suhteellinen taajuusvaihe lukitaan referenssimikroaaltosignaaliin. Yhdistetty optinen signaali voidaan sitten siirtää optisten kuitujen kautta muualla olevaan valodetektoriin ja muuntaa mikroaalto signaaliksi. Mikroaalto signaalin tuloksena oleva faasikohina on melkein sama kuin faasileikkatun negatiivisen palautteen silmukan kaistanleveyden referenssisignaalissa. Vaihekohina kaistanleveyden ulkopuolella on yhtä suuri kuin alkuperäisen kahden toisiinsa liittymättömän laserin suhteellinen vaihekohina.
Lisäksi vertailusekroaaltosignaalilähde voidaan muuntaa myös muilla signaalilähteillä taajuuden kaksinkertaistumisen, jakautumistaajuuden tai muun taajuuden prosessoinnin avulla, jotta alemman taajuuden mikroaalto signaali voi olla moniuloista tai muuntaa korkeataajuiseksi RF-, THZ-signaaliksi.
Verrattuna injektiotaajuuden lukitukseen voi saada vain taajuuden kaksinkertaistumisen, vaihesiirtoiset silmukat ovat joustavampia, ne voivat tuottaa melkein mielivaltaisia taajuuksia ja tietysti monimutkaisempia. Esimerkiksi valonlähteenä käytetään kuvan 2 fotoelektrisen modulaattorin tuottamaa optista taajuuden kampaa, ja optista vaihekappaleellista silmukkaa käytetään kahden laserin taajuuden lukitsemiseen kahteen optiseen yhdistelmasignaaliin ja sitten generoimaan korkeataajuinen signaali erotaajuudessa, kuten kuvassa 4. N*FREP+F1+F2 voidaan tuottaa kahden laserien välisellä erotaajuudella.
Kuva 4. Kaavio mielivaltaisten taajuuksien tuottamisesta optisen taajuuskambien ja PLL: ien avulla.
3. Käytä moodilukkoa pulssilaseria muuntaaksesi optisen pulssisignaalin mikroaaltosignaaliksi läpifotodetektori.
Tämän menetelmän tärkein etu on, että signaali, jolla on erittäin hyvä taajuusstabiilisuus ja erittäin matala vaihesiiri voidaan saada. Lukitsemalla laserin taajuus erittäin stabiiliin atomi- ja molekyylisiirtospektriin tai erittäin stabiiliin optiseen onteloon sekä itsehuoltävän taajuuden eliminaatiojärjestelmän taajuuden siirtymisen ja muiden tekniikoiden käytön, voimme saada erittäin vakaan optisen pulssisignaalin erittäin vakaalla toistotaajuudella, jotta saadaan mikroaalisignaali ultrakanavamelulla. Kuva 5.
Kuvio 5. Eri signaalilähteiden suhteellisen vaiheen kohinan vertailu.
Koska pulssin toistonopeus on kuitenkin käänteisesti verrannollinen laserin onkalon pituuteen ja perinteinen moodin lukittu laser on suuri, on vaikeaa saada suoraan korkeataajuisia mikroaaltosignaaleja. Lisäksi perinteisten pulssilaserien koko, paino ja energiakulutus sekä ankarat ympäristövaatimukset rajoittavat niiden pääasiassa laboratoriosovelluksia. Näiden vaikeuksien voittamiseksi on äskettäin alkanut tutkimukset Yhdysvalloissa ja Saksassa käyttämällä epälineaarisia vaikutuksia taajuuden stable-optisten kammojen tuottamiseksi erittäin pienissä, korkealaatuisissa ChIRP-moodin optisissa onteloissa, jotka puolestaan tuottavat korkean taajuuden matalan kohinan mikroaalto signaaleja.
4. Opto Electronic Oscillator, kuva 6.
Kuva 6. Kaavio valosähköistä kytketystä oskillaattorista.
Yksi perinteisistä mikroaaltouunien tai laserien tuottamismenetelmistä on käyttää itsepuhdistuksen suljettua silmukkaa, kunhan suljetun silmukan voitto on suurempi kuin häviö, itsetyyppinen värähtely voi tuottaa mikroaaltoja tai lasereita. Mitä korkeampi suljetun silmukan laatukerroin Q, sitä pienempi on muodostettu signaalivaihe tai taajuusmelu. Silmukan laatukertoimen lisäämiseksi suora tapa on lisätä silmukan pituutta ja minimoida etenemisvaikeus. Pidempi silmukka voi kuitenkin yleensä tukea useiden värähtelymoodien muodostumista, ja jos lisätään kapeakaistainen leveyssuodatin, voidaan saada yhden taajuuden matalan kohinan mikroaalto-värähtelysignaali. Fotoelektrinen kytketty oskillaattori on mikroaalto signaalilähde, joka perustuu tähän ajatukseen, se hyödyntää kuidun alhaisen etenemishäviöominaisuuden täysimääräistä käyttöä käyttämällä pidempää kuitua silmukan Q -arvon parantamiseksi, voi tuottaa mikroaalto signaalin, jolla on erittäin matala vaiheen kohina. Koska menetelmää ehdotettiin 1990 -luvulla, tämäntyyppinen oskillaattori on saanut laajaa tutkimusta ja huomattavaa kehitystä, ja tällä hetkellä on kaupallisia valosähköisiä oskillaattoreita. Viime aikoina on kehitetty valosähköiset oskillaattorit, joiden taajuuksia voidaan säätää laajalla alueella. Tähän arkkitehtuuriin perustuvien mikroaalto signaalilähteiden pääongelma on, että silmukka on pitkä, ja sen vapaan virtauksen (FSR) melu (FSR) ja kaksinkertainen taajuus lisääntyy merkittävästi. Lisäksi käytetyt valosähköiset komponentit ovat enemmän, kustannukset ovat korkeat, tilavuus on vaikea vähentää ja pidempi kuitu on herkempi ympäristöhäiriöille.
Edellä esitetään lyhyesti useita menetelmiä mikroaaltosignaalien fotoelektronien muodostumiseksi, samoin kuin niiden etuja ja haittoja. Lopuksi, fotoelektronien käyttö mikroaaltouunissa on toinen etu on, että optinen signaali voidaan jakaa optisen kuidun kautta erittäin alhaisella häviöllä, pitkän matkan siirrolla jokaiselle käyttöliittimelle ja muuntaa sitten mikroaaltouunien signaaleiksi, ja kyky vastustaa sähkömagneettisia häiriöitä paranee merkittävästi kuin perinteiset elektroniset komponentit.
Tämän artikkelin kirjoittaminen on pääasiassa viitteellistä, ja yhdistettynä tekijän omaan tutkimuskokemukseen ja kokemukseen tällä alalla on epätarkkuuksia ja käsittämätöntä, ymmärrä.
Viestin aika: tammikuu-03-2024