elektronik sigara Радиофотонные генераторы СВЧ сигналов

A+ A A-

Радиофотонные генераторы СВЧ сигналов

Оцените материал
(0 голосов)

str-17-1ОТ РЕДАКЦИИ. В ходе заседания экспертного совета «Центра импортозамещения» по вопросам импортозамещения в отрасли связи, телекоммуникаций, приборостроения и радиоэлектроники 04 декабря 2015 года (протокол опубликован в «ЭС» № 19, март 2016) одним из докладчиков был Алексей Борисович Устинов, про­фессор кафедры физической электроники и технологии Санкт-Петербургского государственного электротехнического универси­тета «ЛЭТИ». Он сообщил о положительных результатах работы группы ученых, а именно – о разработке электронно-перестраи­ваемых СВЧ-генераторов двух типов. Эти устройства, имеющие выдающиеся характеристики на фоне импортных и отечественных аналогов, по формальным признакам должны были уже вызвать ажи­отажный спрос со стороны разработчиков и производителей целого ряда радиоэлектронных систем оборонного и двойного и назначения. Но нет, всё тихо-спокойно… В принципе, объяснить такое отсут­ствие реакции не сложно. Если речь идет о применении новых эле­ментов в системах, которые уже приобретаются в рамках госзаказа, то любые изменения в их конструкции (даже улучшающие) практи­чески невозможны. Значит, речь должна идти об учете полученных учеными результатов в перспективных изделиях. Близорукий подход с оценкой рыночной окупаемости проекта в ближайшей перспективе тут не годится. Петербургские разработчики открыты к сотрудниче­ству с теми российскими компаниями, чьи интересы имеют стратеги­ческую глубину. С теми, кто соотносит свои перспективы с интере­сами развития страны.

РАДИОФОТОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СТАЦИОНАРНОГО И ХАОТИЧЕСКОГО СВЧ СИГНАЛОВ

В настоящее время на кафедре физической электроники и технологии СПб ГЭТУ «ЛЭТИ» интенсивно развивается направление, называемое радиофотоникой. Оно объединяет в себе оптоэлектронные и микроэлектронные СВЧ технологии, что позволяет соче­тать преимущества обеих технологий при разработке новых устройств. Одним из достоинств оптоэлектронных компонентов является их широкополосность. Мгновенная полоса частот у промышленно выпускаемых компонентов достигает 100 GHz и имеет потенциал для дальнейшего расширения. Это делает сравнительно простой возможность создания широкополосных оптоэлектронных генераторов как стационарного, так и хаотического СВЧ сигналов.

str-17-2

Сначала остановимся на малошумящих генераторах монохроматиче­ского СВЧ сигнала. В настоящее время электронно-перестраиваемые      микроэлектронные СВЧ генераторы произво­дятся, в основном, за рубежом фирмами Microlambda, Gigatronics, Omniyig, Teledyne и др. Среди российских произ­водителей можно назвать только НПФ «Микран».

str-18

Анализ параметров представ­ленных на рынке генераторов (как импортных, так и отечественных) показывает, что они не являются малошумящими. Типичное значение уровня шума при отстройке от несущей частоты на 10 кГц составляет около минус 100 дБн/Гц. Из имеющихся данных о конструкции таких генера­торов известно, что они обычно изго­тавливаются на основе сфер железоиттриевого граната, которые служат частотозадающим резонансным эле­ментом генератора.

Для организации производства малошумящих генераторов в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» проведен комплекс научных исследований — поиск нетрадици­онных электронно-перестраиваемых резонансных и волноведущих эле­ментов, обеспечивающих большое время задержки СВЧ сигнала и, как следствие, высокую крутизну фазочастотной характеристики (ФЧХ). При увеличении крутизны ФЧХ происходит снижение фазового шума. Требова­ниям высокой крутизны фазочастотной характеристики, а также электронной перестройке частоты отвечают пле­ночные ферромагнитные волноведущие элементы с малыми СВЧ потерями, в частности, эпитаксиальные пленки железоиттриевого граната (ЖИГ).

На рисунке 1 показан типичный экс­периментальный макет радиофотон­ного СВЧ генератора на диапазон частот 4–8 ГГц и характеристика его фазового шума, измеренная на частоте 5.1 ГГц. В результате экспериментального исследования уровня фазовых шумов были получены величины в –124 дБ и –140 дБ при отстройке на 10 и 100 кГц соответственно. На характеристике видны спектральные составляющие на больших отстройках, которые соот­ветствуют соседним шумовым гар­моникам в спектре генерации. Таким образом, использование технологий радиофотоники позволяет существенно снизить фазовый шум СВЧ генера­торов, а использование спинволновых компонентов, позволяет реализовать перестройку частоты генерируемого сигнала.

Теперь рассмотрим радиофотонный генератор широкополосного хаотиче­ского и шумового сигнала. Он имеет похожую схему. Однако, в отличие от предыдущей схемы, в нем, вместо узкополосного частотозадающего эле­мента можно использовать либо широ­кополосный фильтр, либо (в его отсут­ствие) полосу хаотической генерации будет задавать СВЧ тракт. На рисунке 2 показаны спектры генерируемых сиг­налов для случая, когда полоса гене­рации ограничивается снизу фильтром нижних частот (частота среза 3.5 ГГц), а сверху верхней граничной частотой СВЧ усилителя (8 ГГц).

Полученные результаты исследо­вания   описанных   здесь   генераторов и их характеристики опубликованы в следующих научных статьях:

А. А. Никитин, Б. А. Калиникос, «Теория перестраиваемого спинволнового оптоэлектронного сверхвысо­кочастотного генератора» ЖТФ, т. 75, вып. 9. стр. 141–145 (2015).

А. Б. Устинов,     А. А. Никитин,Б. А. Калиникос, «Электронноперестраиваемый спинволновой оптоэлектронный генератор сверхвысокоча­стотных сигналов» ЖТФ, т. 75, вып. 9. стр. 136–140 (2015).

A. B. Ustinov,       A. A. Nikitin, B. A. Kalinikos, «Magnetically Tunable Microwave SpinWave Photonic Oscillator» IEEE Magnetics Letters, Vol. 6, article# 3500704 (2015).

A. B. Ustinov,       A. V. Drozdovskii, A. A. Nikitin, B. A. Kalinikos, «Spinwave bandpass filters based on yttrium iron garnet films for tunable microwave photonic oscillators» J. of Phys.: CS 661, 012058 (2015).

А. Б. Устинов, А. В. Кондрашов, Б. А. Калиникос, «Радиофотонный гене­ратор хаотического и шумового сиг­налов» Письма в ЖТФ, том 42, вып. 8, стр. 28–36 (2016).

Кафедра ФЭТ СПбГЭТУ открыта к партнерству с профильными про­мышленными предприятиями для дальнейшей проработки описанных здесь технологических решений в создании генераторов и для их ско­рейшего внедрения в производство.

А. Б. Устинов,

Д-р физ-мат. наук

Санкт-Петербургский

государственный электротехнический

университет «ЛЭТИ»

Последнее от Устинов А

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Войти or Регистрация

Войти

Регистрация

User Registration
Отмена