Technique RF - Micro - ondes intelligentes photoniques RF Front et Link

En ce qui concerne les radiofréquences photoniques intelligentes à micro - ondes, une variété de bandes de fréquences différentes, de normes de communication et de services sans fil émergent constamment, ce qui entraîne une diversité et une hétérogénéité de plus en plus évidentes des systèmes sans fil, principalement sous la forme de la coexistence de nombreux systèmes et normes de Communication différents, tels que la 5G est déjà disponible dans le commerce, la 4G, la 3G et la 2G, Il a un certain nombre d'utilisateurs. De nombreux services sans fil de fonctions différentes coexistent, tels que le LAN sans fil, le Bluetooth, Beidou et la navigation GPS, etc. différentes bandes de fréquences coexistent, allant des micro - ondes de quelques dizaines de mégahertz aux ondes millimétriques de plusieurs dizaines de mégahertz et même aux ondes Térahertz. Dans ce contexte, les systèmes sans fil évoluent vers l'intelligence. D'une part, il peut permettre une compatibilité et une convergence transparentes des signaux multibandes, multifonctionnels et multicritères à large bande. D'autre part, il est flexible et Reconfigurable. Il peut Commuter et optimiser différentes bandes de fréquences et signaux sans fil standard en fonction des fonctions du système, des objets de service et des scénarios d'application, maximisant ainsi l'utilisation des ressources.

Les interfaces RF et les liaisons sont les composants de base des systèmes sans fil et remplissent la tâche clé de la transmission de signaux sans fil. Par conséquent, le développement de têtes et de liaisons RF photoniques micro - ondes intelligentes avec une large bande passante, des caractéristiques multibandes et reconfigurables revêt une grande importance pour le développement ultérieur des systèmes sans fil. Les interfaces RF et les liaisons existantes basées sur la technologie électronique traditionnelle ont de nombreux problèmes de goulot d'étranglement tels que la perte à haute fréquence, la bande large et étroite et la faible vitesse de traitement, ce qui rend difficile le développement intelligent des systèmes sans fil. Ces dernières années, la montée en puissance et la maturation rapides de la photonique à micro - ondes ont fourni de nouvelles approches et idées pour résoudre les problèmes ci - dessus. Les systèmes photoniques à micro - ondes modulent les signaux micro - ondes à haute fréquence et à large bande difficiles à traiter en électronique traditionnelle dans le domaine optique et génèrent, transmettent, traitent, détectent et contrôlent les signaux micro - ondes à large bande et à haute fréquence à l'aide d'avantages intrinsèques tels que de faibles pertes, une faible consommation d'énergie, Large bande passante et résistance aux interférences électromagnétiques pour les dispositifs ou technologies photoniques. La technologie de photonique micro - ondes peut efficacement atténuer les difficultés rencontrées par les technologies électroniques traditionnelles dans le traitement et la transmission de signaux micro - ondes à bande haute, large bande passante, variable dans le temps dynamique. Par conséquent, les interfaces RF intelligentes photoniques à micro - ondes capables de répondre aux caractéristiques de large bande, multibandes, reconfigurables, etc. sont des points chauds de la recherche sur les dispositifs RF à micro - ondes ces dernières années.

Figure 1. Schéma de principe de l'extrémité avant de l'émetteur - récepteur photonique micro - ondes

L'extrémité frontale RF est située à l'avant du système sans fil et est responsable de la connexion de l'émetteur - récepteur et de l'antenne. C'est l'un des facteurs déterminants qui influencent les performances de l'ensemble du système. Avec l'application et le déploiement des communications mobiles 5G et de l'Internet des objets, pour répondre aux exigences de haute performance des radars dans la guerre électronique moderne, les signaux nécessitant un traitement frontal RF sont de plus en plus complexes, évoluant vers l'intelligence hyperfréquence, de nombreux formats de modulation, multibandes, émetteurs - récepteurs multifaisceaux, etc. Et la coordination des ressources sans fil multipoint. Cependant, en raison des différents composants électroniques utilisés dans différentes bandes de fréquences, il est difficile pour le Front RF électronique de réaliser des fonctions accordables et reconfigurables sur plusieurs bandes de fréquences de communication, voire sur toute la bande, en empilant les modules RF. Ainsi, une extrémité frontale radiofréquence photonique micro - ondes à large bande présentant l'avantage d'être accordable et Reconfigurable a vu le jour et est de plus en plus développée.

La structure principale de l'émetteur - récepteur photonique micro - ondes intelligent RF Front End est représentée sur la figure. Comme l'extrémité avant RF électrique traditionnelle, l'extrémité arrière RF photonique micro - ondes (MPRF) doit être complétée par l'amplification du signal, le filtrage, la génération de signaux à vibration locale (lo), La conversion vers le haut et vers le bas pour la transmission et la réception, etc. cependant, d'une part, Convertit le signal RF dans le domaine optique et utilise les avantages de la technologie photonique à micro - ondes à large bande passante pour remplacer l'électronique, réaliser le filtrage du signal, le mélange et d'autres fonctions de traitement, compatible avec les signaux multifréquences, multi - normes et multifonctions. D'autre part, un signal lo haute fréquence et accordable peut être généré par la technologie photonique.

À l'heure actuelle, la recherche sur les MPRF reconfigurables se concentre principalement sur l'utilisation des avantages à large bande de la technologie de mélange photonique micro - ondes pour la conversion haut et bas accordable à large bande des signaux émis et reçus afin de répondre aux exigences de compatibilité des signaux multibandes et de reconstruction flexible des systèmes intelligents. Des chercheurs du vencore Laboratory aux États - Unis ont utilisé une modulation externe pour produire un oscillateur local multifréquence destiné à recevoir un peigne optique sur le Front RF. Dans l'expérience, les signaux de fréquence radio dans la gamme 2 ~ 18 GHz ont été convertis en bande moyenne 2 GHz. Des chercheurs de l'Université d'aéronautique et d'espace de Nanjing ont mis au point un émetteur - récepteur qui utilise une modulation externe pour produire un oscillateur natif à double peigne à l'avant RF de photons micro - ondes intelligents dans les bandes s à Ka. À l'aide d'un laser à mode verrouillé, des chercheurs du laboratoire national italien d'optoélectronique ont produit un oscillateur natif à peigne de fréquence optique qui permet une réception et une transmission accordables en haut et en bas du signal dans une plage d'accord de fréquence de 2 à 18 GHz. Des chercheurs de l'Université Tsinghua ont proposé un schéma de front RF photonique large bande accordable basé sur un oscillateur optoélectronique (oeo) dont la gamme de fréquences accordables couvre la bande X à la bande Ka. En outre, le Groupe de sujets construit également une extrémité frontale radiofréquence de réception à l'aide d'un filtre photonique micro - ondes à base de peignes de fréquences optiques et d'un milieu dispersif, réalisant une conversion de fréquence sous - signal tout en réalisant un filtrage à fréquence intermédiaire avec une couverture de fréquence supérieure à 20 GHz.

Graphique

En outre, l'intégration de puces pour les MPRF reconfigurables a été une orientation de recherche populaire ces dernières années pour fournir des solutions frontales RF photoniques à faible coût, de petite taille et de haute fiabilité. Des chercheurs de l'Université de Tsinghua ont proposé un émetteur - récepteur photonique micro - ondes intégré à base de silicium qui utilise une modulation déphasée sur puce pour produire un oscillateur local optique. La plage d'accord du signal d'émission est de 2 ~ 10 GHz et la couverture de fréquence du signal de réception est de 2 ~ 15 GHz. Une équipe de la Southwestern Transportation University a développé une puce photonique intégrée (PIC) à micro - ondes à usage général, illustrée ici. La puce intègre plusieurs lasers accordables, des modulateurs et des coupleurs sur une seule puce pour permettre la reconstruction de la structure de liaison photonique micro - ondes et de la direction du signal, et peut être configurée de manière flexible pour exécuter de nombreuses fonctions dans les trois domaines principaux de la génération, de la transmission et du traitement des signaux micro - ondes. Il comprend la génération de signaux à distance, une liaison de transmission photonique micro - ondes modulée en intensité / phase, un filtre passe - bande / coupe - bande accordable, une mesure de la fréquence instantanée micro - ondes, une mesure de la fréquence de répétition des impulsions micro - ondes, etc. la puce est directement appliquée aux opérations quotidiennes en temps réel dans des scénarios intérieurs et extérieurs. Il est déployé directement le long du chemin de fer à grande vitesse de Chengyu (Chengyu) pour surveiller les interférences électromagnétiques. Système de communication sans fil 4g / 5G intégré et système d'accès vidéo 4K HD pour prendre en charge les activités quotidiennes en temps réel.

Les interfaces RF intelligentes et les liaisons basées sur la technologie photonique à micro - ondes présentent les avantages d'une large bande passante, d'une capacité de refactorisation et d'un service transparent, ce qui peut parfaitement répondre aux besoins du développement intelligent de la nouvelle génération de technologies de l'information. Un grand nombre de groupes de recherche à travers le monde ont travaillé dur dans ce domaine et ont obtenu une série de résultats innovants. Dans le même temps, les interfaces RF photoniques intelligentes et les liaisons doivent également résoudre davantage les problèmes de coût, de consommation d'énergie, de volume, de bruit, etc., afin de fournir un support central à l'évolution et au changement de la nouvelle génération de technologies de l'information.