마이크로웨이브 기술 - 지능형 마이크로파 광자 송수신기 프런트엔드 및 링크

스마트 마이크로파 광자 무선 주파수에 관하여 각종 서로 다른 주파수 대역, 통신 표준과 무선 서비스가 끊임없이 출현하여 무선 시스템의 다양성과 이질성이 점점 뚜렷해지고 있다. 주로 다양한 통신 시스템과 표준이 공존하는 것으로 나타난다. 예를 들어 5G는 이미 상용화되기 시작했고 4G, 3G와 2G,사용자 수가 일정합니다.무선랜, 블루투스, 베이더우, GPS 내비게이션 등 다양한 기능의 무선 서비스가 공존한다. 주파수 대역마다 수십 메가헤르츠의 마이크로파부터 수십 메가헤르츠의 밀리미터파, 심지어 테라헤르츠파까지 공존한다.이런 맥락에서 무선 시스템은 지능화 방향으로 발전하고 있다.한편으로 광대역 다중 대역, 다기능, 다표준 신호의 원활한 호환과 융합을 실현할 수 있다.다른 한편으로는 유연성과 재구성성이 있습니다.시스템 기능, 서비스 객체 및 애플리케이션 시나리오에 따라 다양한 대역과 표준 무선 신호를 전환하고 최적화하여 리소스 활용도를 극대화할 수 있습니다.

무선 주파수 프런트엔드 및 링크는 무선 신호 전송 및 전송의 핵심 임무를 담당하는 무선 시스템의 기본 구성 요소입니다.따라서 대역폭, 다중 주파수 대역, 재구성 가능한 특성을 가진 스마트 마이크로파 광자 무선 주파수 전단과 링크를 개발하는 것은 무선 시스템의 진일보한 발전에 중요한 의의를 가진다.기존의 전통적인 전자기술에 기초한 무선주파수전단과 련쇄에는 고주파손실, 대역폭이 좁고 처리속도가 낮은 등 병목문제가 존재하여 무선시스템의 지능화발전의 수요를 만족시키기 어렵다.최근 몇 년 동안 마이크로파 광자학의 급속한 발흥과 성숙은 상술한 문제를 해결하는 데 새로운 방법과 사고를 제공했다.마이크로웨이브 광자 시스템은 기존의 전자학적으로 처리하기 어려운 고주파 및 광대역 마이크로웨이브 신호를 광 영역으로 변조하여 저손실,광자학 부품이나 기술의 대역폭과 전자기 방해에 강하다.마이크로파 광자학 기술은 전통적인 전자 기술이 고주파 대역, 대역폭, 동적 시변 마이크로파 신호를 처리하고 전송하는 데 직면한 어려움을 효과적으로 완화시킬 수 있다.따라서 광대역, 다중 주파수 대역, 재구성 가능 등의 특징을 만족시킬 수 있는 마이크로파 광자 스마트 무선 주파수 전단과 링크는 최근 몇 년 동안 마이크로파 무선 주파수 부품 연구의 이슈이다.

그림 1.마이크로파 광자 송수신기 전단 원리도

무선 주파수 프런트엔드는 송수신기와 안테나를 연결하는 무선 시스템의 프런트엔드에 있습니다.전체 시스템 성능에 영향을 미치는 결정적인 요소 중 하나입니다.5G 이동통신과 사물인터넷의 응용과 배치에 따라 현대 전자전에서 레이더의 고성능 요구를 만족시키기 위해 무선 주파수 전단 처리가 필요한 신호는 갈수록 복잡해지고 초고주파, 다양한 변조 형식, 다중 주파수 대역, 다중 빔 송신기 등 지능화 방향으로 발전한다.다중 무선 리소스 조정그러나 서로 다른 주파수 대역에 사용되는 전자 부품이 다르기 때문에 전자 RF 프런트엔드는 RF 모듈을 계층화하여 여러 개 또는 전체 통신 주파수 대역에 걸쳐 튜닝 및 재구성 기능을 구현하기 어렵습니다.따라서 튜닝 및 재구성 이점을 갖춘 광대역 마이크로파 광자 무선 주파수 프런트엔드가 생겨났고 점점 더 많은 발전을 이루었습니다.

마이크로웨이브 광자 트랜시버 스마트 마이크로웨이브 광자 무선 주파수 프런트엔드의 주요 구조는 그림과 같다. 전통적인 무선 주파수 프런트엔드와 마찬가지로 마이크로웨이브 광자 무선 주파수 백엔드(MPRF)는 신호 증폭, 필터링, 본진(LO) 신호 생성, 송신과 수신을 위한 상하 변환 등을 완료해야 한다. 그러나 한편으로는무선 주파수 신호를 광역으로 변환하고 마이크로파 광자 기술의 대역폭 우세를 이용하여 전자 설비를 대체하고 신호 필터, 혼합 주파수 등 처리 기능을 실현하며 다주파, 다표준, 다기능 신호와 호환된다.다른 한편으로 광자기술을 통해 고주파와 조화가능한 LO신호를 산생할수 있다.

현재 재구성 가능한 MPRF의 연구는 주로 마이크로파 광자 혼합 주파수 기술의 광대역 우세를 이용하여 신호를 발사하고 수신하는 광대역 조정 상하 전환을 실현하여 스마트 시스템의 다중 주파수 대역 신호 호환성과 유연한 재구성 요구를 만족시키는 데 집중되어 있다.미국 Vencore 연구소의 연구자들은 외부 변조를 사용하여 RF 프런트엔드의 광 빗을 수신하는 데 사용되는 다중 주파수 로컬 발진기를 생성합니다.실험에서 2~18GHz 범위의 RADIO 주파수 신호를 2GHz 중간 주파수 대역으로 변환했다.난징항공항천대학의 연구원들은 외부 변조를 사용하여 쌍빗 본기 발진기를 생성하는 S-밴드에서 Ka 밴드까지의 스마트 마이크로파 광자 RF 프런트엔드 트랜시버를 개발했다.이탈리아 국립 광전자 실험실의 연구원들은 자물쇠 레이저를 사용하여 광학 주파수 빗 본기 발진기를 생성하여 2~18GHz의 주파수 조정 범위 내에서 신호의 상하 조정 가능한 수신과 전송을 실현했다.칭화대 연구진은 튜닝 가능한 주파수 범위가 X-밴드에서 ka-밴드를 포괄하는 광전 발진기 (OEO) 를 기반으로 한 튜닝 가능한 광대역 광자 무선 주파수 프런트엔드 방안을 제시했다.또한 과제팀은 광주파수 빗과 색산 매체를 기반으로 한 마이크로파 광자 필터를 이용하여 수신 무선 주파수 프런트엔드를 구축하여 신호 하의 주파수 변환을 실현하는 동시에 중주파 필터를 실현하여 주파수 커버리지가 20GHz보다 크다.

그래픽

또한 MPRF를 재구성할 수 있는 칩 통합은 최근 몇 년 동안 저비용, 소형 크기, 고신뢰성 광자 무선 주파수 프런트엔드 솔루션을 제공하는 인기 연구 방향이다.칭화대학의 연구원들은 실리콘을 기반으로 한 집적 마이크로파 광자 트랜시버 프론트엔드를 제시했는데, 이 프론트엔드는 필름의 이상 변조를 사용하여 광학 로컬 발진기를 생성한다.송수신호 튜닝 범위는 2∼10GHz, 수신신호 주파수 커버리지는 2∼15GHz다.사우스웨스트 교통 대학의 한 팀은 그림과 같이 범용 마이크로파 광자 통합 칩 (PIC) 을 개발했습니다.이 칩은 여러 개의 튜닝 가능한 레이저, 모뎀 및 결합기를 하나의 칩에 통합하여 마이크로파 광자 링크 구조 및 신호 방향을 재구성하고 마이크로파 신호 생성, 전송 및 처리 세 가지 핵심 영역에 걸쳐 다양한 기능을 수행하도록 유연하게 구성할 수 있습니다.원격 신호 생성, 강도/위상 변조 마이크로웨이브 광자 전송 링크, 튜닝 가능한 대역통/대역 저항 필터, 마이크로웨이브 순간 주파수 측정, 마이크로웨이브 펄스 반복율 측정 등을 포함한다. 이 칩은 실내외 장면에서 일상적인 실시간 업무에 직접 적용된다.그것은 청유 (청유) 고속철도 연선에 직접 배치되어 전자기 교란을 모니터링하는 데 사용된다.4G/5G 무선 통신 시스템과 4K HD 비디오 액세스 시스템을 내장하여 일상적인 실시간 업무를 지원합니다.

마이크로파 광자 기술을 기반으로 한 스마트 무선 주파수 프런트엔드와 링크는 대역폭이 크고 재구성이 가능하며 서비스가 투명하다는 등의 장점을 가지고 있어 차세대 정보 기술의 지능화 발전의 수요를 충분히 만족시킬 수 있다.전 세계의 많은 연구팀이 이 분야에서 열심히 일해 왔으며 일련의 혁신 성과를 거두었다.이와 동시에 지능마이크로파 광자의 무선주파수전단과 련쇄는 또 원가, 전력소모, 부피, 소음 등 방면의 문제를 진일보 해결하여 신세대 정보기술의 진화와 변혁에 핵심적버팀목을 제공해야 한다.