微波技術 - 智慧微波光子射頻前端和連結

關於 智慧微波光子射頻,各種不同的頻段, 通信標準, 無線服務不斷湧現, 導致無線系統的多樣性和異構性越來越明顯，主要表現為各種不同的通信系統和標準並存, 例如 5克, 已經開始商業化, 4G, 以及3G和2G, 有一定數量的用戶. 多種不同功能的無線服務共存, 比如無線局域網, 藍牙, 北斗和GPS導航, 等. 不同頻段共存, 範圍從幾十兆赫的微波到幾十兆赫的毫米波甚至太赫茲波. 在這種情況下, 無線系統正朝著智能化方向發展. 一方面, 可實現寬帶多頻段無縫相容融合, 多功能, 和多標準訊號. 另一方面, 它靈活且可重新配寘. 它可以根據系統功能切換和優化不同頻段和標準無線訊號, 服務物件, 和應用程序場景，以最大限度地提高資源利用率.

射頻前端和連結是無線系統的基本組件, 負責無線訊號傳輸和傳輸的關鍵任務. 因此, 發展 智慧微波光子射頻 前端和連結帶寬大, 多波段, 可重構特性對於無線系統的進一步發展至關重要. 現有基於傳統電子技術的射頻前端和連結存在許多瓶頸問題, 如高頻損耗, 窄頻寬, 處理速度慢, 很難滿足 聰明的 無線系統的發展. 近年來, 微波光子學的迅速崛起和成熟為解决上述問題提供了新的方法和思路. 微波光子系統將傳統電子學難以處理的高頻寬帶微波訊號調製到光域, 並生成, 傳輸, 過程, 檢測和控制寬帶和 高頻微波訊號 借助低損耗等固有優勢, 光電子器件或科技的大頻寬和抗電磁干擾. 微波光子學科技可以有效地緩解傳統電子學科技在處理和傳輸高頻段方面所面臨的困難, 大頻寬, 和動態時變微波訊號. 因此, 微波光子 聰明的 射頻前端和連結, 能够滿足寬帶的特點, 多波段, 可重新配寘, 是近年來微波射頻器件研究的熱點.

圖1：。 微波光子收發器前端示意圖

射頻前端位於無線系統的前端，負責連接收發器和天線。 它是整個系統性能的决定性因素之一。 隨著5克移動通信和物聯網的應用和部署，為了滿足現代電子戰中雷達的高性能要求，需要射頻前端處理的訊號越來越複雜，向UHF、多調製格式、多頻段、多波束收發信機等智能化方向發展， 以及多點無線資源協調。 然而，由於不同頻段使用的電子元件不同，電子射頻前端很難通過堆疊射頻模塊實現跨多個甚至全通信頻段的可調諧和可重構功能。 囙此，具有可調諧和可重構優點的寬帶微波光子射頻前端應運而生，並日益發展。

微波光子收發器的主要結構 智慧微波光子射頻 前端如圖所示. 與傳統的電子射頻前端類似, 這個 microwave photon RF front end (MPRF) needs to complete signal amplification, 過濾, local oscillation (LO) signal generation, 傳輸和接收的上下轉換, 等. 然而, MPRF, 一方面, 將射頻訊號轉換為光域，利用微波光子科技帶寬大的優勢，取代電子器件，實現訊號濾波和混頻等處理功能, 與多頻相容, 多標準多功能訊號. 另一方面, 利用光子科技可以產生高頻、可調諧的本振訊號.

現時, 可重構MPRF的研究主要集中在利用微波光子混頻科技的寬帶優勢，實現發射和接收訊號的寬帶可調諧上下轉換, 滿足多頻段訊號相容性和靈活重構的要求 聰明的 系統. 美國Vencore實驗室的研究人員使用外部調製來生成用於接收射頻前端的光學梳的多頻本地振盪器. 在實驗中, 將2～18ghz範圍內的射頻訊號下變頻為2ghz中頻. 南京航空航太大學的研究人員開發了一種收發器 智慧微波光子射頻 前端在S波段到Ka波段使用外部調製產生雙梳狀本機振盪器. 義大利國家光電實驗室的研究人員使用一種鎖模雷射器來產生一種光學頻率梳本地振盪器, 在2至18 GHz的頻率調諧範圍內實現訊號的可調諧上下頻率接收和傳輸. Researchers from Tsinghua University have proposed a tunable wideband photonic RF front-end scheme based on an optoelectronic oscillator (OEO) with a tunable frequency range covering the X-band to ka-band. 此外, 研究小組還使用基於光學頻率梳和色散介質的微波光子濾波器來構建接收射頻前端, 實現訊號下變頻同時進行中頻濾波, 頻率覆蓋範圍大於20 GHz.

圖形. Schematic diagram of universal microwave photon chip and its daily real-time service bearer in indoor and outdoor scenarios

In addition, 可重構MPRF的晶片集成是近年來的一個研究熱點，以提供低成本的MPRF, 小尺寸, 和高可靠性光子射頻前端解決方案. 清華大學的研究人員提出了一種矽基集成微波光子收發器前端，該前端利用片上异相調製產生光學本振. 發射訊號調諧範圍為2～10GHz，接收訊號頻率覆蓋範圍為2～15克Hz. A team from Southwest Jiaotong University has developed a general-purpose microwave photon integrated chip (PIC), 此處顯示. 該晶片集成了多個可調諧雷射器, 調製器, 並在單晶片上實現耦合器，實現微波光子連結結構和訊號方向的重構, 可靈活配寘，在微波訊號產生的3個覈心領域執行多種功能, 傳輸, 和處理. 它包括遠程訊號生成, 强烈/相位調製微波光子傳輸連結, 可調諧帶通/帶阻濾波器, 微波暫態頻率量測, 微波脈衝重複頻率量測, 等. 該晶片直接應用於室內外場景的日常實时業務. It is directly deployed along the Chengdu - Chongqing (Chengdu Chongqing) high-speed railway line to monitor electromagnetic interference. 嵌入4G/5克 支持日常實时業務的無線通訊系統和4K高清視頻接入系統.

這個 聰明的 基於微波光子科技的射頻前端和連結具有帶寬大的優點, 重新配寘, 和服務透明度, 完全可以滿足 聰明的 新一代資訊技術的發展. 世界各地的許多研究小組都在這一領域努力工作，並取得了一系列創新成果. 同時, the 聰明的 microwave photon RF front end and the link still need to further solve the cost, 功耗, 體積, 譟音, 以及問題的其他方面, 為新一代資訊技術的演進和變革提供覈心支持.