RU2722085C1

RU2722085C1 - Photonic fiber-optic module

Info

Publication number: RU2722085C1
Application number: RU2019133356A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Михайлович Андреев; Евгений Владимирович Контрош; Виталий Станиславович Калиновский; Вячеслав Альбертович Линнас; Павел Васильевич Покровский; Александр Александрович Подоскин; Сергей Олегович Слипченко; Никита Александрович Пихтин
Original assignee: Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2020-05-26

Abstract

FIELD: radio-photonics.

SUBSTANCE: photonic fiber-optic module includes a laser source of optical signal of microwave pulses, two assemblies of in-series connected microwave photodetectors and three optical splitters, secondary optical fibers of the first optical splitter are optically coupled with series-connected photodetectors of the first assembly of photodetectors, secondary optical fibers of the second optical splitter are optically coupled with series-connected photodetectors of the second assembly of photodetectors, both assemblies of photodetectors form parallel counter connection, and connection points of assemblies of photodetectors are connected through microwave channel to antenna, primary fiber of third splitter (1×2) is optically connected to laser source of optical signal of microwave pulses, and secondary two optical fibers of third splitter have different length and are optically connected to primary optical fibers of first and second optical splitters.

EFFECT: higher efficiency of antenna.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к радиофотонике, и может быть использовано при конструировании систем возбуждения антенн и активных фазированных антенных решеток (АФАР) для связи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбы.The invention relates to the field of radio engineering, namely to radio photonics, and can be used in the design of excitation systems for antennas and active phased array antennas (AFAR) for communication, radar, radio navigation and electronic warfare.

Основной задачей при разработке передающих трактов радиосистем является максимально возможный КПД такой системы, минимальные потери мощности информационного сигнала, как при его формировании, так и при излучении. Существующие перспективные направления по применению радиофотонных устройств для различных радиосистем, используют преобразование электрического сигнала в оптический и из оптического в электрический.The main task in developing the transmission paths of radio systems is the maximum possible efficiency of such a system, the minimum power loss of the information signal, both during its formation and during radiation. Existing promising areas for the use of radio photon devices for various radio systems use the conversion of an electrical signal into optical and from optical to electrical.

Повышение эффективности радиофотонной системы может быть обеспечено путем возбуждения антенны (антенной системы) биполярным электрическим импульсом, который формируется из оптического импульса, путем его поэтапного деления по мощности, задержки одного оптического импульса относительно другого, преобразования его в электрический и инверсии одного электрического импульса относительно другого и их интерференции на выходе устройства.An increase in the efficiency of the radiophoton system can be achieved by exciting the antenna (antenna system) with a bipolar electric pulse, which is formed from an optical pulse, by dividing it in stages by power, delaying one optical pulse relative to another, converting it into an electric one and inverting one electric pulse relative to another and their interference at the output of the device.

Известно устройство (патент RU 2313870, автор Лазарев и др. патентообладатель ОАО «Муромский радиозавод» дата публикации 27.12.2007, http://www.freepatent.ru/patents/2313870), где описан способ формирования электромагнитных сигналов сверхкороткой длительности без несущей частоты, путем накопления потенциала электрического поля накопительным конденсатором одновременно с накоплением потенциала электрического поля на входе приемника от волн тока, соединенным с приемо-излучательным элементом, на котором формируется излучающий импульс за счет одновременного лавинного разряда накопительного конденсатора через лавинный диод и образования волн тока на том же приемо-излучательном элементе. Недостатками такого устройства являются: малая мощность излучения и обязательное наличие приемного канала для формирования импульса. При этом формирование импульса предполагает использование приемо-излучательного элемента только в виде двух близко расположенных проводников, представляющих собой антенну с бегущей волной магнитного тока. Параметры импульса ограничиваются параметрами лавинного диода, а излучаемый импульс униполярный.A device is known (patent RU 2313870, author Lazarev et al. Patent holder of OJSC "Murom Radio Plant" publication date 12/27/2007, http://www.freepatent.ru/patents/2313870), which describes a method for generating electromagnetic signals of ultra-short duration without a carrier frequency by accumulating the electric field potential by the storage capacitor simultaneously with the accumulation of the electric field potential at the receiver input from current waves connected to the receiving-emitting element on which the emitting pulse is generated due to the simultaneous avalanche discharge of the storage capacitor through the avalanche diode and the formation of current waves on the same receiving and emitting element. The disadvantages of this device are: low radiation power and the mandatory presence of a receiving channel for pulse formation. In this case, the pulse formation involves the use of a receiving-emitting element only in the form of two closely spaced conductors, which are an antenna with a traveling wave of magnetic current. The pulse parameters are limited by the parameters of the avalanche diode, and the emitted pulse is unipolar.

Известно устройство (патент RU 2180152, автор Щербак В.И. и др., патентообладатель ЗАО «Софтмедиа» дата публикации 27.02.2007, http://www.freepatent.ru/patents/2180152), в котором для повышения коэффициента полезного действия широкополосной антенной решетки при импульсном возбуждении на каждом входе рупорного излучателя преобразуют постоянное напряжение в импульсное электромагнитное поле и модулируют его по амплитуде и фазе с учетом номера каждого элемента антенной решетки и его пространственного положения так, чтобы обеспечить заданное суммарное амплитудно-фазовое распределение и минимальное рассогласование по волновому сопротивлению. Недостатками такого устройства являются: излучение антенной (антенной решеткой) униполярного импульса, что ведет к потере мощности при излучении; сложность изготовления такого устройства; гальваническая связь между самим передатчиком и антенной.A device is known (patent RU 2180152, author Shcherbak V.I. et al., Patent holder of Softmedia CJSC publication date 02/27/2007, http://www.freepatent.ru/patents/2180152), in which to increase the efficiency when pulsed excitation at each input of the horn emitter, a constant voltage antenna is converted to a pulsed electromagnetic field and modulated in amplitude and phase, taking into account the number of each element of the antenna array and its spatial position so as to provide a given total amplitude-phase distribution and minimal mismatch in wave impedance. The disadvantages of this device are: radiation by the antenna (antenna array) of a unipolar pulse, which leads to a loss of power during radiation; the complexity of manufacturing such a device; galvanic connection between the transmitter itself and the antenna.

Наиболее близким техническим решением является устройство (патент RU 2295180 автор Анцев Георгий Владимирович и др., патентообладатель ОАО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс», дата публикации 10.03.2007, http://www.freepatent.ru/patents/2295180), в котором для обеспечения возможности возбуждения электромагнитного поля в виде биполярного сверхкороткого импульса из униполярного путем разделения электромагнитного поля по рупорным излучателям, одну часть электромагнитного поля униполярного импульса задерживают по времени на половину длительности информативного сигнала, преобразуя фазу на противоположную и суммируя ее с другой частью электромагнитного поля в общем раскрыве антенн. Недостатками такого устройства являются: необходимость в наличии двух излучателей (в рассматриваемом случае двух рупоров) для формирования одного биполярного импульса, что ведет к увеличению размеров общей антенной системы и определенной потере мощности при формировании биполярного импульса из двух униполярных в раскрыве антенны, а также гальваническая связь между передатчиком и антенной.The closest technical solution is the device (patent RU 2295180 author Antsev Georgy Vladimirovich et al., Patent holder of the Scientific and Production Enterprise Radar Mms OJSC, publication date 10.03.2007, http://www.freepatent.ru/patents/2295180) in which, in order to enable the excitation of an electromagnetic field in the form of a bipolar ultrashort pulse from a unipolar pulse by dividing the electromagnetic field by horn emitters, one part of the electromagnetic field of the unipolar pulse is delayed in time by half the duration of the informative signal, converting the phase to the opposite and summing it with the other part of the electromagnetic fields in the general aperture of antennas. The disadvantages of this device are: the need for two emitters (in the present case, two horns) for the formation of one bipolar pulse, which leads to an increase in the size of the overall antenna system and a certain loss of power when forming a bipolar pulse from two unipolar antennas in the aperture, as well as galvanic coupling between the transmitter and the antenna.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является увеличение энергетической эффективности выходного импульса радиофотонного оптоволоконного модуля, излучаемого антенной (антенной системой), что позволяет увеличить дальность действия передающей радиофотонной системы.The problem to which the invention is directed is to increase the energy efficiency of the output pulse of the radio photon fiber optic module emitted by the antenna (antenna system), which allows to increase the range of the transmitting radio photon system.

Данная задача решается за счет того, что радиофотонный оптоволоконный модуль включает источник СВЧ импульсов лазерного излучения, две сборки последовательно скоммутированных СВЧ фотодетекторов и три оптических разветвителя, вторичные оптоволокна первого разветвителя оптически стыкованы с последовательно скоммутированными фотодетекторами первой сборки фотодетекторов, вторичные оптоволокна второго разветвителя оптически стыкованы с последовательно скоммутированными фотодетекторами второй сборки фотодетекторов, обе сборки фотодетекторов образуют параллельное встречное соединение, а места соединений сборок фотодетекторов подключены через СВЧ тракт к антенне, первичное волокно третьего оптического разветвителя (1×2) (Выражение в скобках означает, что третий оптический разветвитель имеет на входе одно первичное оптоволокно и два вторичных оптоволокна) оптически стыковано с источником СВЧ импульсов лазерного излучения, а два вторичных оптоволокна оптически стыкованы с первичными оптоволокнами первого и второго разветвителей, причем разница произведений длин

вторичных оптоволокон третьего разветвителя, выраженных в сантиметрах, умноженных на показатели преломления n₁ и n₂ материалов сердечников соответствующих оптоволокон, определяется уравнением

а суммарное количество N фотодетекторов в сборках и соответствующее суммарное количество N вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях равно

причем количество F фотодетекторов в каждой сборке и соответствующее количество F вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях равно F=N/2, где,This problem is solved due to the fact that the radio photon fiber module includes a source of microwave pulses of laser radiation, two assemblies of series-connected microwave photodetectors and three optical couplers, secondary optical fibers of the first coupler are optically coupled to series-connected photodetectors of the first photodetector assembly, and secondary optical fibers of the second coupler sequentially connected photodetectors of the second photodetector assembly, both photodetector assemblies form a parallel counter connection, and the connection points of the photodetector assemblies are connected via microwave to the antenna, the primary fiber of the third optical splitter (1 × 2) (Expression in brackets means that the third optical splitter has an input one primary optical fiber and two secondary optical fibers) are optically connected to a source of microwave pulses of laser radiation, and two secondary optical fibers are optically connected to a primary fiber the first and second splitters, and the difference of products of lengths

secondary optical fibers of the third splitter, expressed in centimeters, multiplied by the refractive indices n ₁ and n _{2 of the} core materials of the corresponding optical fibers, is determined by the equation

and the total number N of photodetectors in the assemblies and the corresponding total number N of secondary optical fibers in the first and second optical splitters is

moreover, the number F of photodetectors in each assembly and the corresponding number F of secondary optical fibers in the first and second optical splitters is F = N / 2, where,

Т - заданный временной интервал между положительным и отрицательным максимумами биполярного импульса, выраженный в наносекундах, установленный в диапазоне t/2<Т<2t,T is the specified time interval between the positive and negative maxima of the bipolar pulse, expressed in nanoseconds, set in the range t / 2 <T <2t,

t - длительность лазерного импульса на уровне 1/20 высоты импульса,t is the duration of the laser pulse at the level of 1/20 of the pulse height,

R - волновое сопротивление (Ом) СВЧ тракта антенны,R is the wave impedance (Ohm) of the microwave path of the antenna,

Р_л - пиковая мощность (Вт) импульсов лазерного излучения в первичном оптоволокне третьего разветвителя,R _l - peak power (W) of laser pulses in the primary optical fiber of the third splitter,

S - фоточувствительность (А/Вт) СВЧ фотодетекторов на длине волны лазерного излучения,S - photosensitivity (A / W) microwave photodetectors at a wavelength of laser radiation,

U_p - пиковое рабочее напряжение (В) каждого фотодетектора.U _p - peak operating voltage (V) of each photodetector.

Кроме того, в радиофотонном оптоволоконном модуле оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон третьего разветвителя с первичными оптоволокнами первого и второго разветвителей может быть осуществлена через оптические разъемы.In addition, in a radio photon fiber optic module, the optical coupling of two secondary optical fibers of the third splitter with the primary optical fibers of the first and second splitters can be carried out through the optical connectors.

Кроме того, в радиофотонном оптоволоконном модуле оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон третьего разветвителя с первичными оптоволокнами первого и второго разветвителей может быть осуществлена путем монолитного соединения.In addition, in a radio photon fiber optic module, optical coupling of two secondary optical fibers of the third splitter with the primary optical fibers of the first and second splitters can be accomplished by means of a monolithic connection.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение выходной мощности радиофотонного оптоволоконного модуля, увеличение коэффициента полезного действия антенны, а при работе с антенной решеткой, увеличение коэффициента направленного действия антенной решетки.The technical result provided by the given set of features is to increase the output power of the radio photon fiber optic module, increase the efficiency of the antenna, and when working with the antenna array, increase the directional coefficient of the antenna array.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

На фиг. 1 - схема радиофотонного оптоволоконного модуля (для примера на фиг. 1 изображена схема радиофотонного оптоволоконного модуля на основе фотодетекторных сборок, состоящих из двух СВЧ фотодетекторов каждая: F=2).In FIG. 1 is a diagram of a radio photon fiber optic module (for an example, FIG. 1 shows a diagram of a radio photon fiber optic module based on photodetector assemblies consisting of two microwave photodetectors each: F = 2).

На фиг. 2 - схематическое изображение радиофотонного оптоволоконного модуля на основе фотодетекторных сборок, состоящих из двух СВЧ фотодетекторов каждая: F=2.In FIG. 2 is a schematic illustration of a radio photon fiber optic module based on photodetector assemblies consisting of two microwave photodetectors each: F = 2.

На фиг. 3 - фотография фотоприемной части радиофотонного оптоволоконного модуля, состоящего из двух фотодетекторных сборок по 16 СВЧ фотодетекторов, напаянных на основание.In FIG. 3 is a photograph of the photodetector portion of a radio photon fiber optic module consisting of two photodetector assemblies of 16 microwave photodetectors soldered to a base.

На фиг. 4 - формы входного лазерного импульса (а) длительностью t(1/20)=1,1 нс и биполярного выходного импульса (б), получаемого в радиофотонном оптоволоконном модуле, состоящем из двух шестнадцати элементных сборок фотодетекторов: кривая, обозначенная на фиг. 4 позицией 1, построена для разницы длин

вторичных волокон третьего разветвителя

и T=0,9 нс; кривая, обозначенная позицией 2, построена для разницы длин

вторичных волокон третьего разветвителя

и Т=1,3 нс.In FIG. 4 shows the shapes of an input laser pulse (a) of duration t (1/20) = 1.1 ns and a bipolar output pulse (b) obtained in a radio-photon fiber optic module consisting of two sixteen elementary photodetector assemblies: the curve indicated in FIG. 4 by 1, built for the difference in lengths

secondary fibers of the third splitter

and T = 0.9 ns; the curve indicated by 2 is plotted for the difference in lengths

secondary fibers of the third splitter

and T = 1.3 ns.

Радиофотонный оптоволоконный модуль (фиг. 1 и фиг. 2) включает в себя:The radio photon fiber optic module (FIG. 1 and FIG. 2) includes:

1 - первая сборка фотодетекторов,1 - the first assembly of photodetectors,

2 - вторая сборка фотодетекторов,2 - the second assembly of photodetectors,

3 - первый оптический разветвитель,3 - the first optical splitter,

4 - второй оптический разветвитель,4 - the second optical splitter,

5 - третий оптический разветвитель (1×2),5 - the third optical splitter (1 × 2),

6, 7 - вторичные оптоволокна первого разветвителя,6, 7 - secondary optical fibers of the first splitter,

10, 11 - вторичные оптоволокна второго разветвителя10, 11 - secondary optical fibers of the second splitter

20, 21 - вторичные оптоволокна третьего разветвителя,20, 21 - secondary optical fibers of the third splitter,

8, 9, 12, 13 - СВЧ фотодетекторы,8, 9, 12, 13 - microwave photodetectors,

18 - первичное оптоволокно третьего разветвителя,18 - primary optical fiber of the third splitter,

24 - первичное оптоволокно первого разветвителя,24 - primary optical fiber of the first splitter,

25 - первичное оптоволокно второго разветвителя,25 - the primary optical fiber of the second splitter,

19 - лазерный источник оптического сигнала СВЧ импульсов,19 is a laser source of an optical signal of microwave pulses,

22, 23 - оптические разъемы,22, 23 - optical connectors,

14, 15 - точки соединения с СВЧ линией передачи,14, 15 - connection points with a microwave transmission line,

16 - линия передачи (СВЧ тракт),16 - transmission line (microwave path),

17 - антенна,17 - antenna

26 - теплоотводящее основание для монтажа СВЧ фотодетекторов модуля в целом.26 - heat sink for mounting microwave photodetectors of the module as a whole.

Настоящее техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 приведены схематические изображения радиофотонного оптоволоконного модуля, включающего две сборки фотодетекторов 1 и 2 последовательно скоммутированных СВЧ фотодетекторов и три оптических разветвителя 3, 4 и 5, вторичные оптоволокна 6 и 7 первого оптического разветвителя 3 оптически стыкованы с последовательно скоммутированными СВЧ фотодетекторами 8 и 9 первой сборки фотодетекторов 1, вторичные оптоволокна 10 и 11 второго оптического разветвителя 4 оптически стыкованы с последовательно скоммутированными СВЧ фотодетекторами 12 и 13 сборки фотодетекторов 2, обе сборки фотодетекторов образуют параллельное встречное соединение, а точки соединения 14 и 15 сборок 1 и 2 фотодетекторов подключены через СВЧ тракт 16 к антенне 17, первичное оптоволокно 18 третьего оптического разветвителя (1×2) 5 оптически стыковано с лазерным источником оптического сигнала СВЧ импульсов 19, а два вторичных оптоволокна 20 и 21 третьего оптического разветвителя 5 оптически стыкованы с первичными оптоволокнами 24 и 25 первого 3 и второго 4 оптических разветвителей, причем разница произведений длин

вторичных оптоволокон 20, 21 третьего разветвителя 5, выраженных в сантиметрах, умноженных на показатели преломления n₁ и n₂ материалов сердечников соответствующих оптоволокон, определяется уравнением

а суммарное количество N фотодетекторов в сборках фотодетекторов 1 и 2 и соответствующее суммарное количество вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях равно

причем количество фотодетекторов в каждой сборке и соответствующее количество F вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях равно F=N/2.The present technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 and FIG. 2 is a schematic representation of a radio photon fiber optic module including two

photodetector assemblies

1 and 2 of sequentially connected microwave photodetectors and three

optical couplers

3, 4 and 5, secondary optical fibers 6 and 7 of the first optical coupler 3 are optically coupled to sequentially connected

microwave photodetectors

8 and 9 of the first assembly photodetectors 1, secondary

optical fibers

10 and 11 of the second optical splitter 4 are optically coupled to sequentially connected

microwave photodetectors

12 and 13 of the photodetector assembly 2, both photodetector assemblies form a parallel counter connection, and the

connection points

14 and 15 of the

photodetector assemblies

1 and 2 are connected through the microwave path 16 to the antenna 17, the primary optical fiber 18 of the third optical splitter (1 × 2) 5 is optically connected to the laser source of the optical signal of the microwave pulses 19, and two secondary

optical fibers

20 and 21 of the third optical splitter 5 are optically connected to the primary optical fibers 2 4 and 25 of the first 3 and second 4 optical splitters, and the difference of products of lengths

secondary

optical fibers

20, 21 of the third splitter 5, expressed in centimeters, multiplied by the refractive indices n ₁ and n _{2 of the} core materials of the respective optical fibers, is determined by the equation

and the total number N of photodetectors in the

photodetector assemblies

1 and 2 and the corresponding total number of secondary optical fibers in the first and second optical splitters is

moreover, the number of photodetectors in each assembly and the corresponding number F of secondary optical fibers in the first and second optical splitters is F = N / 2.

Оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон 20 и 21 третьего разветвителя 5 с первичными оптоволокнами 24 и 25 первого 3 и второго 4 разветвителей может быть осуществлена через оптические разъемы 22 и 23.Optical docking of the two secondary optical fibers 20 and 21 of the third splitter 5 with the primary optical fibers 24 and 25 of the first 3 and second 4 splitters can be carried out through the optical connectors 22 and 23.

Оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон 20 и 21 третьего разветвителя 5 с первичными оптоволокнами 24 и 25 первого 3 и второго 4 разветвителей может быть осуществлена путем монолитного соединения.Optical docking of two secondary optical fibers 20 and 21 of the third splitter 5 with the primary optical fibers 24 and 25 of the first 3 and second 4 splitters can be carried out by monolithic connection.

Для работы устройства необходимо выполнение условия, определяемого уравнением

Пусть время Т₁ прохождения импульса света по волокнам длиной

с показателем преломления n₁ равно

где с - скорость света (3⋅10¹⁰ см/с). Временная задержка импульсов в более длинной (длина

) оптоволоконной линии с показателем преломления (n₁) сердечника волокна равна

Если временную задержку ΔT прихода импульсов выразить в наносекундах и сделать временную задержку равной заданной временной разнице Т максимумов положительной и отрицательной частей биполярного импульса, то данное выражение преобразуется в выражение

For the operation of the device, it is necessary to fulfill the condition defined by the equation

Let the time T _{1 the} passage of a light pulse through fibers of length

with a refractive index n ₁ equal to

where c is the speed of light (3⋅10 ¹⁰ cm / s). Time delay of pulses in longer (length

) a fiber optic line with a refractive index (n ₁ ) of the fiber core is

If the time delay ΔT of the arrival of pulses is expressed in nanoseconds and the time delay is equal to the specified time difference T of the maxima of the positive and negative parts of the bipolar pulse, then this expression is converted into the expression

Суммарное количество N СВЧ фотодетекторов 8, 9 и 12, 13 в сборках фотодетекторов 1 и 2 и соответствующее суммарное количество вторичных оптоволокон 6, 7 и 10, 11 в первом и втором оптических разветвителях должно быть равно

При увеличении количества N фотодетекторов пропорционально увеличивается суммарное рабочее напряжение U=N⋅U_p, генерируемое сборками фотодетекторов. При этом рабочий ток равен пиковой мощности (Р_л) лазерных импульсов, разделенной на количество фотодетекторов и умноженной на спектральную чувствительность фотодетекторов, выраженную в А/Вт. Для согласования выходное сопротивление модуля должно быть равно волновому сопротивлению СВЧ тракта антенны и равно

где I_p - пиковый рабочий ток каждого фотодетектора. Из этого уравнения следует, что суммарное количество фотодетекторов должно быть равно

The total number N of

microwave photodetectors

8, 9 and 12, 13 in the

photodetector assemblies

1 and 2 and the corresponding total number of secondary

optical fibers

6, 7 and 10, 11 in the first and second optical splitters should be equal

As the number N of photodetectors increases, the total operating voltage U = N =U _p generated by the photodetector assemblies proportionally increases. In this case, the operating current is equal to the peak power (R _l ) of the laser pulses, divided by the number of photodetectors and multiplied by the spectral sensitivity of the photodetectors, expressed in A / W. For coordination, the output impedance of the module must be equal to the wave impedance of the microwave path of the antenna and equal

where I _p is the peak operating current of each photodetector. From this equation it follows that the total number of photodetectors should be equal

Для работы устройства необходимо, чтобы количество F фото детекторов в каждой сборке и соответствующее количество F вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях было равно F=N/2. Это условие обеспечивает равенство амплитуд положительного и отрицательного импульсов биполярного импульса, что, в свою очередь, обеспечивает достижение максимального КПД устройства.For the device to work, it is necessary that the number F of photo detectors in each assembly and the corresponding number F of secondary optical fibers in the first and second optical splitters be F = N / 2. This condition ensures the equality of the amplitudes of the positive and negative pulses of the bipolar pulse, which, in turn, ensures the achievement of the maximum efficiency of the device.

Для работы устройства необходимо выполнение условия t/2<Т<2t. Экспериментально было установлено, что при Т<t/2 снижается амплитуда биполярного импульса, а при Т>2t увеличивается длительность биполярного импульса без увеличения амплитуды импульса, что приводит к уменьшению КПД устройства.For the operation of the device, it is necessary to fulfill the condition t / 2 <T <2t. It was experimentally established that at T <t / 2 the amplitude of the bipolar pulse decreases, and at T> 2t the duration of the bipolar pulse increases without increasing the amplitude of the pulse, which leads to a decrease in the efficiency of the device.

Оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон 20 и 21 третьего разветвителя 5 с первичными оптоволокнами 24 и 25 первого 3 и второго 4 разветвителей может быть осуществлена либо через оптические разъемы 22 и 23, либо путем монолитного соединения. Оптическая стыковка через оптические разъемы обеспечивает упрощение сборки устройства, но приводит к дополнительным оптическим потерям в оптических разъемах. Оптическая стыковка через монолитное соединение усложняет сборку, однако не приводит к оптическим потерям и, следовательно, увеличивает мощность модуля без увеличения мощности лазерных импульсов.Optical docking of two secondary optical fibers 20 and 21 of the third splitter 5 with the primary optical fibers 24 and 25 of the first 3 and second 4 splitters can be carried out either through the optical connectors 22 and 23, or by monolithic connection. Optical docking via optical connectors simplifies assembly of the device, but leads to additional optical losses in the optical connectors. Optical docking through a monolithic connection complicates assembly, but does not lead to optical losses and, therefore, increases the power of the module without increasing the power of laser pulses.

Работает устройство следующим образом. На вход оптического разветвителя 5 радиофотонного оптоволоконного модуля подается через оптоволоконную линию 18 оптический импульс. В качестве источника СВЧ импульсов лазерного излучения могут быть использованы полупроводниковые или твердотельные лазеры, состыкованные с оптическим волокном. Третий оптический разветвитель (1×2) 5 делит этот импульс на два равных по мощности импульса. Разветвитель имеет два выхода, на каждом из которых одновременно появляются оптические импульсы. С одного выхода оптического разветвителя (1×2) 5 через оптоволоконную линию 21, 25 оптический импульс поступает на вход оптического разветвителя 4, где приходящий импульс разделяется на импульсы равной мощности и длительности, которые поступают на вторичные оптоволокна 10, 11 разветвителя 4, стыкованные с фотодетекторами 12, 13 (количество вторичных оптоволокон второго разветвителя равно количеству фотодетекторов), соединенными в сборку фотодетекторов 2. Фотодетекторы 12, 13 преобразуют оптический импульс в электрический импульс положительной полярности формируемый на нагрузке 16. С другого вторичного оптоволокна 20 третьего разветвителя 5 второй оптический импульс, проходя через удлиненную оптоволоконную линию 20 поступает на первичное оптоволокно 24 первого оптического разветвителя 3 с заданной задержкой T относительно импульса на входе второго разветвителя 4. В первом разветвителе 3 входящий импульс разделяется на импульсы равной мощности и длительности, которые поступают на вторичные оптоволокна разветвителя 3, стыкованные с СВЧ фотодетекторами 8, 9 (количество вторичных волокон разветвителя равно количеству стыкуемых фотодетекторов), соединенными в сборку фотодекторов 1. СВЧ фотодетекторы 8, 9 преобразуют оптический импульс в электрический импульс отрицательной полярности, так как сборка фотодетекторов 1 включена встречно относительно сборки фотодетектов 2. Поскольку СВЧ тракт 16 является общей нагрузкой для сборки фотодетеков 1 и сборки фотодетекторов 2, то при сложении двух разнополярных импульсов с заданной временной задержкой Т между ними на нагрузке 16 формируется биполярный импульс с амплитудой пропорциональной количеству фотодетекторов в каждой сборке и размахом пропорциональным суммарному количеству фотодетекторов в двух сборках.The device operates as follows. An optical pulse is supplied to the input of the optical splitter 5 of the radio photon fiber optic module through the optical fiber line 18. Semiconductor or solid-state lasers coupled to an optical fiber can be used as a source of microwave pulses of laser radiation. The third optical splitter (1 × 2) 5 divides this pulse into two equal pulse power. The splitter has two outputs, on each of which optical pulses appear simultaneously. From one output of the optical splitter (1 × 2) 5 through the optical fiber line 21, 25, the optical pulse is fed to the input of the optical splitter 4, where the incoming pulse is divided into pulses of equal power and duration, which are fed to the secondary optical fibers 10, 11 of the splitter 4, docked with photodetectors 12, 13 (the number of secondary optical fibers of the second coupler is equal to the number of photodetectors) connected to the assembly of photodetectors 2. Photodetectors 12, 13 convert the optical pulse into an electrical pulse of positive polarity generated at load 16. From the other secondary optical fiber 20 of the third coupler 5, the second optical pulse, passing through an elongated fiber optic line 20, it enters the primary optical fiber 24 of the first optical splitter 3 with a predetermined delay T relative to the pulse at the input of the second splitter 4. In the first splitter 3, the incoming pulse is divided into pulses of equal power and duration, which are fed to the secondary coupled optical fibers of coupler 3, coupled to microwave photodetectors 8, 9 (the number of secondary fibers of the coupler is equal to the number of photodetectors to be joined) connected to the photodetector assembly 1. Microwave photodetectors 8, 9 convert the optical pulse into an negative impulse electric pulse, as the photodetector assembly 1 is turned on relative to the assembly of photodetectors 2. Since the microwave path 16 is the total load for the assembly of photodetectors 1 and the assembly of photodetectors 2, when two oppositely pulses are added with a given time delay T, a bipolar pulse is formed between them at load 16 with an amplitude proportional to the number of photodetectors in each assembly and range proportional to the total number of photodetectors in two assemblies.

Пример 1. Радиофотонный оптоволоконный модуль (фиг. 2), в состав которого входит лазерный источник оптического сигнала СВЧ импульсов, оптический разветвитель 5, два оптических разветвителя 3 и 4, две сборки фотодетекторов 1 и 2, состоящие из 2-х СВЧ фотодетекторов каждая 8, 9 и 12, 13 соответственно. На вход оптического разветвителя (1×2) 5 подается импульс длительностью 1 нс. С выходов 20 и 21 оптического разветвителя (1×2) 5 снимается два оптических импульса одинаковых по мощности и длительности, каждому из которых соответствует своя вторичная оптоволоконная линия, причем длина одной линии 20, 22, 24 больше другой линии 21, 23, 25 на величину, пропорциональную заданному времени задержки.Example 1. A radio photon fiber optic module (Fig. 2), which includes a laser source of an optical signal of microwave pulses, an optical splitter 5, two optical splitters 3 and 4, two photodetector assemblies 1 and 2, consisting of 2 microwave photodetectors each 8 , 9 and 12, 13, respectively. An input of an optical splitter (1 × 2) 5 receives a pulse with a duration of 1 ns. Two optical pulses of the same power and duration are taken from the outputs 20 and 21 of the optical splitter (1 × 2) 5, each of which has its own secondary fiber-optic line, the length of one line 20, 22, 24 being longer than the other line 21, 23, 25 by a value proportional to the specified delay time.

Для обеспечения задержки оптического импульса в оптоволокне 20 на 1 нс при показателе преломления сердечников оптических волокон n=n₁=n₂=1,45, разница в длине между вторичными оптоволоконными линиями 20 и 21 составляет 20,7 см. Вторичные оптоволокна оптически состыкованы с двумя первичными оптоволокнами оптических разветвителей 3 и 4, вторичные волокна которых состыкованы с фотоактивными областями СВЧ фотодетекторов 8, 9, 12, 13, изготовленных на основе гетероструктуры AlGaAs/GaAs, генерирующих напряжение U_p=1 В каждый. СВЧ фотодетекторы зафиксированы на общей подложке 26, которая также является теплоотводом для фотоприемного модуля. Соединяются линейки СВЧ фотодетекторов 8, 9 и 12, 13 встречно-параллельно, т.е. сборки из 2-х последовательно соединенных СВЧ фотодетекторов соединены друг с другом с противоположной полярностью относительно точек соединения 14 и 15. Каждой сборке фотодетекторов 1 и 2, включенной в одной из полярностей, соответствуют свои вторичные оптоволокна 6, 7 и 10, 11 одинаковой длины. Нагрузкой фотодетекторного модуля является линия передачи (СВЧ тракт) 16 с волновым сопротивлением 50 Ом, которая соединена с антенной 17. В результате реализации такой схемы на выходе получается электрический биполярный импульс с размахом U=4B при пиковом рабочем токе I_p=80 мА, получаемом при мощности лазерного излучения Р_л=640 мВт и фоточувствительности фотодетекторов S=0,5 А/Вт.To ensure an optical pulse delay of 20 by 1 ns in the optical fiber with a refractive index of optical fiber cores n = n ₁ = n ₂ = 1.45, the length difference between the secondary optical fiber lines 20 and 21 is 20.7 cm. The secondary optical fibers are optically coupled to two primary optical fibers of optical splitters 3 and 4, the secondary fibers of which are connected to the photoactive regions of microwave photodetectors 8, 9, 12, 13, made on the basis of the AlGaAs / GaAs heterostructure, generating a voltage of U _p = 1 V each. Microwave photodetectors are fixed on a common substrate 26, which is also a heat sink for the photodetector module. The lines of microwave photodetectors 8, 9 and 12, 13 are connected in opposite-parallel fashion, i.e. assemblies of 2 series-connected microwave photodetectors are connected to each other with opposite polarity with respect to the connection points 14 and 15. Each assembly of photodetectors 1 and 2, included in one of the polarities, has its own secondary optical fibers 6, 7 and 10, 11 of the same length. The load of the photodetector module is a transmission line (microwave path) 16 with a wave impedance of 50 Ohms, which is connected to the antenna 17. As a result of the implementation of such a circuit, an electric bipolar pulse with a amplitude of U = 4B is obtained at the peak operating current I _p = 80 mA obtained when the laser radiation power R _l = 640 mW and the photosensitivity of the photodetectors S = 0.5 A / W.

Пример 2. Радиофотонный оптоволоконный модуль (фиг. 1), в состав которого входит лазерный источник оптического сигнала СВЧ импульсов, оптический разветвитель (1×2) 5, два оптических разветвителя 3 и 4 с F=8, каждый из которых выполнен с одним первичным оптоволокном и с восемью вторичными оптоволокнами оптических разветвителей 3 и 4, две фотодетекторные сборки 1 и 2, состоящие из востми фотодетекторов каждая, на вход оптического разветвителя (1×2) 5 подается импульс длительностью 0,75 нс. С выходов разветвителя снимается два оптических импульса одинаковых по мощности и длительности, каждому из которых соответствует своя вторичная оптоволоконная линия 20 и 21, причем длина оптоволоконной линии 20 больше длины оптоволоконной линии 21 на величину, пропорциональную требуемому времени задержки Т=1,5 нс. Для задержки оптического импульса в линии на 1,5 нс при показателе преломления сердечников оптических волокон n=1,45, разница в длине между вторичными оптоволоконными линиями 20 и 21 составляет 31 см. Оба вторичных оптоволокна монолитно состыкованы с двумя оптическими разветвителями 3 и 4, оптические выходы которых через оптоволокно состыкованы с фотоактивной областью AlGaAs/GaAs фото детекторов с выходным напряжением U_p=1 В каждый. Фотодетекторы смонтированы на общей подложке 26, которая также является теплоотводом модуля. Соединяются фотодетекторы последовательно в каждой сборке. Сборки фотодетекторов соединяются встречно-параллельно относительно точек соединения 14 и 15. Каждой сборке фотодетекторов 1 и 2 соответствуют свои оптоволокна от соответствующего разветвителя. При этом длины всех подводящих от разветвителей к фотодетекторам оптоволокон одинаковы. Нагрузкой фотодетекторного модуля является коаксиальная линия с волновым сопротивлением 50 Ом, которая соединена с антенной. В результате реализации такой схемы на выходе получается электрический биполярный импульс с размахом U=16 В, рабочим током 0,32 А при пиковой мощности импульса лазерного излучения Р_л=10 Вт и S=0,5 А/Вт.Example 2. A radio photon fiber optic module (Fig. 1), which includes a laser source of an optical signal of microwave pulses, an optical splitter (1 × 2) 5, two optical splitters 3 and 4 with F = 8, each of which is made with one primary with optical fiber and with eight secondary optical fibers of optical splitters 3 and 4, two photodetector assemblies 1 and 2, each consisting of photodetectors, a 0.75 nsec pulse is applied to the input of the optical splitter (1 × 2) 5. Two optical pulses of the same power and duration are taken from the outputs of the splitter, each of which has its own secondary fiber optic line 20 and 21, the length of the fiber optic line 20 being longer than the length of the fiber optic line 21 proportional to the required delay time T = 1.5 ns. To delay the optical pulse in the line by 1.5 ns with a refractive index of the cores of the optical fibers n = 1.45, the length difference between the secondary optical fiber lines 20 and 21 is 31 cm. Both secondary optical fibers are seamlessly joined with two optical splitters 3 and 4, whose optical outputs are coupled through a fiber to the photoactive region of AlGaAs / GaAs photo detectors with an output voltage of U _p = 1 V each. Photodetectors are mounted on a common substrate 26, which is also a heat sink module. Photo detectors are connected in series in each assembly. The photodetector assemblies are connected in opposite parallel to the connection points 14 and 15. Each photodetector assembly 1 and 2 has its own optical fibers from the corresponding splitter. In this case, the lengths of all optical fibers leading from the splitters to the photodetectors are the same. The load of the photodetector module is a coaxial line with a wave impedance of 50 Ohms, which is connected to the antenna. As a result of the implementation of such a circuit, an electric bipolar pulse with a range of U = 16 V, an operating current of 0.32 A at a peak power of the laser pulse R _l = 10 W and S = 0.5 A / W is obtained at the output.

Пример 3. Радиофотонный модуль, в состав которого входит лазерный источник оптического сигнала СВЧ импульсов, оптический разветвитель (1×2) 5, на вход которого подается импульс длительностью 0,75 нс, с выходов разветвителя снимается два импульса, каждому из которых соответствует своя вторичная оптоволоконная линия 20 и 21, причем длина одной оптоволоконной линии 20 больше длины другой оптоволоконной линии 21 на величину, пропорциональную заданному времени задержки Т. Каждая вторичная оптоволоконная линия 20 и 21 состыкована с первичными оптоволокнами оптических разветвителей 3 и 4, каждый из которых выполнен с одним первичным оптоволокном и с шестнадцатью вторичными оптоволокнами. При времени задержки 1,3 нс и показателе преломления оптоволокна n=1,45 разница в длине между вторичными оптоволоконными линиями составляет 27 см. Вторичные оптоволокна 6, 7 и 10, 11 оптических разветвителей 3 и 4 состыкованы с последовательно соединенными СВЧ фото детекторами (в количестве 16 штук в каждой сборке фото детекторов), каждый из которых генерирует напряжение U_p=1 В. Рабочее напряжение каждой сборки составляет 16 В. Сборки фотодетекторов включены между собой встречно-параллельно. Сопротивление нагрузки фотодетекторного модуля составляет 100 Ом. На выходе модуля формируется биполярный электрический импульс с рабочим током 0,32 А и с размахом U=32 В при мощности лазерного излучения Р_л=20,5 Вт и S=0,5 А/Вт.Example 3. A radio photon module, which includes a laser source of an optical signal of microwave pulses, an optical splitter (1 × 2) 5, to the input of which a pulse of 0.75 ns duration is supplied, two pulses are removed from the outputs of the splitter, each of which has its own secondary fiber optic line 20 and 21, the length of one fiber optic line 20 being longer than the length of the other fiber optic line 21 by a value proportional to the specified delay time T. Each secondary fiber optic line 20 and 21 is connected to the primary optical fibers of optical splitters 3 and 4, each of which is made with one primary optical fiber and with sixteen secondary optical fibers. With a delay time of 1.3 ns and a refractive index of the optical fiber n = 1.45, the length difference between the secondary optical fiber lines is 27 cm. The secondary optical fibers 6, 7 and 10, 11 of the optical splitters 3 and 4 are connected to series-connected microwave photo detectors (in the number of 16 pieces in each assembly of photo detectors), each of which generates a voltage of U _p = 1 V. The operating voltage of each assembly is 16 V. The assemblies of photodetectors are connected in opposite to each other. The load resistance of the photodetector module is 100 ohms. At the output of the module, a bipolar electric pulse is generated with a working current of 0.32 A and with a span of U = 32 V at a laser radiation power of R _l = 20.5 W and S = 0.5 A / W.

Claims

1. Радиофотонный оптоволоконный модуль, включающий лазерный источник оптического сигнала СВЧ импульсов, две сборки фотодетекторов с последовательно соединенными СВЧ фотодетекторами и три оптических разветвителя, вторичные оптоволокна первого оптического разветвителя оптически стыкованы с последовательно соединенными СВЧ фотодетекторами первой сборки фотодетекторов, вторичные оптоволокна второго оптического разветвителя оптически стыкованы с последовательно скоммутированными СВЧ фотодетекторами второй сборки фотодетекторов, обе сборки фотодетекторов образуют параллельное встречное соединение, а места соединений сборок фотодетекторов подключены через СВЧ тракт к антенне, первичное оптоволокно третьего разветвителя (1×2) оптически стыковано с лазерным источником оптического сигнала СВЧ импульсов, а вторичные два оптоволокна третьего разветвителя оптически стыкованы с первичными оптоволокнами первого и второго разветвителей, причем разница произведений длин

а суммарное количество N фотодетекторов в сборках фотодетекторов и соответствующее суммарное количество N вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях равно

причем количество F фотодетекторов в каждой сборке и соответствующее количество F вторичных оптоволокон в первом и втором оптических разветвителях равно F=N/2, где1. A radio photon fiber optic module including a laser source of an optical signal of microwave pulses, two photodetector assemblies with series-connected microwave photodetectors and three optical couplers, secondary optical fibers of the first optical coupler, are optically coupled to series-connected microwave photodetectors of the first photodetector assembly, secondary optical fibers of the second optical coupler with sequentially connected microwave photodetectors of the second photodetector assembly, both photodetector assemblies form a parallel counter connection, and the connection points of the photodetector assemblies are connected via the microwave path to the antenna, the primary optical fiber of the third splitter (1 × 2) is optically coupled to the laser optical signal source of the microwave pulses, and the secondary two optical fibers of the third splitter are optically connected to the primary optical fibers of the first and second splitters, and the difference of the products of the lengths

and the total number N of photodetectors in the photodetector assemblies and the corresponding total number N of secondary optical fibers in the first and second optical splitters is

moreover, the number F of photodetectors in each assembly and the corresponding number F of secondary optical fibers in the first and second optical splitters is F = N / 2, where

R - волновое сопротивление СВЧ тракта антенны,R is the wave impedance of the microwave path of the antenna,

Р_л - пиковая мощность (Вт) лазерного излучения в первичном оптоволокне третьего разветвителя,R _l - peak power (W) of laser radiation in the primary optical fiber of the third splitter,

S - фоточувствительность (А/Вт) СВЧ фотодетекторов,S - photosensitivity (A / W) microwave photodetectors,

U_p - пиковое рабочее напряжение (В) каждого СВЧ фотодетектора.U _p - peak operating voltage (V) of each microwave photodetector.

2. Радиофотонный оптоволоконный модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон третьего разветвителя с первичными оптоволокнами первого и второго разветвителей может быть осуществлена через оптические разъемы.2. The radio photon fiber optic module according to claim 1, characterized in that the optical coupling of two secondary optical fibers of the third splitter with the primary optical fibers of the first and second splitters can be carried out through optical connectors.

3. Радиофотонный оптоволоконный модуль по п. 1, отличающийся тем, что оптическая стыковка двух вторичных оптоволокон третьего разветвителя с первичными оптоволокнами первого и второго разветвителей может быть осуществлена путем монолитного соединения.3. The radio photon fiber optic module according to claim 1, characterized in that the optical coupling of the two secondary optical fibers of the third splitter with the primary optical fibers of the first and second splitters can be carried out by monolithic connection.