RU2773775C1 - Binary phase modulator of the sub-thz frequency range - Google Patents
Binary phase modulator of the sub-thz frequency range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773775C1 RU2773775C1 RU2021136493A RU2021136493A RU2773775C1 RU 2773775 C1 RU2773775 C1 RU 2773775C1 RU 2021136493 A RU2021136493 A RU 2021136493A RU 2021136493 A RU2021136493 A RU 2021136493A RU 2773775 C1 RU2773775 C1 RU 2773775C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- signal
- phase
- quasi
- Prior art date
Links
- 230000000051 modifying Effects 0.000 title claims abstract description 67
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 10
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims description 10
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к системам связи, и может быть использовано для передачи данных в субТГц-диапазоне частот.The invention relates to radio engineering, namely to communication systems, and can be used for data transmission in the sub-THz frequency range.
Одним из ключевых компонентов канала передачи данных является модулятор, который кодирует цифровую информацию путем изменения характеристики несущего сигнала. Для использования в телекоммуникационной сфере предпочтительна фазовая модуляция. Изменение фазы сигнала наиболее трудная задача, значит, фазовых помех от окружающей среды будет меньше - и меньше ошибок при передаче информации. Такой подход позволяет приблизиться к теоретическому пределу скорости передачи при разработке соответствующих устройств.One of the key components of a data link is a modulator that encodes digital information by changing the characteristics of the carrier signal. For telecommunications use, phase modulation is preferred. Changing the phase of the signal is the most difficult task, which means that there will be less phase interference from the environment - and fewer errors in the transmission of information. This approach makes it possible to approach the theoretical limit of the transmission rate in the development of appropriate devices.
СубТГц-диапазон частот до недавнего времени был мало освоен, и хотя разработано большое количество техник и лабораторных экземпляров, позволяющих производить модуляцию в данном диапазоне, практически применимые фазовые манипуляторы этого диапазона отсутствуют.Until recently, the sub-THz frequency range has been little mastered, and although a large number of techniques and laboratory specimens have been developed that allow modulation in this range, there are no practically applicable phase manipulators for this range.
Важным параметром является то, на какой частоте действительно производится модуляция. К прямой модуляции относятся техники и устройства, производящие модуляцию на самих субТГц-частотах. К непрямым относятся те случаи, когда модуляция производится на частотах выше или ниже с последующим преобразованием в субТГц-диапазон частот. Разработка устройств непрямого модулирования вызвана тем, что в оптическом (более высоком) и радио (более низком) диапазонах методы и устройства для модулирования лучше проработаны и имеют лучшие характеристики по стабильности, мощности, шумам. В основном преобладает подход понижения частоты с оптического диапазона в субТГц, так как это вносит меньше шумов, чем повышение частоты.An important parameter is at what frequency the modulation is actually performed. Direct modulation includes techniques and devices that modulate at the sub-THz frequencies themselves. Indirect cases include those cases when modulation is performed at frequencies higher or lower, followed by conversion to the sub-THz frequency range. The development of indirect modulation devices is due to the fact that in the optical (higher) and radio (lower) ranges, modulation methods and devices are better developed and have better characteristics in terms of stability, power, and noise. The sub-THz optical downsampling approach generally prevails, as this introduces less noise than upsampling.
Из уровня техники известно техническое решение, описанное в заявке US 20210328841, «Millimeter wave transmitter)), публ. 21.10.2021 г., МПК H04L 27/20, H03F 3/245. Предлагаемый фазовый модулятор QPSK работает в диапазоне 30-300 ГГц. Однако в описанном устройстве используются усилители и умножители частоты. Эти элементы вносят большое количество фазовых шумов в конечный фазомодулированный сигнал.From the prior art known technical solution described in the application US 20210328841, "Millimeter wave transmitter)), publ. 10/21/2021, IPC H04L 27/20,
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является фазовый модулятор, описанный в патенте US 9298024 «Semiconductor Mach-Zender modulator and method to drive the same», публ. 29.03.2016, МПК G02F 1/035; G02F 1/225. Он содержит делитель мощности, в котором оптический луч разделяется на два луча. В каждом плече имеется по блоку модуляции, при этом в одном плече расположен блок сдвига фазы. Сигналы из обоих плеч попадают в сумматор, на выходе которого получают фазомодулированный сигнал. При этом на оба блока модуляции подаются цифровые данные из одного источника, но перед подачей на один из блоков модуляции цифровые данные проходят через логический инвертор. Предлагаемое устройство работает в оптическом диапазоне длин волн, поэтому многие элементы модулятора выполнены на основе оптоволокна. Полученный фазомодулированный сигнал передается в оптическом диапазоне. Соответственно основные недостатки устройства - невозможность передачи сигнала в свободном пространстве при наличии дождя, снега, тумана, дыма.The closest in technical essence to the claimed device is a phase modulator described in US patent 9298024 "Semiconductor Mach-Zender modulator and method to drive the same", publ. 03/29/2016, IPC
Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является создание простой конструкции фазового модулятора субТГц-диапазона частот, работающего на уровне мощности от 10 мВт до 1 МВт, позволяющего получить двоичный фазоманипулированный сигнал с низким уровнем фазовых шумов и передать его с высокой скоростью.The problem to be solved by the proposed invention is to create a simple design of a phase modulator of the sub-THz frequency range, operating at a power level from 10 mW to 1 MW, which makes it possible to obtain a binary phase-shift keyed signal with a low level of phase noise and transmit it at a high speed.
Технический результат в разрабатываемом устройстве достигается за счет того, что оно содержит делитель мощности, на который подается несущий сигнал, первый выход делителя мощности соединен с первым входом первого блока модуляции, а второй выход делителя соединен последовательно с блоком сдвига фазы и первым входом второго блока модуляции. Причем выход первого блока модуляции соединен с первым входом сумматора, выход второго блока модуляции соединен со вторым входом сумматора, а фазомодулированный сигнал получается на выходе сумматора. При этом на вторые входы обоих блоков модуляции подаются цифровые данные из одного источника, но перед подачей на один из блоков модуляции цифровые данные проходят через логический инвертор. Новым в разрабатываемом устройстве является то, что несущий сигнал представляет собой СВЧ-сигнал с частотой 100-900 ГГц, каждый блок модуляции представляет собой амплитудный модулятор с волноводными входом и выходом. Блок сдвига фазы выполнен в виде пассивной линии задержки, обеспечивающей сдвиг фазы на 90°, сумматор выполнен в виде квазиоптического моста, причем фазомодулированный сигнал снимается с первого выхода квазиоптического моста. При прохождении со второго входа квазиоптического моста на его первый выход промежуточный сигнал получает дополнительный сдвиг фазы на 90°, причем второй выход квазиоптического моста соединен с поглотителем нежелательного сигнала, а все СВЧ-сигналы между блоками передаются с помощью волноводов основного сечения.The technical result in the developed device is achieved due to the fact that it contains a power divider to which a carrier signal is applied, the first output of the power divider is connected to the first input of the first modulation block, and the second output of the divider is connected in series with the phase shift block and the first input of the second modulation block . Moreover, the output of the first modulation block is connected to the first input of the adder, the output of the second modulation block is connected to the second input of the adder, and the phase-modulated signal is obtained at the output of the adder. In this case, digital data from the same source is supplied to the second inputs of both modulation blocks, but before being fed to one of the modulation blocks, the digital data passes through a logic inverter. New in the developed device is that the carrier signal is a microwave signal with a frequency of 100-900 GHz, each modulation block is an amplitude modulator with a waveguide input and output. The phase shift block is made in the form of a passive delay line providing a phase shift by 90°, the adder is made in the form of a quasi-optical bridge, and the phase-modulated signal is taken from the first output of the quasi-optical bridge. When passing from the second input of the quasi-optical bridge to its first output, the intermediate signal receives an additional phase shift by 90°, and the second output of the quasi-optical bridge is connected to an unwanted signal absorber, and all microwave signals between the blocks are transmitted using waveguides of the main section.
В частном случае реализации разрабатываемого устройства целесообразно в качестве амплитудных модуляторов использовать амплитудные модуляторы резонаторного типа.In a particular case of the implementation of the device being developed, it is advisable to use amplitude modulators of the resonator type as amplitude modulators.
Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 показана схема разработанного устройства.In FIG. 1 shows a diagram of the developed device.
На фиг. 2 показан принцип работы квазиоптического моста.In FIG. 2 shows the principle of operation of a quasi-optical bridge.
На фиг. 3 схематично показан амплитудный модулятор резонаторного типа.In FIG. 3 schematically shows a resonator-type amplitude modulator.
Фазовый модулятор субТГц-диапазона частот, представленный на фиг. 1, содержит делитель мощности 1, несущий сигнал на который подается с источника 2 СВЧ-сигнала, пассивную линию задержки 3, первый амплитудный модулятор 4 и второй амплитудный модулятор 5, а также квазиоптический мост 6. К первому выходу квазиоптического моста 6, где получен фазоманипулированный сигнал, подключена антенна 7, а ко второму выходу квазиоптического моста 6 подключен поглотитель 8. Источник цифровых сигналов 9 подключен к второму входу первого амплитудного модулятора 4 напрямую, а к второму входу второго амплитудного модулятора 5 через логический инвертор 10.The sub-THZ phase modulator shown in FIG. 1, contains a
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом.The operation of the proposed device is as follows.
Источник 2 субТГц-диапазона частот излучает несущий сигнал, который подают на делитель мощности 1, что обеспечивает когерентность сигналов в каждом плече на выходе делителя мощности 1. В первом плече тракта сигнал с первого выхода делителя мощности 1 подают на первый вход первого амплитудного модулятора 4, а со второго выхода делителя мощности 1 сигнал через пассивную линию задержки 3 подают на первый вход второго амплитудного модулятора 5. Каждый амплитудный модулятор имеет первый вход и выход, выполненные в виде волноводов, а пассивная линия задержки 3 обеспечивает сдвиг фазы сигнала на 90°. Цифровые данные с источника цифровых сигналов 9 поступают на второй вход первого амплитудного модулятора 4, одновременно с этим на второй вход второго амплитудного модулятора 5 данные поступают в инвертированном виде, так как проходят через логический инвертор 10. Таким образом, в каждом из плеч происходит модуляция несущего сигнала взаимно противоположным цифровым сигналом. Затем полученные на выходах первого и второго амплитудных модуляторов 4, 5 сигналы суммируются в квазиоптическом мосте 6.The
Из-за амплитудного модулирования фактически в каждый момент времени сигнал присутствует лишь на одном из входов квазиоптического моста 6 (фиг. 2), при этом на первом выходе 1 квазиоптического моста 6 получают сигнал со сдвигом фазы 0° или +180°, в зависимости от того, в каком из плеч тракта сигнал подавляется.Due to amplitude modulation, in fact, at every moment of time, the signal is present only at one of the inputs of the quasi-optical bridge 6 (Fig. 2), while at the
Подавая сигнал на первый вход 11 квазиоптического моста 6, на первом выходе 12 получают сигнал с набегом фазы 0°, а на втором выходе 13 сигнал с набегом фазы +90°. Подавая такой же сигнал на второй вход 14 квазиоптического моста 6 на первом выходе 12 получают сигнал с набегом фазы +90°, а на втором выходе 13 сигнал с набегом фазы +0°. В разработанном устройстве сигнал, поступающий на второй вход 14 квазиоптического моста 6, сначала проходит через пассивную линию задержки 3 несущего сигнала во втором плече. Таким образом, на второй вход 14 квазиоптического моста 6 сигнал поступает с набегом фазы +90°, а также в самом квазиоптическом мосте 6 добавляется набег фазы еще +90°. В итоге, на первом выходе 12 квазиоптического моста 6 получают сигнал с набегом фазы +0° (фиг. 2а), когда сигнал поступает на первый вход 11 квазиоптического моста 6 или получают сигнал с набегом фазы +180° (фиг. 2б), когда сигнал поступает на второй вход 14 квазиоптического моста 6.By applying a signal to the
Таким образом, управляя амплитудой сигналов, поступающих на первый 11 и второй 14 входы квазиоптического моста 6, можно модулировать фазу сигнала на первом выходе 12 квазиоптического моста 6. Фазомодулированный сигнал с первого выхода 12 квазиоптического моста 6 в дальнейшем может быть выведен на антенну 7 и испущен в свободное пространство. На второй выход 13 квазиоптического моста 6 поступает нежелательный сигнал, который направляется в поглотитель 8.Thus, by controlling the amplitude of the signals arriving at the first 11 and second 14 inputs of the quasi-optical
В качестве амплитудных модуляторов 4 и 5 в частном случае используют амплитудные модуляторы резонаторного типа (фиг. 3). На фиг. 3 схематично представлен модулятор резонаторного типа, где на волноводный первый вход 15 поступает исходный СВЧ-сигнал, из волноводного выхода 16 выходит амплитудно-модулированный сигнал, а на второй вход 17 подаются цифровые данные в виде управляющего лазерного импульса, в резонаторной камере размещена полупроводниковая пластинка 18. Такая конструкция модулятора позволяет осуществлять модуляцию сигнала с большой мощностью, а также избежать ненужных потерь, переотражений сигнала в обратном направлении и чрезмерного повышения шумов.As
В конкретной реализации предлагаемого устройства в качестве источника 2 СВЧ-сигнала авторы использовали ЛОВ с частотой выходного сигнала 200÷580 ГГц и с мощностью 10 мВтЧ ÷ 1 Вт. В качестве делителя мощности 1 использован направленный волноводный ответвитель, пассивная линия задержки 3 выполнена в виде дополнительного участка волновода рассчитанной длины. Квазиоптический мост 6 (сумматор) имеет следующие параметры: рабочая частота 267 ГГц, рабочая полоса частот: не менее 800 МГц. В качестве источника цифровых сигналов 9 использован полупроводниковый лазер мощностью 20 Вт, работающий на инфракрасных длинах волн. Инвертор 10 реализован на стандартных логических схемах.In a specific implementation of the proposed device as a
Таким образом, разработанный фазовый модулятор позволяет получать на выходе двоичный фазомодулированный сигнал в диапазоне частот 100-900 ГГц, с мощностью в диапазоне от 10 мВт до 1 МВт, при этом манипуляция осуществляется на основной частоте без использования промежуточных частот, что позволяет добиться снижения шумов и высокой скорости передачи информации.Thus, the developed phase modulator makes it possible to obtain a binary phase-modulated signal at the output in the frequency range of 100-900 GHz, with a power in the range from 10 mW to 1 MW, while the manipulation is carried out at the fundamental frequency without the use of intermediate frequencies, which makes it possible to achieve noise reduction and high speed information transfer.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773775C1 true RU2773775C1 (en) | 2022-06-09 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2439776C2 (en) * | 2009-03-10 | 2012-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of phase modulation of signal |
US20130182992A1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-07-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method to drive semiconductor mach-zehnder modulator |
US20170338854A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | Broadcom Corporation | Bidirectional transceiver circuits |
RU2680842C1 (en) * | 2018-04-11 | 2019-02-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио | Caused by the interfering radio signals interference compensation device, during the radio signals with phase modulation reception |
US20210328841A1 (en) * | 2018-07-12 | 2021-10-21 | Rensselaer Polytechnic Institute | Millimeter wave transmitter |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2439776C2 (en) * | 2009-03-10 | 2012-01-10 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of phase modulation of signal |
US20130182992A1 (en) * | 2011-12-12 | 2013-07-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Method to drive semiconductor mach-zehnder modulator |
US20170338854A1 (en) * | 2016-05-17 | 2017-11-23 | Broadcom Corporation | Bidirectional transceiver circuits |
RU2680842C1 (en) * | 2018-04-11 | 2019-02-28 | Федеральное государственное унитарное предприятие Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт радио | Caused by the interfering radio signals interference compensation device, during the radio signals with phase modulation reception |
US20210328841A1 (en) * | 2018-07-12 | 2021-10-21 | Rensselaer Polytechnic Institute | Millimeter wave transmitter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106972881B (en) | A kind of method and apparatus of wave beam forming BF weight assignment | |
US8923702B2 (en) | Signal receiving method based on microwave photonics technologies | |
US11609474B2 (en) | Terahertz signal generation apparatus and terahertz signal generation method using the same | |
CN102227100A (en) | ROF (radio over fiber) system based on dual-modulator parallel structure | |
CN113541806A (en) | 16 frequency multiplication millimeter wave signal generation device and method based on parallel Mach-Zehnder modulator | |
CN113872697A (en) | Optical transmitter and optical modulation method | |
CN113740833B (en) | Microwave photon radar communication integrated system and method | |
RU2773775C1 (en) | Binary phase modulator of the sub-thz frequency range | |
CN106526899B (en) | Microwave photon filter based on cross-polarization modulation | |
US9166678B1 (en) | Heterogeneous microwave photonic circuits | |
CN111965915A (en) | Terahertz wave signal generation system and method based on optical frequency comb | |
EP1994657B1 (en) | Method and apparatus for optically filtering a communication signal | |
CN112098951B (en) | Baseband noise-free double frequency phase coding pulse optical generation method capable of inhibiting power periodic fading | |
CN115037379B (en) | Photon RF frequency doubling chip based on silicon-based micro-ring modulator and control method thereof | |
KR100713408B1 (en) | Single side band modulator module and single side band modulator device using the same | |
CN114614905B (en) | Multi-octave bandwidth MPL linearization acquisition receiving chip based on spectrum shaping | |
JP2000162561A (en) | Light subcarrier phase modulator and optical spectrum spread transmitter using same | |
CN113281917A (en) | Optical frequency comb generation system and method | |
CN101951295B (en) | Millimeter wave (MMW) generator on basis of generating photocarrier SSB by phase shift method | |
Bhogal et al. | Generation of Single Sideband-Suppressed carrier (SSB-SC) Signal Based on Stimulated Brillouin Scattering | |
CN115347953B (en) | Microwave light modulation single sideband signal generation device and method with high carrier wave inhibition degree | |
CN114614907B (en) | Microwave waveform compiling method based on optical domain inverse Fourier transform | |
JPH01185613A (en) | Polyphase optical phase modulating device | |
JP3964397B2 (en) | Optical transmitter | |
Al Wahaibi et al. | Investigate the Performance of 240 GHz Millimeter: Wave Frequency over Fiber with 10 and 20 Gbps |