Коэффициент шума: оценка шумовых характеристик радиофотонного тракта на основе результатов измерения коэффициента шума

A. S. Luchinin, I. V. Malygin

Аннотация


В радиофотонных системах передачи СВЧ-сигналов, как и в любых радиоэлектронных системах, шумовые характеристики определяют потенциальные возможности по точности и дальности действия. Предложено в качестве меры отличия шумовых характеристик оптоэлектронных преобразователей СВЧ-сигналов от идеала использовать коэффициенты шума элементов, входящих в их состав. На примере оптоэлектронного (ОЭ) СВЧ-генератора показано действие такого критерия. Опираясь на результаты исследования шумовых параметров ОЭ СВЧ-генератора, получены количественные характеристики преобразования источников шумов элементов, входящих в состав ОЭ генератора, во флуктуации фазы и амплитуды выходного СВЧ-колебания. Выполнен анализ взаимодействия шумов элементов ОЭ генератора с СВЧ гармоническим колебанием. Разработана методика измерения характеристик преобразования шумов с использованием коэффициента шума. Приведены результаты измерения шумовых характеристик взаимодействия гармонического колебания с аддитивным и мультипликативным шумом оптоэлектронных компонентов. По значениям коэффициента шума оцениваются возможности уменьшения уровней шумов преобразователей СВЧ-сигналов и даются рекомендации по уменьшению влияния шумов.


Ключевые слова


коэффициент шума; радиофотоника; оптоэлектроника; СВЧ-генератор; оптоэлектронный СВЧ-генератор; фазовый шум

Полный текст:

PDF

Литература


Урик-мл. В. Дж., МакКинни Дж. Д., Вилльямс К. Дж.; Белкин М. Е., Мельников И. В., Яковлев В. П. (пер. с англ.); Боев С. Ф., Сигов А. С. (ред.) Основы микроволновой фотоники. М.: Техносфера; 2022. 376 с.

Быстров Р. П., Соколов С. А., Черепенин В. А. Системы и устройства на основе радиофотоники применительно к радиолокации. Журнал радиоэлектроники. 2017;(6):1–17. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun17/3/text.pdf (дата обращения 26.06.2024).

Чиров Д. С., Кочетков Ю. А. Применение технологий радиофотоники в интересах формирования и обработки широкополосных радиолокационных сигналов. DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2020;10(1):15–24.

Белоусов А. А., Вольхин Ю. Н., Гамиловская А. В., Дубровская А. А., Тихонов Е. В. О применении методов и средств радиофотоники для обработки сигналов дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн. Прикладная фотоника. 2014;(1):65–86.

Голов Н. А., Усачев В. А., Боев С. Ф., Савченко В. П., Шулунов А. Н., Зубарев Ю. Б. Эволюция радиофотоники и перспективы ее применения в радиолокации. V Всероссийская научно-техническая конференция «РТИ Системы ВКО — 2017»: труды конференции. М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана; 2018. С. 292–320.

Zeina Abdallah. Microwave sources based on high quality factor resonators: modeling, optimization and metrology. Optics / Photonic. Université Paul Sabatier — Toulouse III, 2016. English. NNT: 2016TOU30267 HAL Id: tel-01445614. URL: https://theses. hal.science/tel-01445614/file/2016TOU30267b.pdf (accessed 27.06.2024)

Nardelli N. V., Fortier T. M., Pomponio M., Baumann E., Nelson C., Schibli T. R., et al. 10 GHz generation with ultra-low phase noise via the transfer oscillator technique. APL Photonic. 2022:7(2):1–11. URL: https://tsapps.nist.gov/publication/get_pdf. cfm?pub_id=933231 (аccessed 28.06.2024). DOI: 10.1063/5.0073843

Bluestone A., Spencer D. T., Srinivasan S., Guerra D., Bowers J. E., Theogarajan L. An Ultra-Low Phase-Noise 20-GHz PLL Utilizing an Optoelectronic VoltageControlled Oscillator. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2015;63(3):1046–1052.

Борцов А. А. Влияние добротности резонатора лазера на радиочастотные фазовые шумы в сверхмалошумящем оптоэлектронном генераторе. Электромагнитные волны и электронные системы. 2012;17(11):48–55.

Чиж А. Л., Микитчук К. Б., Скоторенко И. В. Оптоэлектронный опорный генератор X-диапазона частот для радиолокационных систем. Квантовая электроника. 2021;51(3):254–259.

Ustinov A. B., Kondrashov A. V., Nikitin A. A., Lebedev V. V., Petrov A. N., Shamrai A. V., et al. A tunable spin wave photonic generator with improved phase noise characteristics. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1326(1):012–015. DOI:10.1088/1742-6596/1326/1/012015

Блакьер О. Анализ нелинейных систем. М.: Мир; 1969. 388 с.

Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа; 1988. 448 с.

Айнбиндер И. М. Шумы радиоприемников. (Основы обобщенной теории и инженерного расчета). М.: Связь; 1974. 328 с.

Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение. М.: Советское радио; 1973. 228 с.

North D. O. The absolute sensitivity of radio receivers. RSA Review. 1942;6:332–343.

Friis H. T. Noise figures of radio receivers. Proceedings of the IRE. 1944;32:419–422.

Лучинин А. С., Малыгин И. В., Журавлев А. А., Струк В. К. Источники шума в оптоэлектронных СВЧ автогенераторах. СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии. 2021;(3):427–428.

Лучинин А. С., Малыгин И. В. Исследование источников шумов в оптоэлектронном СВЧ генераторе на основе оптической линии задержки. Фотон-экспресс. 2021;6(174):188–189.

Лучинин А. С., Малыгин И. В. Измерение фазовых и амплитудных шумов полупроводниковых лазеров. Методика измерений. Калибровка. Результаты. Журнал радиоэлектроники. 2023;(8):1–28. https://doi.org/10.30898/1684–1719.2023.8.2

Жалуд В., Кулешов В. Н.; Нарышкин А. К. (ред.) Шумы в полупроводниковых устройствах. М.: Советское радио; 1977. 416 с.

Leeson D. A Simple Model of Feedback Oscillator Noise Spectrum. IEEE Proceedings. 1966;54(2):329–332.

Volyanskiy K., Chembo Y. K., Larger L., Rubiola E. Contribution of laser frequency and power fluctuations to the microwave phase noise of optoelectronic oscillators. Journal of Lightwave Technology. 2010;28(18):2730–2735. DOI: 10.1109/JLT.2010.2064230

Cahill J.P, Zhou W., Menyuk C. R. Additive phase noise of fiber-optic links used in photonic microwave-generation systems. Applied Optics. 2017;56(3): b18-b25.

Чиж А. Л., Микитчук К. Б. Преобразование шумов в оптоэлектронных генераторах СВЧ на линиях задержки. Квантовая электроника. 2021;51(3):260–264.

Romisch S., Kitching J., Ferre-Pikal E., Hollberg L., Walls F. L. Performance evaluation of an optoelectronic oscillator. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 2000;47(5):1159–1165.




DOI: https://doi.org/10.15826/urej.2024.8.2.004