Целью работы является проектирование системы измерения мгновенной частоты
(СИМЧ), реализующих измерительное преобразование «частота-амплитуда», для оборонных приложений и телекоммуникационных сетей связи поколения 5G и выше с минимизированной структурой и простым управлением, которая позволит достичь результатов, лучших или близких, получаемых в аналогичных системах с использованием комплексных двухпортовых, сдвоенных, поляризационных модуляторов Маха-Цендера (ММЦ) и других более сложных модуляторов. Указанные модуляторы стали недоступны в условиях санкционного давления или высокой цены поставщиков. Разрабатываемые в данной статье СИМЧ содержат в минимальной структуре одночастотный лазер, однопортовый ММЦ и фотодетектор, а обеспечение работы системы впервые, на наш взгляд, основано на спектральном или поляризационном преобразовании амплитудно-модулированного излучения с составляющими измеряемой частоты в скалярном и векторном брэгговском частотном дискриминаторе. Оценки и контрольные эксперименты показывают возможность достижения в минимизированной структуре разработанных
СИМЧ погрешности измерений ±0,01 ГГц, что на порядок лучше, чем у большинства известных СИМЧ существенно более сложной конфигурации с исключением перекрестных искажений в каналах при их поляризационном разделении.
Идентификаторы и классификаторы
Системы измерения мгновенной частоты (СИМЧ) широко используются в радиолектронной борьбе, системах радиолокационного предупреждения, телекоммуникациях и биомедицинских приложениях [1-3]. Обычные устройства СИМЧ основаны на цифровой или аналоговой электронике, которая не может удовлетворить требования широкой полосы пропускания и высокого разрешения. Именно по этой причине в последнее время большое внимание привлекают радиофотонные системы, обладающие такими преимуществами, как большая полоса пропускания, высокое разрешение, устойчивость к электро-магнитным помехам и низкое энергопотребление. Методы построения радиофотонных СИМЧ делятся в основном на четыре категории по типу измерительного преобразования: «час тота-время» [4-7], «частота-амплитуда»(ЧА) [8-20], «частота-пространство» [21,22] и «частота-фазовый наклон» [23,24].
Список литературы
- Y. Takeuchi, “Instantaneous frequency measurement system,” U.S. patent US3991365A
(November 9, 1976). - A. E. Spezio, “Electronic warfare systems,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 50,
633-644(2002). - J. B.-Y. Tsui, Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications (IET, 2005),
Vol. 2. - L. V. T. Nguyen, “Microwave frequency measurement utilizing frequency to time mapping,” International Topical Meeting on Microwave Photonics/Asia-Pacific Microwave
Photonics Conference (IEEE; MTTS; LEOS Soc), Gold Coast, QLD, September 30-
October 03, 2008, pp. 330-332. - R. A. Minasian, “Ultra-wideband and adaptive photonic signal processing of microwave
signals,” IEEE J. Quantum Electron. 52, 0600813 (2016). - P. Zuo, D. Ma, Q. Liu, L. Jiang, and Y. Chen, “Photonics-assisted microwave pulse detection and frequency measurement based on pulse replication and frequency-to-time
mapping,” Appl. Opt. 61, 1639-1645 (2022). - T. Hao, J. Tang, W. Li, N. Zhu, and M. Li, “Microwave photonics frequency-to-time
mapping based on a Fourier domain mode locked optoelectronic oscillator,” Opt. Express 26, 33582-33591 (2018). - J. Zhang, X. Yang, C. Zhu, Z. Zhao, C. Li, and Y. Li, “Instantaneous microwave frequency measurement using an asymmetric integrated optical waveguide Mach-Zehnder
interferometer (AMZI),” Optik 169, 203-207 (2018). - H. Zhang, P. Zheng, H. Yang, G. Hu, B. Yun, and Y. Cui, “A microwave frequency
measurement system based on Si3N4 ring-assisted Mach-Zehnder interferometer,” IEEE
Photon. J. 12, 7102213 (2020). - J. Li, L. Pei, T. Ning, J. Zheng, Y. Li, and R. He, “Measurement of instantaneous microwave frequency by optical power monitoring based on polarization interference,” J.
Lightwave Technol. 38, 2285-2291 (2020). - D. Feng, H. Xie, L. Qian, Q. Bai, and J. Sun, “Photonic approach for microwave frequency measurement with adjustable measurement range and resolution using birefringence effect in highly non-linear fiber,” Opt. Express 23, 17613-17621 (2015).
- M. V. Drummond, P. Monteiro, and R. N. Nogueira, “Photonic RF instantaneous frequency measurement system by means of a polarization-domain interferometer,” Opt.
Express 17, 5433-5438 (2009). - D. Shi, J. Wen, S. Zhu, Z. Jia, Z. Shi, M. Li, N. Zhu, and W. Li, “Instantaneous microwave frequency measurement based on non-sliced broadband optical source,” Opt.
Commun. 458, 124758 (2020). - J. Jiang, H. Shao, X. Li, Y. Li, T. Dai, G. Wang, J. Yang, X. Jiang, and H. Yu, “Photonic-assisted microwave frequency measurement system based on a silicon ORR,” Opt.
Commun. 382, 366-370 (2017). - J. S. Fandino and P. Munoz, “Photonics-based microwave frequency measurement using
a double-sideband suppressed-carrier modulation and an InP integrated ring-assisted
Mach-Zehnder interferometer filter,” Opt. Lett. 38, 4316-4319 (2013). - B. Zhu, W. Zhang, S. Pan, and J. Yao, “High-sensitivity instantaneous microwave frequency measurement based on a silicon photonic integrated Fano resonator,” J. Lightwave Technol. 37, 2527-2533 (2019).
- Z. Zhao, K. Zhu, L. Lu, and C. Lu, “Instantaneous microwave frequency measurement
using few-mode fiber-based microwave photonic filters,” Opt. Express 28, 37353-37361
(2020). - C. Yang, L. Wang, and J. Liu, “Photonic-assisted instantaneous frequency measurement
system based on a scalable structure,” IEEE Photon. J. 11, 5501411 (2019). - Y. Xu, Y. Yang, X. Li, X. Wang, and W. Zou, “Chip-scale Brillouin instantaneous frequency measurement by use of one-shot frequency-to-power mapping based on lock-in
amplification,” Chin. Opt. Lett. 19, 113902 (2021). - N. Sarkhosh, H. Emami, L. Bui, and A. Mitchell, “Reduced cost photonic instantaneous
frequency measurement system,” IEEE Photon. Technol. Lett. 20,1521-1523 (2008). - S. Winnall, A. Lindsay, M. Austin, J. Canning, and A. Mitchell, “A microwave channelizer and spectroscope based on an integrated optical Bragg-grating Fabry-Perot and integrated hybrid Fresnel lens system,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 54, 868-872
(2006). - W. Wang, R. Davis, T. Jung, R. Lodenkamper, L. Lembo, J. Brock, and M. Wu, “Characterization of a coherent optical RF channelizer based on a diffraction grating,” IEEE
Trans. Microwave Theory Tech. 49, 1996-2001 (2001). - J. Shi, F. Zhang, D. Ben, and S. Pan, “Photonics-based broadband microwave instantaneous frequency measurement by frequency-to-phase-slope mapping,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech. 67, 544-552 (2019).
- D. Wang, X. Zhang, S. Liu, Z. Yang, C. Du, J. Li, and W. Dong, “Photonic-assisted microwave frequency measurement with adjustable channel bandwidth based on spectrumcontrolled Brillouin phase shift,” IEEE Photon. J. 13, 5500205 (2021).
- Wei Zhu,1,2 Jing Li,1,2,* Li Pei,1,2 Tigang Ning,1,2 Jingjing Zheng,1,2 AND Jianshuai
Wang1, Instantaneous microwave frequency measurement with single branch detection
based on the birefringence effect // Applied Optics. 2022. Vol. 61, No. 20. P. 5894-5901. - Zhi K., Huang C., E.H.W. Chan, et al. All-optical instantaneous RF signal frequency
measurement system based on a linear ACF with a steep slope // Applied Optics. 2024.
Vol. 63, No. 11. P. 2854-2862. - Волоконные брэгговские решетки с двумя фазовыми сдвигами как чувствительный элемент и инструмент мультиплексирования сенсорных сетей / Р. Ш. Мисбахов, Р. Ш. Мисбахов, О.Г. Морозов и др. // Инженерный вестник Дона. 2017. № 3.
URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4343. - Морозов О.Г., Сахабутдинов А.Ж. Адресные волоконные брэгговские структуры в
квазираспределенных радиофотонных сенсорных системах // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43. № 4. С. 535-543. - Многоадресные волоконные брэгговские структуры в радиофотонных сенсорных
системах / Т.А. Аглиуллин, В.И. Анфиногентов, Р.Ш. Мисбахов и др. // Труды
учебных заведений связи. 2020. Т. 6. № 1. С. 6‒13. - Multi-Addressed Fiber Bragg Structures for Microwave-Photonic Sensor Systems / O.
Morozov, A. Sakhabutdinov, V. Anfinogentov et al. // Sensors. 2020. Vol. 20. P. 2693. - Сахабутдинов А.Ж. Иерархический классификатор задач построения радиофотонных сенсорных систем на основе адресных волоконных брэгговских структур //
Инженерный вестник Дона. 2018. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/
archive/n3y2018/5141. - Сахабутдинов А.Ж. Адресные волоконные брэгговские структуры на основе двух
идентичных сверхузкополосных решеток // Инженерный вестник Дона. 2018. № 3.
URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5142. - Липатников, К.А. Волоконно-оптический датчик вибрации «Виб-А» / К.А. Липатников, И.И. Нуреев, А.А. Кузнецов [и др.] // Инженерный вестник Дона. – 2018. –
№ 4 (51). – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5207. - Fiber-optic vibration sensor «VIB-A» / Lipatnikov K.A., Kuznetsov A.A., Nureev I.I.
[et. al] // 2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board
Communications, SOSG 2019. – 2019. -
- Ivanov A., Morozov O., Sakhabutdinov A., et al. Photonic-assisted receivers for instantaneous microwave frequency measurement based on discriminators of resonance
type // Photonics. 2022. Vol. 9. № 10. P. 754.
- Ivanov A., Morozov O., Sakhabutdinov A., et al. Photonic-assisted receivers for instantaneous microwave frequency measurement based on discriminators of resonance
- Chen H., Huang C., and Chan E.H.W. Photonics-based instantaneous microwave frequency measurement system with improved resolution and robust performance // IEEE
Photonics J. 2022. Vol. 14, P. 5856008. - Талипов А.А., Морозов О.Г., Ильин Г.И. и др. Метод формирования двухчастотного излучения для синтеза солитонов и применения спектрально-эффективной модуляции RZ и CSRZ форматов в оптических сетях доступа // Вестник Поволжского
государственного технологического университета. Серия: РиИС. 2012. № 2 (16). С.
3-12. - Морозов О.Г., Нуреев И.И., Сахабутдинов А.Ж. и др. Измерение мгновенной частоты микроволновых сигналов с использованием тандемной амплитудно-фазовой
модуляции в оптическом диапазоне // Фотон-экспресс. 2019. № 5 (157). С. 16-24. - Morozov O.G., Talipov A.A., Nurgazizov M.R. et al. Instantaneous frequency measurement of microwave signals in optical range using “frequency-amplitude” conversion in
the π-phase-shifted fiber-Bragg grating // Proc. of SPIE. 2014. Vol. 9136. P. 91361B. - Barot D. and Duanand L. Optical frequency discriminator based on polarizationmaintaining fiber Bragg gratings // CLEO. 2020. P. JTu2G.8.
- Габдулхаков И.М., Морозов О.Г., Кузнецов А.А. и др. Система квантового распределения ключей с двойным ортогональным спектрально-поляризацион-ным и частотным кодированием // Известия ВУЗов. Авиационная техника. 2021. № 3. С.
200-204. - Huang, R. A fiber Bragg grating with triangular spectrum as wavelength readout in sensor systems / R. Huang, Y. W. Zhou, H. W. Cai, R. H. Qu, Z. J. Fang // Opt. Commun. –
- – V. 229. – P. 197–201.
- Денисенко, П.Е. Волоконные решетки Брэгга с фазированной структурой в распределенных информационно-измерительных системах / С.Г. Алюшина, О.Г. Морозов, П.Е. Денисенко [и др.] // Нелинейный мир. – 2011. – Т. 9. – № 8. – С. 522-
Выпуск
В 1 номере 2024 года будут представлены расширенные версии основных пленарных докладов конференции XI Молодежная международная научно-техническая конференция «Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы – 2024» (ПРЭФЖС-2024).
Другие статьи выпуска
This research paper introduces an advanced optical transmission technology for 5G+ networks that uses high-order quadrature amplitude modulation (QAM) to improve data delivery.
The system uses coherent optical transmission, dual-polarization, advanced DSP algorithms, and FEC to achieve great spectral efficiency, signal integrity, and resistance against optical defects at 16Tbit/s per channel across 200 kilometers. This study shows that high-order QAM can address future connectivity needs and advances optical network development for 5G and beyond. Based on the system developed by the author with a speed of 1 Tbit/s and the application of the Il’in-Morozov’s method, the presented system can be modernized and simplified in its structure, brought to the speeds indicated above due to stream aggregation.
The versatility of optical frequency combs in test and measurement has grown. Spectroscopy,
metrology, precision distance measuring, sensing, optical and microwave waveform synthesis, signal processing, and communications are examples. Bandwidth optimization is crucial. Our unique and simple method for C-band millimeter-wave double-sideband vector signal creation was tested. This approach cascades one single-drive and one push-pull Mach-Zehnder modulator. After driving the first one with a 2, 4, 8, 16, 32, 64 GHz RF pulse, an optical frequency comb with six flat carriers was formed.
The outputs were evaluated after each of the five stages following careful tuning to meet optical system harmonics. Multiple frequencies can be sent in one channel, making this architecture adaptable and scalable. For the suggested approach, experimental results match theoretical and simulation assessments.
В работе дано понятие сверхузкополосного пакета дискретных частот, как базовому инструменту радиофотонного анализа. Предложена концепция и разработана теория и техника сверхузкополосного пакета дискретных частот, как зондирующего излучения нового типа, применимого как к векторному анализу оптоволоконных устройств и систем, так и к контролю датчиков в оптоволоконных сенсорных системах. Дано теоретическое обоснование метрологических, технико-экономических и функциональных преимуществ использования предложенного инструмента.
Приводится обоснование создания и первые шаги развития в КНИТУ-КАИ инновационной научно-образовательной платформы спортивной инженерии на базе НИИ Медикобиологической и спортивной инженерии (НИИ МБиСИ) и кафедры физической культуры и спорта при поддержке кафедры радиофотоники и микроволновых технологий, НИИ Прикладной электродинамики, фотоники и живых систем (НИИ ПРЭФЖС). Научнообразовательная платформа создается для проведения фундаментальных теоретических и прикладных экспериментальных исследований, подготовки специалистов в различных областях науки с акцентом на приложение полученных ими результатов и компетенций в спорте высоких достижений, а также для решения задач профилактики заболеваний спортсменов и их реабилитации. Образовательные задачи планируется реализовать на новой кафедре «Спортивная инженерия» сначала в рамках магистратуры, а затем по полному циклу уровней от бакалавра до аспиранта.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2025 год.
Издательство
- Издательство
- КАИ
- Регион
- Россия, Казань
- Почтовый адрес
- 420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10
- Юр. адрес
- 420111 г. Казань, ул. К. Маркса, 10
- ФИО
- Алибаев Тимур Лазович (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@kai.ru
- Контактный телефон
- +7 (843) 2384110
- Сайт
- https://kai.ru