Μελέτη της παραγωγής οπτικών πολλαπλών δεσμών μικροκυμάτων με βάση τον χωρικό διαμορφωτή φωτός

Φόντα

Με την ανάπτυξη των επιχειρήσεων κινητής επικοινωνίας, η τεχνολογία κινητής επικοινωνίας 6ης γενιάς (6G) έχει γίνει ένα hotspot έρευνας. Το δίκτυο επικοινωνίας 6G έχει υψηλό ρυθμό μετάδοσης, μεγάλη χωρητικότητα καναλιών, μικρή καθυστέρηση μετάδοσης, υψηλή απόδοση φάσματος και ισχυρή αξιοπιστία, κ.λπ. Το πιο σημαντικό είναι ότι το 6G πραγματοποιεί έξυπνη σύνδεση μεγάλης κλίμακας μεταξύ ανθρώπων και πραγμάτων, δηλαδή, "Όλα είναι βαθιά συνδεδεμένα!". Προκειμένου να υλοποιηθούν τα πολλά εξαιρετικά χαρακτηριστικά του δικτύου επικοινωνίας 6G, ο τρόπος υλοποίησης της παραγωγής πολλαπλών δεσμών με εξαιρετικά μεγάλης κλίμακας συστοιχία κεραιών έχει γίνει το τρέχον hotspot έρευνας.

Με την ραγδαία ανάπτυξη της ψηφιακής τεχνολογίας, το πρόγραμμα δημιουργίας πολλαπλών δεσμών με ψηφιακή μέθοδο αποτελεί ολοένα και μεγαλύτερο ερευνητικό ενδιαφέρον και εις βάθος μελέτη. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή αναλογική μέθοδο δημιουργίας πολλαπλών δεσμών, τα πλεονεκτήματα της ψηφιακής μεθόδου δημιουργίας πολλαπλών δεσμών έγκεινται στην ευελιξία της διαμόρφωσης της δέσμης, στη μικρότερη ευαισθησία σε παρεμβολές και στο απλό σύστημα υλικού.

Αρχή της δημιουργίας δέσμης

Όσον αφορά το σήμα συστοιχίας, αναφέρεται σε μια συλλογή από διάφορα σήματα διατεταγμένα σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο. Η επεξεργασία σήματος συστοιχίας αναφέρεται στην επεξεργασία σημάτων που λαμβάνονται ή μεταδίδονται από μια συστοιχία πολλαπλών αισθητήρων σε διαφορετικές θέσεις στο διάστημα.

Η παραγωγή δέσμης είναι μια πολύ σημαντική κατεύθυνση στην επεξεργασία σήματος συστοιχίας, η οποία αναφέρεται στην ενίσχυση του σήματος προς την κατεύθυνση-στόχο ρυθμίζοντας τις παραμέτρους της μονάδας συστοιχίας, ενώ παράλληλα εξασθενεί ή καταστέλλει τα σήματα σε άλλες κατευθύνσεις παρεμβολής.

Η βασική ιδέα της παραγωγής δέσμης μετάδοσης είναι ότι ρυθμίζοντας το πλάτος και τη φάση των σημάτων που εκπέμπονται από κάθε στοιχείο της συστοιχίας, έτσι ώστε να σταθμίζονται ανάλογα, και αφού εκπεμφθούν από το στοιχείο της συστοιχίας κεραίας, η δέσμη μπορεί να ληφθεί στην επιθυμητή κατεύθυνση.

Με βάση την ψηφιακή μέθοδο αντιστοίχισης φάσης, η πραγματοποίηση της μετάδοσης πολλαπλών δεσμών γίνεται κυρίως μέσω της συστοιχίας, την ίδια στιγμή, για να προστεθούν ένας αριθμός συνόλων διανυσμάτων βάρους φάσης, η στάθμιση φάσης της, κάθε σύνολο διανυσμάτων βάρους αντιστοιχεί στη δημιουργία ενός αριθμού διαφορετικών κατευθύνσεων της δέσμης.

Πειραματική υλοποίηση

Αυτό το πείραμα βασίζεται στην κοινή μέθοδο ψηφιακής φάσης διαφράγματος, χρησιμοποιώντας τον χωρικό διαμορφωτή φωτός ως μονάδα ελέγχου φάσης του οπτικού φορέα, το χωρικό φως διαμορφώνεται φάσης, ο διαμορφωμένος οπτικός φορέας λαμβάνεται και αποδιαμορφώνεται από τον φωτοανιχνευτή σε ηλεκτρικό σήμα και η φάση διαβάζεται από τον αναλυτή διανυσματικού δικτύου και στη συνέχεια μεταφέρεται στο λογισμικό matlab και στη συνέχεια λαμβάνονται οι παραγόμενες δέσμες.

Διάγραμμα ροής πειράματος παραγωγής οπτικής δέσμης μικροκυμάτων με βάση τον χωρικό διαμορφωτή φωτός

Στο πείραμα, το φως από το λέιζερ διαιρείται σε δύο διαδρομές μέσω ενός οπτικού ζεύκτη 50:50. Με έναν τρόπο, ο αναλυτής διανυσματικού δικτύου λειτουργεί σε λειτουργία S21, από τη θύρα P1 μπορεί να εξάγει ένα σήμα RF συγκεκριμένης συχνότητας στον διαμορφωτή έντασης, αφού φορτωθεί η ηλεκτροοπτική διαμόρφωση στον οπτικό φορέα, το διαμορφωμένο φως στο άκρο της οπτικής ίνας μέσω του αυτοεστιαζόμενου φακού του κολυμβητή σε ένα παράλληλο χωρικό φως εκτοξεύεται στον συνδυαστή δέσμης.

Στο 2-κανάλι, το τοπικό ταλαντούμενο φως ευθυγραμμίζεται και εκτοξεύεται στον ανακλαστικό διαμορφωτή χωρικού φωτός και, μετά τη διαμόρφωση φάσης, εκτοξεύεται στον συνδυαστή δέσμης, ο οποίος συνδέεται με τη φωτοσύνθεση του 1-καναλιού και στη συνέχεια ανιχνεύεται από τον φωτοανιχνευτή και αποδιαμορφώνεται σε ηλεκτρικό σήμα. Το άλλο άκρο του φωτοανιχνευτή συνδέεται με το άκρο P2 του αναλυτή διανυσματικού δικτύου και στη συνέχεια οι καμπύλες φάσης-συχνότητας των αντίστοιχων σημάτων μπορούν να παρατηρηθούν στον αναλυτή διανυσματικού δικτύου και το τελικό παραγόμενο μοτίβο δέσμης μπορεί να ληφθεί καταγράφοντας τις φάσεις που αντιστοιχούν στην ίδια συχνότητα πολλαπλών καμπυλών φάσης-συχνότητας σε διαφορετικές χωρικές θέσεις και στη συνέχεια μεταφέροντάς τες στο λογισμικό matlab.

Ο Ρόλος των Χωρικών Διαμορφωτών Φωτός για τις Σημαντικές Οπτοηλεκτρονικές Συσκευές

Σε αυτό το πείραμα, ο διαμορφωτής χωρικού φωτός υγρών κρυστάλλων παίζει πολύ σημαντικό ρόλο, είναι μια προγραμματιζόμενη συσκευή διαμόρφωσης φάσης, έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού μεγέθους, του ελαφρού βάρους, της εύκολης λειτουργίας κ.λπ. Στο πείραμα, μέσω της εγκατάστασης και της ρύθμισης του διαμορφωτή χωρικού φωτός υγρών κρυστάλλων, ελέγχεται η φάση του οπτικού φορέα. Ο διαμορφωτής χωρικού φωτός υγρών κρυστάλλων που επιλέχθηκε για αυτό το πείραμα είναι ο FSLM-2K55-P04 μας και οι κύριες παράμετροί του είναι οι εξής:

Σύνοψη και προοπτικές

Σε αυτό το πείραμα, προτείνεται μια παραγωγή δέσμης και το σχήμα ελέγχου της που βασίζεται σε ηλεκτροοπτικό διαμορφωτή και διαμορφωτή χωρικού φωτός υγρών κρυστάλλων. Η καινοτομία αυτού του σχήματος είναι ότι η φάση του φωτός ρυθμίζεται στο χώρο και η αλλαγή φάσης του φωτός πραγματοποιείται ελέγχοντας τη μονάδα διαμόρφωσης φάσης του διαμορφωτή χωρικού φωτός υγρών κρυστάλλων μέσω της φόρτωσης του χάρτη κλίμακας του γκρι, και αυτό το σχήμα έχει το πλεονέκτημα της καλής δυνατότητας συντονισμού σε σύγκριση με τις παραδοσιακές συσκευές όπως ο μετατοπιστής φάσης.

Στο μέλλον, έχει καλές προοπτικές εφαρμογής στην εκτέλεση διαμόρφωσης σήματος μικροκυμάτων υψηλής συχνότητας και εκτροπής δέσμης δύο διαστάσεων.