Térbeli fénymodulátoron alapuló mikrohullámú optikai többnyalábos generálás vizsgálata

Hátterek

A mobilkommunikációs üzletág fejlődésével a 6. generációs mobilkommunikációs technológia (6G) a kutatás egyik fő témájává vált. A 6G kommunikációs hálózat nagy átviteli sebességgel, nagy csatornakapacitással, kis átviteli késleltetéssel, magas spektrumhatékonysággal és nagy megbízhatósággal rendelkezik. Ami még fontosabb, a 6G nagyméretű intelligens kapcsolatot valósít meg az emberek és a dolgok között, azaz „minden mélyen összekapcsolódik!”. A 6G kommunikációs hálózat számos kiváló tulajdonságának megvalósítása érdekében a többnyalábos generálás megvalósítása ultra-nagyméretű antennarendszerekkel vált a jelenlegi kutatási fő témává.

A digitális technológia gyors fejlődésével a több nyaláb digitális módszerrel történő generálásának programja egyre nagyobb kutatói figyelmet és alapos kutatást igényel. A hagyományos analóg több nyaláb generálási módszerrel összehasonlítva a digitális több nyaláb generálási módszer előnyei a nyalábkonfiguráció rugalmasságában, az interferenciára való kevésbé érzékenységben és az egyszerű hardverrendszerben rejlenek.

A nyalábgenerálás elve

A tömbjelek esetében több, egy adott mintázatban elrendezett jel gyűjteményére utalnak. A tömbjelek feldolgozása a tér különböző pontjain elhelyezkedő több érzékelőből álló tömb által vett vagy továbbított jelek feldolgozását jelenti.

A nyalábgenerálás a tömbjelfeldolgozás egy nagyon fontos iránya, amely a jel célirányos felerősítésére utal a tömbegység paramétereinek módosításával, miközben más zavaró irányokban a jeleket csillapítja vagy elnyomja.

Az adónyaláb generálásának alapötlete az, hogy az egyes antennatömb-elemek által kibocsátott jelek amplitúdójának és fázisának beállításával, hogy azok ennek megfelelően súlyozottak legyenek, és miután az antennatömb-elem kibocsátotta őket, a nyaláb a kívánt irányba állítható.

A digitális fázisillesztési módszer alapján a többnyalábos átvitel megvalósításához főként a tömbön keresztül történik, ugyanakkor több fázissúlyvektor-készletet adnak hozzá, a fázissúlyozásnak köszönhetően minden súlyvektor-készlet a nyaláb több különböző irányának generálását jelenti.

Kísérleti megvalósítás

Ez a kísérlet a közös apertúrájú digitális fázisszabályozási módszeren alapul, amely a térbeli fénymodulátort használja az optikai vivő fázisvezérlő egységeként. A térbeli fényt fázismodulálják, a modulált optikai vivőt a fotodetektor veszi és demodulálja elektromos jellé, a fázist pedig a vektorhálózati analizátor olvassa ki, majd betáplálja a Matlab szoftverbe, és végül megkapják a generált nyalábokat.

Térbeli fénymodulátoron alapuló mikrohullámú optikai nyalábgenerálási kísérlet folyamatábrája

A kísérletben a lézerfényt egy 50:50 arányú optikai csatolón keresztül két útra osztják. Az egyik módon a vektorhálózat-analizátor S21 módban működik, a P1 portján keresztül egy bizonyos frekvenciájú RF jelet tud kiadni az intenzitásmodulátorba, miután az elektrooptikai modulációt az optikai vivőre töltik, az optikai szál végén lévő modulált fényt a kollimátor önfókuszáló lencséjén keresztül párhuzamos térbeli fényként a nyalábkombinátorba lövik.

2 csatornás üzemmódban a lokálisan oszcilláló fényt kollimálják és a reflektív térbeli fénymodulátorra küldik, majd fázismoduláció után a nyalábkombinátorba küldik, amelyet az 1 csatorna fotoszintézisével kötegbe kötnek, majd a fotodetektor detektálja és elektromos jellé demodulálja. A fotodetektor másik végét a vektorhálózat-analizátor P2 végéhez csatlakoztatják, majd a megfelelő jelek fázis-frekvencia görbéi megfigyelhetők a vektorhálózat-analizátoron, és a végső generált nyalábmintázat úgy kapható meg, hogy több fázis-frekvencia görbe azonos frekvenciájú fázisait rögzítik különböző térbeli pozíciókban, majd beviszik a Matlab szoftverbe.

A térbeli fénymodulátorok szerepe a főbb optoelektronikai eszközökben

Ebben a kísérletben a folyadékkristályos térbeli fénymodulátor nagyon fontos szerepet játszik, ez egy programozható fázismodulációs eszköz, amelynek előnyei a kis méret, a könnyű súly és a könnyű kezelhetőség. A kísérletben a folyadékkristályos térbeli fénymodulátor beállításán és beállításán keresztül vezérelhető az optikai vivő fázisa. A kísérlethez kiválasztott folyadékkristályos térbeli fénymodulátor az FSLM-2K55-P04, fő paraméterei pedig a következők:

Összefoglalás és kitekintés

Ebben a kísérletben egy elektrooptikai modulátoron és folyadékkristályos térbeli fénymodulátoron alapuló nyalábgenerálást és annak szabályozási sémáját javasolják. A séma újítása, hogy a fény fázisát a térben szabályozzák, és a fény fázisváltozását a folyadékkristályos térbeli fénymodulátor fázismodulációs egységének a szürkeárnyalat-térkép betöltésével történő vezérlésével valósítják meg, és ennek a sémanak az az előnye, hogy jó hangolhatóságot biztosít a hagyományos eszközökhöz, például a fázistolóhoz képest.

A jövőben jó alkalmazási kilátásai vannak a nagyfrekvenciás mikrohullámú jel modulációjában és a kétdimenziós nyalábeltérítésben.