מחקר של יצירת רב-קרן אופטית במיקרוגל המבוססת על מודולטור אור מרחבי

רקעים

עם התפתחות עסקי התקשורת הסלולרית, טכנולוגיית התקשורת הסלולרית מהדור השישי (6G) הפכה למוקד מחקר. לרשת התקשורת 6G קצב שידור גבוה, קיבולת ערוצים גדולה, עיכוב שידור קטן, יעילות ספקטרום גבוהה ואמינות חזקה וכו'. חשוב מכך, 6G מממש חיבור חכם בקנה מידה גדול בין אנשים לדברים, כלומר, "הכל מחובר עמוקות!". על מנת לממש את המאפיינים המצוינים הרבים של רשת התקשורת 6G, כיצד לממש יצירת רב-קרן באמצעות מערך אנטנות בקנה מידה גדול במיוחד הפכה למוקד מחקר עכשווי.

עם ההתפתחות המהירה של הטכנולוגיה הדיגיטלית, תוכנית יצירת אלומות מרובות בשיטה דיגיטלית זוכה לתשומת לב רבה יותר ומחקר מעמיק של חוקרים. בהשוואה לשיטה האנלוגית המסורתית ליצירת אלומות מרובות, היתרונות של השיטה הדיגיטלית ליצירת אלומות מרובות טמונים בגמישות תצורת האלומה, פחות רגישות להפרעות ומערכת חומרה פשוטה.

עקרון יצירת הקרן

בהתייחס לאות מערך, הכוונה היא לאוסף של מספר אותות המסודרים בתבנית מסוימת. עיבוד אותות מערך מתייחס לעיבוד אותות המתקבלים או משודרים על ידי מערך של חיישנים מרובים במקומות שונים במרחב.

יצירת קרן היא כיוון חשוב מאוד בעיבוד אותות מערך, המתייחס לשיפור האות בכיוון המטרה על ידי התאמת הפרמטרים של יחידת המערך, תוך הנחתה או דיכוי האותות בכיוונים מפריעים אחרים.

הרעיון הבסיסי של יצירת קרן שידור הוא שעל ידי התאמת האמפליטודה והפאזה של האותות הנפלטים מכל רכיב מערך, כך שהם משוקללים בהתאם, ולאחר שנפלטו על ידי רכיב מערך האנטנה, ניתן להשיג את הקרן בכיוון הרצוי.

בהתבסס על שיטת התאמת פאזות דיגיטלית, שידור רב-קרן מתבצע בעיקר באמצעות מערך בו זמנית, תוך הוספת מספר קבוצות של וקטורי משקל פאזה, כאשר שקלול הפאזה שלו, כל קבוצה של וקטורי משקל תואמת ליצירת מספר כיוונים שונים של הקרן.

מימוש ניסיוני

ניסוי זה מבוסס על שיטת הפאזה הדיגיטלית של צמצם נפוץ, המשתמשת במווסת אור מרחבית כיחידת בקרת פאזה של הגל האופטי, האור המרחבי עובר אפנון פאזה, הגל האופטי המווסת נקלט ופועלת דה-מודולציה על ידי גלאי הפוטו לאות חשמלי, והפאזה נקראת על ידי מנתח רשת וקטורים, ולאחר מכן מועברת לתוכנת matlab, ובסופו של דבר מתקבלות הקרניים שנוצרו.

תרשים זרימה של ניסוי יצירת קרן אופטית במיקרוגל המבוסס על מודולטור אור מרחבי

בניסוי, האור מהלייזר מחולק לשני נתיבים דרך מצמד אופטי 50:50. בדרך אחת, מנתח רשת הווקטורים פועל במצב S21, מיציאת P1 שלו ניתן להפיק אות RF בתדר מסוים לתוך מודולטור העוצמה, לאחר טעינת המודולציה האלקטרו-אופטית על גבי הגליל האופטי, האור המווסת בקצה הסיב האופטי דרך עדשת המיקוד העצמי של הקולימטור לאור מרחבי מקביל שנורה לתוך משלב הקרן.

בשיטת דו-ערוצית, האור המתנדנד המקומי עובר קולימציה ומועבר למאפנן האור המרחבי המחזיר אור, ולאחר אפנון הפאזה, הוא מועבר למשלב הקרן, המשולב עם הפוטוסינתזה של ערוץ 1, ולאחר מכן מזוהה על ידי גלאי הפוטואלקטרי ומעובד לאות חשמלי. הקצה השני של גלאי הפוטואלקטרי מחובר לקצה P2 של מנתח רשת הווקטורים, ולאחר מכן ניתן לצפות בעקומות הפאזה-תדר של האותות המתאימים במנתח רשת הווקטורים, וניתן לקבל את דפוס הקרן הסופי שנוצר על ידי רישום הפאזות המתאימות לאותה תדר של עקומות פאזה-תדר מרובות במיקומים מרחביים שונים, ולאחר מכן הבאתן לתוכנת matlab.

תפקידם של מודולטורי אור מרחביים עבור התקנים אופטואלקטרוניים עיקריים

בניסוי זה, מודולטור האור המרחבי של גביש נוזלי ממלא תפקיד חשוב מאוד, זהו התקן אפנון פאזה הניתן לתכנות, בעל יתרונות של גודל קטן, משקל קל, קל לתפעול וכו'. בניסוי, באמצעות הגדרה וכוונון של מודולטור האור המרחבי של גביש נוזלי, בוצעה שליטה על הפאזה של הגל האופטי. מודולטור האור המרחבי של גביש נוזלי שנבחר לניסוי זה הוא FSLM-2K55-P04 שלנו, והפרמטרים העיקריים שלו הם כדלקמן:

סיכום ותחזית

בניסוי זה, מוצעת יצירת קרן ותכנית בקרה שלה המבוססת על מודולטור אלקטרו-אופטי ומודולטור אור מרחבי גביש נוזלי. החידוש בתכנית זו הוא שמופע האור מווסת במרחב, ושינוי המופע של האור מתבצע על ידי שליטה ביחידת אפנון המופע של מודולטור האור המרחבי גביש נוזלי באמצעות טעינת מפת גווני אפור, ולתכנית זו יש יתרון של כוונון טוב בהשוואה למכשירים מסורתיים כגון מעבירי פאזה.

בעתיד, יש לו סיכויי יישום טובים בביצוע אפנון אותות מיקרוגל בתדר גבוה והסטת קרן דו-ממדית.