Onderzoek naar optische microgolf-multibeamgeneratie op basis van een ruimtelijke lichtmodulator

Achtergronden

Met de ontwikkeling van mobiele communicatie is de mobiele communicatietechnologie van de 6e generatie (6G) een hotspot voor onderzoek geworden. Het 6G-communicatienetwerk heeft een hoge transmissiesnelheid, een grote kanaalcapaciteit, een kleine transmissievertraging, een hoge spectrumefficiëntie en een hoge betrouwbaarheid, enz. Belangrijker nog, 6G realiseert een grootschalige intelligente verbinding tussen mensen en objecten, oftewel: "Alles is diep verbonden!". Om de vele uitstekende eigenschappen van het 6G-communicatienetwerk te realiseren, is de realisatie van multi-beam-generatie met ultragrootschalige antenne-arrays een momenteel hotspot voor onderzoek geworden.

Met de snelle ontwikkeling van digitale technologie krijgt het genereren van meerdere bundels met behulp van een digitale methode steeds meer aandacht en diepgaande studie van onderzoekers. Vergeleken met de traditionele analoge methode voor het genereren van meerdere bundels, liggen de voordelen van de digitale methode voor het genereren van meerdere bundels in de flexibiliteit van de bundelconfiguratie, de geringere interferentiegevoeligheid en het eenvoudige hardwaresysteem.

Principe van straalgeneratie

Array-signaalverwerking verwijst naar een verzameling signalen die in een bepaald patroon zijn gerangschikt. Array-signaalverwerking verwijst naar de verwerking van signalen die worden ontvangen of verzonden door een matrix van meerdere sensoren op verschillende locaties in de ruimte.

Beamgeneratie is een zeer belangrijke richting in arraysignaalverwerking. Het verwijst naar de verbetering van het signaal in de doelrichting door de parameters van de array-eenheid aan te passen, terwijl de signalen in andere interfererende richtingen worden verzwakt of onderdrukt.

Het basisidee van het genereren van zendbundels is dat door het aanpassen van de amplitude en fase van de signalen die door elk element van de antenne-array worden uitgezonden, deze signalen dienovereenkomstig worden gewogen en dat de bundel, nadat deze door het element van de antenne-array is uitgezonden, in de gewenste richting kan worden verkregen.

Op basis van de digitale faseaanpassingsmethode wordt de transmissie van meerdere bundels hoofdzakelijk via de matrix gerealiseerd. Tegelijkertijd worden een aantal sets fasegewichtsvectoren toegevoegd, de faseweging, waarbij elke set gewichtsvectoren overeenkomt met de generatie van een aantal verschillende richtingen van de bundel.

Experimentele realisatie

Dit experiment is gebaseerd op de algemene apertuur-digitale faseringsmethode, waarbij de ruimtelijke lichtmodulator als fasecontrole-eenheid van de optische draaggolf wordt gebruikt. Het ruimtelijke licht wordt in fase gemoduleerd, de gemoduleerde optische draaggolf wordt ontvangen en gedemoduleerd door de fotodetector in een elektrisch signaal en de fase wordt uitgelezen door de vectornetwerkanalysator en vervolgens ingevoerd in de Matlab-software. Uiteindelijk worden de gegenereerde stralen verkregen.

Stroomdiagram van een experiment met optische microgolfbundelgeneratie op basis van een ruimtelijke lichtmodulator

In het experiment wordt het licht van de laser verdeeld in twee paden via een 50:50 optische koppelaar. De vectornetwerkanalysator werkt in S21-modus. Via de P1-poort kan een RF-signaal met een bepaalde frequentie naar de intensiteitsmodulator worden gestuurd. Nadat elektro-optische modulatie op de optische drager is geladen, wordt het gemoduleerde licht aan het uiteinde van de optische vezel via de zelffocusserende lens van de collimator in een parallel ruimtelijk licht in de bundelcombiner geschoten.

In een 2-kanaals systeem wordt het lokaal oscillerende licht gecollimeerd en naar de reflecterende ruimtelijke lichtmodulator gestuurd. Na fasemodulatie wordt het naar de bundelcombiner gestuurd, die wordt gebundeld met de fotosynthese van het 1-kanaals systeem. Vervolgens wordt het gedetecteerd door de fotodetector en gedemoduleerd tot een elektrisch signaal. Het andere uiteinde van de fotodetector is verbonden met het P2-uiteinde van de vectornetwerkanalysator. Vervolgens kunnen de fase-frequentiecurven van de corresponderende signalen worden bekeken op de vectornetwerkanalysator. Het uiteindelijke gegenereerde bundelpatroon kan worden verkregen door de fasen die overeenkomen met dezelfde frequentie van meerdere fase-frequentiecurven op verschillende ruimtelijke posities te registreren en deze vervolgens in de MatLab-software te importeren.

De rol van ruimtelijke lichtmodulatoren voor belangrijke opto-elektronische apparaten

In dit experiment speelt de ruimtelijke lichtmodulator met vloeibare kristallen een zeer belangrijke rol. Het is een programmeerbaar fasemodulatieapparaat met als voordelen een klein formaat, een laag gewicht en eenvoudige bediening. Tijdens het experiment wordt de fase van de optische drager geregeld door middel van de installatie en afstelling van de ruimtelijke lichtmodulator met vloeibare kristallen. De voor dit experiment geselecteerde ruimtelijke lichtmodulator met vloeibare kristallen is onze FSLM-2K55-P04, met de volgende belangrijkste parameters:

Samenvatting en vooruitzichten

In dit experiment worden een bundelgeneratie en het bijbehorende regelschema voorgesteld, gebaseerd op een elektro-optische modulator en een ruimtelijke lichtmodulator met vloeibare kristallen. De innovatie van dit schema is dat de lichtfase in de ruimte wordt geregeld en de faseverandering wordt gerealiseerd door de fasemodulatie-eenheid van de ruimtelijke lichtmodulator met vloeibare kristallen te regelen door middel van het laden van de grijswaardenkaart. Dit schema heeft het voordeel van een goede afstembaarheid in vergelijking met traditionele apparaten zoals een faseverschuiving.

In de toekomst zijn er goede toepassingsmogelijkheden voor het moduleren van hoogfrequente microgolfsignalen en het tweedimensionale afbuigen van bundels.