በማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ ውስጥ የማይክሮዌቭ ምልክት ማመንጨት የአሁኑ ሁኔታ እና ትኩስ ቦታዎች

ማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስስሙ እንደሚያመለክተው የማይክሮዌቭ እናኦፕቶኤሌክትሮኒክስማይክሮዌቭ እና የብርሃን ሞገዶች የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች ሲሆኑ፣ ድግግሞሾቹም የተለያዩ መጠኖች አሏቸው፣ እና በየራሳቸው መስክ የተገነቡት ክፍሎች እና ቴክኖሎጂዎች በጣም የተለያዩ ናቸው። በጥምረት፣ እርስ በእርሳችን ጥቅም ማግኘት እንችላለን፣ ነገር ግን በቅደም ተከተል ለማሳካት አስቸጋሪ የሆኑ አዳዲስ አፕሊኬሽኖችን እና ባህሪያትን ማግኘት እንችላለን።

የኦፕቲካል ኮሙኒኬሽንየማይክሮዌቭ እና የፎቶኤሌክትሮኖች ጥምረት ዋና ምሳሌ ነው። ቀደምት የስልክ እና የቴሌግራፍ ገመድ አልባ ግንኙነቶች፣ የምልክቶች ማመንጨት፣ ስርጭት እና መቀበል፣ ሁሉም ያገለገሉ የማይክሮዌቭ መሳሪያዎች። ዝቅተኛ ድግግሞሽ ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች መጀመሪያ ላይ ጥቅም ላይ የሚውሉት የድግግሞሽ ክልሉ ትንሽ ስለሆነ እና የመተላለፊያው የቻናል አቅም አነስተኛ ስለሆነ ነው። መፍትሄው የሚተላለፈውን ምልክት ድግግሞሽ መጨመር ሲሆን ድግግሞሹ ከፍ ባለ መጠን የስፔክትረም ሀብቶችም ይጨምራሉ። ነገር ግን በአየር ስርጭት ኪሳራ ውስጥ ያለው ከፍተኛ ድግግሞሽ ምልክት ትልቅ ነው፣ ነገር ግን በእንቅፋቶች ለመታገድም ቀላል ነው። ገመዱ ጥቅም ላይ ከዋለ የኬብሉ መጥፋት ትልቅ ነው፣ እና የረጅም ርቀት ስርጭት ችግር ነው። የኦፕቲካል ፋይበር ግንኙነት ብቅ ማለት ለእነዚህ ችግሮች ጥሩ መፍትሄ ነው።የኦፕቲካል ፋይበርበጣም ዝቅተኛ የማስተላለፊያ ኪሳራ ያለው ሲሆን ምልክቶችን በረጅም ርቀት ለማስተላለፍ በጣም ጥሩ አቅራቢ ነው። የብርሃን ሞገዶች የድግግሞሽ ክልል ከማይክሮዌቭ ሞገዶች በጣም የላቀ ሲሆን ብዙ የተለያዩ ቻናሎችን በአንድ ጊዜ ማስተላለፍ ይችላል። በእነዚህ ጥቅሞች ምክንያትየኦፕቲካል ማስተላለፊያየኦፕቲካል ፋይበር ኮሙኒኬሽን የዛሬው የመረጃ ስርጭት ዋና መሠረት ሆኗል።
የኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን ረጅም ታሪክ አለው፣ ምርምር እና አተገባበር በጣም ሰፊ እና የበሰለ ነው፣ ከዚህ በላይ ማለቴ አይደለም። ይህ ጽሑፍ በዋናነት በቅርብ ዓመታት ውስጥ ከኦፕቲካል ኮሙኒኬሽን ውጪ የማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስን አዲስ የምርምር ይዘት ያስተዋውቃል። ማይክሮዌቭ ኦፕቶኤሌክትሮኒክስ በዋናነት በኦፕቶኤሌክትሮኒክስ መስክ ውስጥ ያሉትን ዘዴዎች እና ቴክኖሎጂዎች እንደ ተሸካሚ በመጠቀም ባህላዊ ማይክሮዌቭ ኤሌክትሮኒክስ ክፍሎች ለማሳካት አስቸጋሪ የሆኑትን አፈጻጸም እና አተገባበር ለማሻሻል እና ለማሳካት ይጠቀምባቸዋል። ከአተገባበር አንፃር፣ በዋናነት የሚከተሉትን ሶስት ገጽታዎች ያካትታል።
የመጀመሪያው ከኤክስ-ባንድ እስከ THZ ባንድ ድረስ ከፍተኛ አፈፃፀም ያላቸውን ዝቅተኛ ድምጽ ያላቸውን የማይክሮዌቭ ምልክቶችን ለማመንጨት የኦፕቶኤሌክትሮኒክስን መጠቀም ነው።
ሁለተኛ፣ የማይክሮዌቭ ሲግናል ሂደት። መዘግየት፣ ማጣሪያ፣ የድግግሞሽ ልወጣ፣ መቀበል እና የመሳሰሉትን ጨምሮ።
ሦስተኛ፣ የአናሎግ ምልክቶችን ማስተላለፍ።

በዚህ ጽሑፍ ውስጥ፣ ደራሲው የመጀመሪያውን ክፍል ብቻ ያስተዋውቃል፣ የማይክሮዌቭ ምልክት ማመንጨት። ባህላዊ የማይክሮዌቭ ሚሊሜትር ሞገድ በዋናነት የሚመነጨው በ iii_V ማይክሮኤሌክትሮኒክስ ክፍሎች ነው። ገደቦቹ የሚከተሉት ነጥቦች አሏቸው፡- በመጀመሪያ፣ ከላይ እንደ 100GHz ባሉ ከፍተኛ ድግግሞሽዎች፣ ባህላዊ ማይክሮኤሌክትሮኒክስ ያነሰ እና ያነሰ ኃይል ማመንጨት ይችላሉ፣ ወደ ከፍተኛ የድግግሞሽ THZ ምልክት፣ ምንም ማድረግ አይችሉም። ሁለተኛ፣ የደረጃ ጫጫታን ለመቀነስ እና የድግግሞሽ መረጋጋትን ለማሻሻል፣ የመጀመሪያው መሣሪያ እጅግ በጣም ዝቅተኛ የሙቀት መጠን ባለው አካባቢ ውስጥ መቀመጥ አለበት። ሦስተኛ፣ ሰፊ የድግግሞሽ ሞጁል ድግግሞሽ ልወጣ ማግኘት አስቸጋሪ ነው። እነዚህን ችግሮች ለመፍታት የኦፕቶኤሌክትሮኒክ ቴክኖሎጂ ሚና ሊጫወት ይችላል። ዋናዎቹ ዘዴዎች ከዚህ በታች ተገልጸዋል።

1. በሁለት የተለያዩ የድግግሞሽ ሌዘር ሲግናሎች ልዩነት ድግግሞሽ፣ ከፍተኛ ድግግሞሽ ያለው የፎቶዲቴክተር የማይክሮዌቭ ሲግናሎችን ለመቀየር በስእል 1 ላይ እንደሚታየው ጥቅም ላይ ይውላል።

ምስል 1. በሁለት የድግግሞሽ ልዩነት የሚመነጩ የማይክሮዌቭ ስዕላዊ ንድፍሌዘር.

የዚህ ዘዴ ጥቅሞች ቀላል መዋቅር ናቸው፣ እጅግ በጣም ከፍተኛ የድግግሞሽ ሚሊሜትር ሞገድ እና የTHZ ድግግሞሽ ምልክት እንኳን ማመንጨት ይችላል፣ እና የሌዘር ድግግሞሽን በማስተካከል ከፍተኛ መጠን ያለው ፈጣን የድግግሞሽ ልወጣ፣ የጥልፍ ድግግሞሽ ማካሄድ ይችላል። ጉዳቱ በሁለት ያልተዛመዱ የሌዘር ምልክቶች የሚፈጠረው የልዩነት ድግግሞሽ ምልክት የመስመር ስፋት ወይም የደረጃ ድምጽ በአንጻራዊ ሁኔታ ትልቅ መሆኑ እና የድግግሞሽ መረጋጋት ከፍተኛ አለመሆኑ ነው፣ በተለይም ትንሽ መጠን ያለው ነገር ግን ትልቅ የመስመር ስፋት (~MHz) ያለው ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ጥቅም ላይ የሚውል ከሆነ። የስርዓቱ ክብደት መጠን መስፈርቶች ከፍተኛ ካልሆኑ ዝቅተኛ ድምጽ (~kHz) ጠንካራ-ሁኔታ ሌዘሮችን መጠቀም ይችላሉ።የፋይበር ሌዘር, ውጫዊ ክፍተትሴሚኮንዳክተር ሌዘርወዘተ. በተጨማሪም፣ በተመሳሳይ የሌዘር ክፍተት ውስጥ የሚፈጠሩ ሁለት የተለያዩ የሌዘር ምልክቶች ሁነታዎች የልዩነት ድግግሞሽ ለመፍጠር ሊያገለግሉ ይችላሉ፣ በዚህም የማይክሮዌቭ ድግግሞሽ መረጋጋት አፈፃፀም በእጅጉ ይሻሻላል።

2. በቀድሞው ዘዴ ውስጥ የነበሩት ሁለቱ ሌዘሮች እርስ በርስ የማይጣጣሙ እና የሚፈጠረው የምልክት ደረጃ ድምፅ በጣም ትልቅ መሆኑን ለመፍታት፣ በሁለቱ ሌዘሮች መካከል ያለው ትስስር በመርፌ ድግግሞሽ መቆለፊያ ደረጃ መቆለፊያ ዘዴ ወይም በአሉታዊ ግብረመልስ ደረጃ መቆለፊያ ዑደት ሊገኝ ይችላል። ምስል 2 የማይክሮዌቭ ብዜቶችን ለማመንጨት የመርፌ መቆለፊያ መደበኛ አተገባበርን ያሳያል (ምስል 2)። ከፍተኛ ድግግሞሽ የአሁኑን ምልክቶች በቀጥታ ወደ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር በማስገባት ወይም የሊንቦ3-ደረጃ ሞዱለር በመጠቀም፣ እኩል የድግግሞሽ ክፍተት ያላቸው የተለያዩ ድግግሞሽ ያላቸው በርካታ የኦፕቲካል ሲግናሎች ወይም የኦፕቲካል ድግግሞሽ ኮምቦች ሊፈጠሩ ይችላሉ። እርግጥ ነው፣ ሰፊ ስፔክትረም ኦፕቲካል ድግግሞሽ ኮምብ ለማግኘት በብዛት ጥቅም ላይ የሚውለው ዘዴ ሁነታ-የተቆለፈ ሌዘር መጠቀም ነው። በተፈጠረው የኦፕቲካል ድግግሞሽ ኮምብ ውስጥ ያሉ ማናቸውም ሁለት የማጣመጃ ሲግናሎች በቅደም ተከተል ድግግሞሽ እና የደረጃ መቆለፊያን ለማሳካት በማጣራት የተመረጡ እና በሌዘር 1 እና 2 ውስጥ የሚገቡ ናቸው። ምክንያቱም በኦፕቲካል ድግግሞሽ ኮምብ የተለያዩ የማጣመጃ ሲግናሎች መካከል ያለው ምዕራፍ በአንጻራዊነት የተረጋጋ ስለሆነ፣ በሁለቱ ሌዘሮች መካከል ያለው አንጻራዊ ምዕራፍ የተረጋጋ እንዲሆን፣ እና ከዚያ በፊት እንደተገለፀው የልዩነት ድግግሞሽ ዘዴ፣ የኦፕቲካል ድግግሞሽ ኮምብ ድግግሞሽ ድግግሞሽ ባለብዙ እጥፍ ማይክሮዌቭ ምልክት ማግኘት ይቻላል።

ምስል 2. በመርፌ ድግግሞሽ መቆለፊያ የሚፈጠረውን የማይክሮዌቭ ድግግሞሽ ድርብ ምልክት የሚያሳይ ንድፍ ንድፍ።
የሁለቱን ሌዘሮች አንጻራዊ የደረጃ ጫጫታ ለመቀነስ ሌላኛው መንገድ በስእል 3 እንደሚታየው አሉታዊ ግብረመልስ ኦፕቲካል PLL መጠቀም ነው።

ምስል 3. የ OPL ንድፍ ንድፍ።

የኦፕቲካል PLL መርህ በኤሌክትሮኒክስ መስክ ከPLL ጋር ተመሳሳይ ነው። የሁለቱ ሌዘሮች የደረጃ ልዩነት በፎቶዲቴክተር (ከደረጃ መመርመሪያ ጋር እኩል) ወደ ኤሌክትሪክ ምልክት ይቀየራል፣ ከዚያም በሁለቱ ሌዘሮች መካከል ያለው የደረጃ ልዩነት የሚገኘው በማጣቀሻ ማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጭ የልዩነት ድግግሞሽ በማድረግ ሲሆን ይህም ተሻሽሎ እና ተጣርቶ ወደ አንዱ ሌዘሮች የድግግሞሽ መቆጣጠሪያ ክፍል ይመለሳል (ለሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች የመርፌ ፍሰት ነው)። በእንደዚህ አይነት አሉታዊ ግብረመልስ መቆጣጠሪያ ዑደት፣ በሁለቱ የሌዘር ምልክቶች መካከል ያለው አንጻራዊ የድግግሞሽ ምዕራፍ ከማጣቀሻ ማይክሮዌቭ ምልክት ጋር ተቆልፏል። ከዚያም የተጣመረው የኦፕቲካል ምልክት በኦፕቲካል ፋይበር ወደ ሌላ ቦታ ወደ ፎቶዲቴክተር ሊተላለፍ እና ወደ ማይክሮዌቭ ምልክት ሊቀየር ይችላል። የማይክሮዌቭ ምልክት የሚመጣው የደረጃ ድምጽ ከደረጃ-ተቆለፈ አሉታዊ ግብረመልስ ዑደት ባንድዊድዝ ውስጥ ካለው የማጣቀሻ ምልክት ጋር ተመሳሳይ ነው። ከመተላለፊያው ውጭ ያለው የደረጃ ድምጽ ከመጀመሪያዎቹ ሁለት ያልተገናኙ ሌዘሮች አንጻራዊ የደረጃ ድምጽ ጋር እኩል ነው።
በተጨማሪም፣ የማጣቀሻ ማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጭ በሌሎች የሲግናል ምንጮች በድግግሞሽ ድርብ፣ በዲቪሰር ድግግሞሽ ወይም በሌላ የድግግሞሽ ሂደት ሊቀየር ይችላል፣ በዚህም ዝቅተኛው የድግግሞሽ ማይክሮዌቭ ሲግናል በብዙ እጥፍ ሊቀየር ወይም ወደ ከፍተኛ ድግግሞሽ RF፣ THZ ሲግናል ሊቀየር ይችላል።
ከመርፌ ድግግሞሽ መቆለፊያ ጋር ሲነጻጸር የድግግሞሽ እጥፍ ብቻ ማግኘት ይቻላል፣ ደረጃ-የተቆለፉ ሉፖች የበለጠ ተለዋዋጭ ናቸው፣ ከሞላ ጎደል የዘፈቀደ ድግግሞሾችን ሊፈጥሩ ይችላሉ፣ እና በእርግጥ የበለጠ ውስብስብ ናቸው። ለምሳሌ፣ በስእል 2 ውስጥ በፎቶኤሌክትሪክ ሞዱለር የሚፈጠረው የኦፕቲካል ድግግሞሽ ማበጠሪያ እንደ ብርሃን ምንጭ ጥቅም ላይ ይውላል፣ እና የኦፕቲካል ደረጃ-የተቆለፈው ሉፕ የሁለቱን ሌዘሮች ድግግሞሽ ወደ ሁለቱ የኦፕቲካል ማበጠሪያ ምልክቶች በምርጫ ለመቆለፍ እና ከዚያም በምስል 4 ላይ እንደሚታየው በከፍተኛ ድግግሞሽ በኩል ከፍተኛ ድግግሞሽ ምልክቶችን ለማመንጨት ይጠቅማል። f1 እና f2 በቅደም ተከተል የሁለቱ PLLS የማጣቀሻ ምልክት ድግግሞሾች ናቸው፣ እና የN*frep+f1+f2 የማይክሮዌቭ ምልክት በሁለቱ ሌዘሮች መካከል ባለው ልዩነት ድግግሞሽ ሊፈጠር ይችላል።

ምስል 4. የኦፕቲካል ድግግሞሽ ኮምቦችን እና PLLSን በመጠቀም የዘፈቀደ ድግግሞሾችን የማመንጨት ንድፍ ንድፍ።

3. የኦፕቲካል pulse ሲግናልን ወደ ማይክሮዌቭ ሲግናል ለመቀየር በሞድ-ሎክድ pulse ሌዘር ይጠቀሙፎቶዲቴክተር.

የዚህ ዘዴ ዋና ጥቅም በጣም ጥሩ የድግግሞሽ መረጋጋት እና በጣም ዝቅተኛ የደረጃ ድምጽ ያለው ምልክት ማግኘት መቻሉ ነው። የሌዘርን ድግግሞሽ ወደ በጣም የተረጋጋ የአቶሚክ እና የሞለኪውላር ሽግግር ስፔክትረም ወይም እጅግ በጣም የተረጋጋ የኦፕቲካል ክፍተት በመቆለፍ እና የራስ-ድርብ ድግግሞሽ ማስወገጃ ስርዓት ድግግሞሽ ለውጥ እና ሌሎች ቴክኖሎጂዎችን በመጠቀም፣ በጣም የተረጋጋ የድግግሞሽ ድግግሞሽ ያለው በጣም የተረጋጋ የኦፕቲካል ምት ምልክት ማግኘት እንችላለን፣ ስለዚህ እጅግ በጣም ዝቅተኛ የደረጃ ድምጽ ያለው የማይክሮዌቭ ምልክት ለማግኘት። ምስል 5.

ምስል 5. የተለያዩ የሲግናል ምንጮች አንጻራዊ የደረጃ ጫጫታ ንጽጽር።

ይሁን እንጂ፣ የልብ ምት ድግግሞሽ መጠን ከሌዘር ቀዳዳ ርዝመት ጋር በተገላቢጦሽ ተመጣጣኝ ስለሆነ እና ባህላዊው ሁነታ-የተቆለፈ ሌዘር ትልቅ ስለሆነ፣ በቀጥታ ከፍተኛ ድግግሞሽ ማይክሮዌቭ ምልክቶችን ማግኘት አስቸጋሪ ነው። በተጨማሪም፣ የባህላዊ ግፊት ሌዘሮች መጠን፣ ክብደት እና የኃይል ፍጆታ እንዲሁም ከባድ የአካባቢ መስፈርቶች በዋናነት የላቦራቶሪ አፕሊኬሽኖቻቸውን ይገድባሉ። እነዚህን ችግሮች ለማሸነፍ፣ በቅርቡ በዩናይትድ ስቴትስ እና በጀርመን ውስጥ በጣም ትንሽ፣ ከፍተኛ ጥራት ባላቸው የቺፕ ሁነታ ኦፕቲካል ክፍተቶች ውስጥ ድግግሞሽ-የተረጋጉ የኦፕቲካል ማበጠሪያዎችን ለመፍጠር ምርምር ተጀምሯል፣ ይህም በተራው ከፍተኛ ድግግሞሽ ዝቅተኛ ድምጽ ያላቸው ማይክሮዌቭ ምልክቶችን ያመነጫል።

4. የኦፕቶ ኤሌክትሮኒክ ኦስሲሌተር፣ ምስል 6።

ምስል 6. የፎቶኤሌክትሪክ የተጣመረ ኦስሲሌተር ንድፍ ንድፍ።

ማይክሮዌቭ ወይም ሌዘር የማመንጨት ባህላዊ ዘዴዎች አንዱ የራስ-ግብረመልስ ዝግ ዑደትን መጠቀም ነው፣ በተዘጋው ዑደት ውስጥ ያለው ትርፍ ከኪሳራው የበለጠ እስከሆነ ድረስ፣ በራስ የሚነሳሳው ንዝረት ማይክሮዌቭ ወይም ሌዘር ሊያመነጭ ይችላል። የተዘጋው ዑደት የጥራት ሁኔታ Q ከፍ ባለ ቁጥር የሚመነጨው የምልክት ደረጃ ወይም የድግግሞሽ ድምጽ ይቀንሳል። የሉፑን የጥራት ሁኔታ ለመጨመር፣ ቀጥተኛው መንገድ የሉፑን ርዝመት መጨመር እና የስርጭት ኪሳራውን መቀነስ ነው። ሆኖም፣ ረዘም ያለ ዑደት ብዙውን ጊዜ በርካታ የንዝረት ሁነታዎችን ማመንጨትን ሊደግፍ ይችላል፣ እና ጠባብ የባንድዊድዝ ማጣሪያ ከተጨመረ፣ ነጠላ-ድግግሞሽ ዝቅተኛ ድምጽ ያለው ማይክሮዌቭ ንዝረት ምልክት ማግኘት ይቻላል። የፎቶኤሌክትሪክ የተጣመረ ኦስሲሌተር በዚህ ሀሳብ ላይ የተመሠረተ የማይክሮዌቭ ምልክት ምንጭ ሲሆን የፋይበሩን ዝቅተኛ የስርጭት መጥፋት ባህሪያት ሙሉ በሙሉ ይጠቀማል፣ የሉፑን Q እሴት ለማሻሻል ረጅም ፋይበር በመጠቀም በጣም ዝቅተኛ የደረጃ ድምጽ ያለው የማይክሮዌቭ ምልክት ሊያመነጭ ይችላል። ዘዴው በ1990ዎቹ ከቀረበበት ጊዜ ጀምሮ፣ ይህ ዓይነቱ ኦስሲሌተር ሰፊ ጥናትና ከፍተኛ እድገት አግኝቷል፣ እና በአሁኑ ጊዜ የንግድ ፎቶኤሌክትሪክ የተጣመሩ ኦስሲሌተሮች አሉ። በቅርብ ጊዜ፣ ድግግሞሾቻቸው በሰፊው ክልል ሊስተካከሉ የሚችሉ የፎቶኤሌክትሪክ ኦስሲሌተሮች ተዘጋጅተዋል። በዚህ አርክቴክቸር ላይ የተመሰረቱ የማይክሮዌቭ ሲግናል ምንጮች ዋነኛው ችግር ሉፑ ረጅም መሆኑ እና በነጻ ፍሰቱ (FSR) ውስጥ ያለው ድምጽ እና ድርብ ፍሪኩዌንሲው በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል። በተጨማሪም፣ ጥቅም ላይ የዋሉት የፎቶኤሌክትሪክ ክፍሎች የበለጠ ናቸው፣ ወጪው ከፍተኛ ነው፣ መጠኑ ለመቀነስ አስቸጋሪ ነው፣ እና ረዘም ያለ ፋይበር ለአካባቢ ረብሻ የበለጠ ስሜታዊ ነው።

ከላይ የተጠቀሰው የማይክሮዌቭ ምልክቶችን የፎቶኤሌክትሮን የማመንጨት በርካታ ዘዴዎችን እንዲሁም ጥቅሞቻቸውን እና ጉዳቶቻቸውን በአጭሩ ያስተዋውቃል። በመጨረሻም፣ ማይክሮዌቭን ለማምረት የፎቶኤሌክትሮኖችን መጠቀም ሌላ ጥቅም አለው፤ የኦፕቲካል ሲግናል በጣም ዝቅተኛ ኪሳራ፣ ወደ እያንዳንዱ የአጠቃቀም ተርሚናል ረጅም ርቀት በማስተላለፍ እና ከዚያም ወደ ማይክሮዌቭ ሲግናሎች ሊቀየር የሚችል መሆኑ እና የኤሌክትሮማግኔቲክ ጣልቃ ገብነትን የመቋቋም ችሎታ ከባህላዊ የኤሌክትሮኒክስ ክፍሎች በእጅጉ የተሻሻለ መሆኑ ነው።
የዚህ ጽሑፍ አጻጻፍ በዋናነት ለማጣቀሻነት የተዘጋጀ ሲሆን፣ ደራሲው በዚህ መስክ ካለው የራሱ የምርምር ልምድ እና ልምድ ጋር ተዳምሮ፣ ስህተቶች እና ግንዛቤ ማጣት አሉ፣ እባክዎን ይረዱ።