Материал: caO76D6RYL

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

–––––––——————————–––––––––––––––––––––––––

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

—————————————————–––———

Н. Г. КОВШИКОВ А. В. ДРОЗДОВСКИЙ

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАДИОФОТОННЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ ГИГАГЕРЦОВЫХ И ТЕРАГЕРЦОВЫХ ЧАСТОТ

Учебно-методическое пособие

Санкт-Петербург Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

2016

УДК 621.3.049.776(07) ББК З844.15-02я7

К56

Ковшиков Н. Г., Дроздовский А. В.

К56 Современные методы проектирования радиофотонных интегральных схем гигагерцовых и терагерцовых частот: учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2016. 27 с.

ISBN 978-5-7629-1862-6

Рассмотрены основные этапы выполнения лабораторных работ по курсу «Современные методы проектирования радиофотонных интегральных схем гигагерцовых и терагерцовых частот». Приводится описание методов расчета основных элементов, используемых в устройствах радиофотоники.

Предназначено для студентов дневного отделения, обучающихся по направлению 210100.68 – «Электроника и наноэлектроника».

УДК 621.3.049.776(07) ББК З844.15-02я7

Рецензент канд. физ.-мат. наук, зам. ген. директора по науке В. В. Васильев (ОАО «Планета-ИРМИС»)

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве учебно-методического пособия

2

Лабораторная работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ МОДУЛЯЦИИ СИГНАЛА ПРИ ПОМОЩИ

МОДУЛЯТОРА МАХА– ЦЕНДЕРА

Цель работы: изучение принципов работы модулятора излучения, использующего в основе своей работы интерферометр Маха– Цендера; исследование передаточных характеристик модулятора основе интерферометра Маха– Цендера.

1.1. Основные положения

Одной из основных задач радиофотоники и сверхвысокочастотной техники является передача полезного сигнала. Для этого несущий сигнал оптического или сверхвысокочастотного диапазона модулируется полезным сигналом. Промодулированная несущая переносит сигнал к оконечному устройству, где он и демодулируется. Различают следующие типы модуляции излучения: амплитудную, частотную, фазовую.

В аналоговых системах для осуществления амплитудной модуляции в качестве модулятора целесообразно использовать модулятор, построенный по схеме Маха– Цендера. Такой модулятор представляет собой двухпортовое двухплечевое устройство, блок-схема которого изображена на рис. 1.1.

I01, φ1 = const

Рис. 1.1

Основу конструкции модулятора представляет волновод, по которому может распространяться сигнал на несущей частоте, часть которого разветвляется на два плеча, разделяя волну на две. Одно из плеч волновода содержит фазосдвигающее, как правило, электрически управляемое устройство. На выходе модулятора оба плеча сводятся в один волновод. Интерференция между волнами, распространяющимися в плечах модулятора, приводит к модуляции амплитуды интенсивности излучения и описывается выражениями, приведенными далее.

Комплексные амплитуды излучения запишем в виде Iin

I1 = I01 exp(iφ1) ; I2 = I02 exp(iφ2 ) , где I1, I2 и φ1 , φ2 – амплитуды и фазы

3

волн на выходе интерферометра. Полная комплексная амплитуда поля на выходе равна сумме комплексных амплитуд отдельных волн. Результирующая интенсивность в точке наблюдения

Iout2 = I1I2* = I012 + I022 + I01I02 [exp(i(φ2 − φ1) + exp(−i(φ2 − φ1)],

где знак * обозначает комплексно– сопряженную величину. Данное выражение можно преобразовать к виду

В случае, если I01 = I02 , выражение для интенсивности упрощается до

Iout2 = 2I01[1 + cos( φ)], тогда контраст полос максимален.

Iout

Рис. 1.2

Пример выходной характеристики интенсивности сигнала интерферометра Маха– Цендера для случая φ1(ω) ¹ φ2 (ω) приведен на рис. 1.2. Управляя фазой одного из плеч ( φ2 (ω) ), можно менять частотное положение максимумов и минимумов интенсивности выходного сигнала.

1.2. Описание лабораторной установки

Лабораторный макет представляет собой интерферометр Маха– Цендера, выполненный в микрополосковом исполнении (рис. 1.3). Одно из плеч интерферометра выполнено в виде микрополосковой линии, в которой фазой сигнала можно управлять. По указанию преподавателя в лабораторной работе мо

4

гут быть использованы следующие виды управляемых плеч: 1) плечо, управляемое за счет изменения эффективной магнитной проницаемости; 2) плечо, управляемое за счет изменения эффективной диэлектрической проницаемости.

В случае использова-

ной магнитной проницаемости, часть подложки микрополосковой линии выполня-

ется из феррита – магнит-

Рис. 1.3

ного диэлектрика. Магнит-

ная проницаемость феррита зависит от значения магнитного поля µ(H). Поскольку длина волны в микрополосковой линии передачи определяется соотношением λ = λ0 / εef µef (здесь λ0 – длина волны в свободном пространстве, εef и µef – эффективные диэлектрическая и магнитная проницаемости соответственно), то изменение магнитной проницаемости феррита ведет к изменению длины волны и как следствие к изменению фазового набега по закону

φ2 (ω)=k2 (ω)L = 2π L (здесь физическая длина плеча – L). Для управления λ(ω)

фазовым набегом за счет изменения эффективной диэлектрической проницаемости в одно из плеч интерферометра вносят пластину диэлектрика с большим значением диэлектрической проницаемости.

1

4

Блок-схема измерительной экспериментальной установки представлена на рис. 1.4. В ее состав входят следующие основные элементы: 1 – индикаторный блок; 2 – генератор качающейся частоты; 3 – направленный ответвитель

5