izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2021-2-38-42izmertech-1762Research ArticleРАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯRADIO MEASUREMENTSИсследование характеристик радиофотонного устройства определения разности фаз радиолокационных сигналовStudy of the characteristics of a radio photon device for determining the phase diference of a radar signalshttps://orcid.org/0000-0003-4757-5066ГусеницаЯ. Н.GusenitsaY. N.

Ярослав Николаевич Гусеница

г. Анапа, Краснодарский край

Yaroslav N. Gusenitsa

 Anapa, Krasnodar Territory

yaromir226@gmail.comСнегиревА. Л.SnegirevA. L.

Александр Леонтьевич Снегирев

г. Анапа, Краснодарский край

Aleksandr L. Snegirev

Anapa, Krasnodar Territory

asneghome@gmail.comПокотилоС. А.PokotiloS. A.

Сергей Александрович Покотило

г. Анапа, Краснодарский край

Sergey A. Pokotilo

Anapa, Krasnodar Territory

pokotilo53@mail.ruВоенный инновационный технополис «ЭРА»РоссияFederal state autonomous institution “Military innovation technopolis “ERA”Russian FederationВоенный инновационный технополис «ЭРА»РоссияFederal state autonomous institution “Military innovation technopolis “ERARussian Federation202123062023023842Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1762

Рассмотрена задача точного вычисления разности фаз радиолокационных сигналов приёмных фазированных антенных решёток. Дан обзор различных методов определения разности фаз: методов на основе сравнения принимаемого сигнала с сигналом гетеродина, а также метода с применением радиофотонного аналого-цифрового преобразователя выходного сигнала приёмной фазированной антенной решётки. Предложены метод определения разности фаз и радиофотонное устройство, которые лишены недостатков описанных выше методов. Предложенный метод позволяет вычислять разность фаз радиолокационных сигналов на выходе электрооптического модулятора и выходного сигнала фотоприёмника с учётом известных значений амплитуд и разности фаз сверхвысокочастотных сигналов на входе приёмных элементов фазированной антенной решётки. В состав реализующего предложенный метод радиофотонного устройства, в отличие от известных аналогов, входят два параллельно включённых электрооптических модулятора, построенных по схеме интерферометра МахаЦендера. Показано, что такое радиофотонное устройство обеспечивает более высокую точность определения разности фаз радиолокационных сигналов по сравнению с существующими аналогами. Проанализированы результаты экспериментальных исследований предложенного метода и радиофотонного устройства. По результатам проведённого эксперимента установлено, что значения разности фаз изменяются по линейному закону, а её максимум достигает значения π. Кроме того, произведение амплитуд оптических сигналов на входе фотонно-электронного блока прямо пропорционально разности фаз и обратно пропорционально отношению амплитуд выходных сигналов соседних приёмных элементов фазированной антенной решётки.

The paper considers the problem of accurate calculation of the phase of the radar signal in relation to the receiving phased antenna arrays. Methods for determining the phase difference based on a comparison of the received signal with the local oscillator signal are listed, as well as a method based on the use of a radio-photon analog-to-digital converter  for  the output signal of the receiving phased antenna array. Their disadvantages are indicated. A method and a radio photon device are proposed that are devoid of these disadvantages. The method allows you to calculate the phase difference of the radar signal at the output of the electro-optical modulator and the output signal of the photodetector, taking into account the known values of the amplitudes and phase difference of the microwave signals at the input of the receiving elements of the phased antenna array. The radio-photon device allows you to implement this method and, unlike the known analogues, is based on the use of two parallel-connected electro-optical modulators constructed according to the scheme of the Mach-Zehnder interferometer. It is shown that the proposed radio photon device provides a higher accuracy of determining the phase of the radar signal in comparison with existing analogues. At the end of the work, an analysis of the results of experimental studies using the proposed method and a radio photon device is presented. According to the results of the experiment, it was found that the phase and phase differences vary linearly, and their maximum reaches π. In addition, the square of the amplitude of the optical signal at the input of the photon-electronic unit is proportional to the phase difference and inversely proportional to the ratio of the amplitudes of the output signals of the adjacent receiving elements of the phased antenna arrays.

радиофотонное устройствофазированная антенная решёткаразность фазамплитударадиолокационный сигналэлектрооптический модуляторинтерферометр Маха-Цендераradio-photon devicephased arrayphaseamplituderadar signalelectro-optical modulatorMach-Zehnder interferometerReferencesАхияров В. В, Нефедов С. И., Николаев А. И., Слукин Г. П., Федоров И. Б., Шустиков В. Ю. Радиолокационные системы. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. 352 с.Akhiyarov V. V, Nefedov S. I., Nikolaev A. I., Slukin G. P., Fedorov I. B., Shustikov V. Yu., Radiolokatsionnye sistemy, Moscow, MGTU im. N. Eh. Baumana Publ., 2016, 352 р. (in Russian).Дамдинова Д. Б., Полетаев А. С., Ченский А. Г. Сравнение точности методов вычисления разности фаз квазигармонических сигналов // Вестник СибГУТИ. 2017. № 2 (38). С. 87–97.D amdinova D. B., Poletaev A. S., Chenskii A. G., Vestnik SiBGUTI, 2017, no. 2 (38), pp. 87–97 (in Russian).Коротков К. С., Фролов Д. Р., Левченко А. С. Анализ методов измерения истинного сдвига фаз смесителей сверхвысокой частоты // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 8. С. 873–880.Korotkov K. S., Frolov D. R., Levchenko A. S., Radiotekhnika i ehlektronika, 2015, vol. 60, no. 8, pp. 873–880 (in Russian).Малыгин А. Н., Прасько А. Д., Троценко И. В. Устройство оценки разности амплитуд, частот и фаз синусоидальных электрических колебаний // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 2. С. 533–538.Malygin A. N., Pras’ko A. D., Trotsenko I. V., Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 2020, no. 2, pp. 533–538 (in Russian).Овчинников Ф. В., Сухотин В. В. Измерение разности фаз сигналов в системах спутниковой связи с использованием одного геостационарного ИСЗ // Исследования наукограда. 2017. Т. 1. № 1 (19). С. 30–37.Ovchinnikov F. V., Sukhotin V. V., Issledovaniya naukograda, 2017, vol. 1, no. 1 (19), pp. 30–37 (in Russian).Афанасьев В. М. Электрооптический модулятор по схеме интерферометра Маха-Цендера // Прикладная фотоника. 2016. Т. 3. № 4. С. 341–369.Afanas’ev V. M., Prikladnaya fotonika, 2016, vol. 3, no. 4, pp. 341–369 (in Russian).Белоусов А. А. Особенности проектирования многоканальных СВЧ устройств миллиметрового диапазона // Инфокоммуникационные и радиоэлектронные технологии. 2019. Т. 2. № 4. С. 522–527.Belousov A. A., Infokommunikatsionnye i radioehlektronnye tekhnologii, 2019, vol. 2, no. 4, рр. 522– 527 (in Russian).Вольхин Ю. Н., Тихонов Е. В. Обзор возможных способов реализации радиофотонных АЦП диапазона СВЧ // Материалы V юбилейной общероссийской научно-технической конференции «Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем», Омск, 7–8 октября 2014. Омск: Омский государственный технический университет, 2014. С. 87–104.V ol’khin YU. N., Tikhonov Ye. V., Proceeding of the V International Scientifi c and Practical (Technical) Conference “Obmen opytom v oblasti sozdaniya sverkhshirokopolosnykh radioelektronnykh sistem”, Omsk, 7–8 October 2014, Omsk, Omskij gosudarstvennyj tekhnicheskij universitet Publ., pp. 87–104 (in Russian).Бирюков В. В., Грачев В. А., Лобин С. Г., Палачев М. А., Раевский А. С. Реализация устройств генерации и преобразования сигналов СВЧ-диапазона методами радиофотоники // Антенны. 2017. № 11 (243). С. 63–70.Biryukov V. V., Grachev V. A., Lobin S. G., Palachev M. A., Raevskii A. S., Antenny, 2017, no. 11 (243), рр. 63–70 (in Russian).Конторов С. М., Шипулин А. В., Кюпперс Ф., Валуев В. В. Многоканальный радиофотонный приемный тракт // Фотоника. 2019. Т. 13. № 6. С. 584–593.Kontorov S. M., Shipulin A. V., Kyuppers F., Valuev V. V., Fotonika, 2019, vol. 13, no. 6, рр. 584–593 (in Russian).Морозов О. Г., Ильин Г. И., Морозов Г. А. Системы радиофотоники с последовательным амплитудно-фазовым преобразованием оптической несущей // Фотон-экспресс. 2017. № 6 (142). С. 104–105.Morozov O. G., Il’in G. I., Morozov G. A., Foton-ehkspress, 2017, no. 6 (142), рр. 104–105 (in Russian).Чиров Д. С., Кочетков Ю. А. Применение технологий радиофотоники в интересах формирования и обработки широкополосных радиолокационных сигналов // DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2020. Т. 10. № 1. С. 15–24.Chirov D. S., Kochetkov Yu. A., DSPA: Voprosy primeneniya tsifrovoi obrabotki signalov, 2020, vol. 10, no. 1, рр. 15–24 (in Russian).Capmany J., Ortega B., Pastor D., Journal of Ligh twave Technology, 2006, vol. 24, no. 1, pp. 201–229. https://doi.org/10.1109/JLT.2005.860478Capmany J., Ortega B., Pastor D., Journal of Lightwave Technology, 2006, vol. 24, no. 1, pp. 201–229. https://doi.org /10.1109/JLT.2005.860478Cox C. H., Ackerman E. I., Avionics, Fiber-Optics and Photonics Conference (AVFOP), 2013. https://doi.org/10.1109/AVFOP.2013.6661612Cox C. H., Ackerman E. I., Avionics, Fiber-Optics and Photonics Conference (AVFOP), 2013. https://doi.org/10.1109/AVFOP.2013.6661612Hervás J., Ricchiuti A. L., Li W., Zhu N. H., FernándezPousa C. R., Sales S., Li M., Capmany J., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2017, vol. 23, no. 2, р. 5602013. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2017.2651117Hervás J., Ricchiuti A. L., Li W., Zhu N. H., FernándezPousa C. R., Sales S., Li M., Capmany J., IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 2017, vol. 23, no. 2, p. 5602013. https://doi.org/10.1109/JSTQE.2017.2651117Kontorov S. M., Cherepenin V. A., Kulagin V. V., Prokhorov D. A., Shulunov A. N., Valuev V. V., Progress In Electromagnetics Research Symposium Abstracts, Toyama, Japan, 1-4 August, 2018, рр. 967–972. https://doi.org/10.23919/PIERS.2018.8598200Kontorov S. M., Cherepenin V. A., Kulagin V. V., Prokhorov D. A., Shulunov A. N., Valuev V. V., Progress In Electromagnetics Research Symposium Abstracts, Toyama, Japan, 1-4 August, 2018, pp. 967–972. https://doi.org/10.23919/PIERS.2018.8598200Manka M. E., Proceeding of the 2008 Asia-Pacifi c Microwave Photonics Conferences, рр. 275–278. https://doi.org/10.1109/MWP.2008.4666690Manka M. E., Proceeding of the 2008 Asia-Pacifi c Microwave Photonics Conferences, pp. 275–278. https://doi.org/10.1109/MWP.2008.4666690Pan S., Yao J., Journal of Lightwave Technology, 2017, vol. 35, no. 16, рр. 3498–3513. https://doi.org /10.1109/JLT.2016.2587580Pan S., Yao J., Journal of Lightwave Technology, 2017, vol. 35, no. 16, pp. 3498–3513. https://doi.org/10.1109/JLT.2016.2587580Raevskii A. S., Biryukov V. V., Grachev V. V., Kapustin S. A., Lobin S. G., Proc. of SPIE “Optical Technologies for Telecommunications–2016”, 2016, vol. 10342, р. 103420K1-103420K-6. https://doi.org/10.1117/12.2270386Raevskii A. S., Biryukov V. V., Grachev V. V., Kapustin S. A., Lobin S. G., Proc. of SPIE “Optical Technologies for Telecommunications–2016”, 2016, vol. 10342. pp. 103420K1–103420K-6. https://doi.org/10.1117/12.2270386Yao J., Proc. of the 2008 International Conference on Advanced Infocomm Technology ProICAIT-08, 2008, р. 135. https://doi.org/10.1145/1509315.1509450Yao J., Proc. of the 20 08 International Conference on Advanced Infocomm Technology ProICAIT-08, 2008, p. 135. https://doi.org/10.1145/1509315.1509450Федянин Д. Ю. Усиление поверхностных плазмон-поляритонов в наноразмерных волокнах: дис. канд. физ.-мат. наук (МФТИ, Долгопрудный, 2012).Fedyanin D. Yu., Dissertation of the candidate of physical and mathematical sciences (MFTI (GU), Dolgoprudny, 2012).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.