- Аннотация проекта:
- Радиофотонные приёмопередающие модули (ППМ) обеспечивают широкую полосу, высокую помехоустойчивость и точное формирование диаграммы направленности за счёт истинных оптических задержек, что устраняет частотный перекос и облегчает масштабирование по числу каналов и лучей. Электронные решения в высокочастотном диапазоне ограничены сложным согласованием СВЧ-трактов, паразитными связями и ухудшением фазовой стабильности, поэтому требуется воспроизводимая оптическая архитектура на доступной технологической базе. Цель проекта – разработка радиофотонного тракта и сборка демонстрационного макета ППМ для диапазона 2–6 ГГц на гибридной архитектуре: интегральные линии истинной задержки и распределительные узлы на Si₃N₄ в сочетании с внешним электрооптическим модулятором на объёмном LiNbO₃. В ходе работ будут уточнены требования и выполнено опто-РЧ моделирование, спроектированы и изготовлены простые ФИС, собран и откалиброван тракт «лазер–ЭОМ–ФИС–фотоприём», проведены стендовые испытания с демонстрацией двухлучевого режима в четырёхканальной конфигурации; подготовлены технологический маршрут и методики для последующего масштабирования и повышения рабочей частоты.
- Партнер проекта:
ФГАОУ ВО ТУСУР
ТУСУР – признанный лидер в сфере подготовки квалифицированных кадров для высокотехнологичных отраслей экономики, аэрокосмического и оборонного комплексов страны, внедряющий инновационные образовательные и исследовательские программы, прикладные разработки новой техники, аппаратуры и систем управления. Университет уверенно держит первенство в реализации программ инновационного развития. Выпускники ТУСУРа составляют кадровую основу многих предприятий как в России, так и за рубежом.
- Вакансии:
- РадиоконструкторИнженер - исслдовательТехнолог
- Классификация работы:
- НИР прикладная
- Направление исследований и разработок:
- Н4. Новые приборы и интеллектуальные производственные технологии
Конечный продукт
-
Актуальность и востребованность
Современные системы радиолокации и связи в высокочастотном диапазоне (от 2 ГГц), построенные на электронной компонентной базе, упираются в ограничения при переходе к широкополосным и многоканальным конфигурациям. К ключевым проблемам относятся трудности электромагнитного согласования СВЧ трактов, рост паразитных связей при распределении опорных и промежуточных частот, деградация стабильности фазы и амплитуды при масштабировании по числу каналов/лучей, а также эффект частотного сдвига диаграммы направленности (beam squint) в фазовращательных решётках. В результате достижение требуемых характеристик в компактных и энергоэффективных приёмопередающих модулях (ППМ) существенно усложняется, особенно в многолучевых режимах. Радиофотонный подход снимает эти ограничения за счёт переноса функций генерации, формирования, распределения и частичной обработки СВЧ-сигналов в оптическую область. Оптический тракт обеспечивает большой запас по полосе, высокую помехоустойчивость к электромагнитным воздействиям и низкие потери при распределении, а применение истинных оптических линий задержки времени устраняет beam squint и стабилизирует диаграмму направленности во всей рабочей полосе. Оптимальной технологической базой для такого подхода являются фотонные интегральные схемы (ФИС), позволяющие реализовать компактные и воспроизводимые оптические системы на кристалле с последующей интеграцией в состав гибридных модулей. Для построения радиофотонного ППМ необходим набор базовых узлов: электрооптический модулятор, линии истинной задержки времени и низкопотерные распределительные/суммирующие сети, а также, при необходимости, демультиплексирование по длинам волн/каналам. Практически значимыми остаются малопотерная стыковка «волокно–чип–фотодиод» и корректная электрическая обвязка (управляющие электроды ЭОМ, согласованные переходы, упаковка). Традиционно в качестве материальной платформы фотонных интегральных схем (ФИС) использовался кремний на изоляторе, и в литературе представлены примеры радиофотонных ППМ для наземных радиолокационных систем и спутниковой связи. Однако даже «умеренные» требования к точности литографии (~200 нм) остаются ограничивающими для широкого круга отечественных производств. Практичным альтернативным вариантом является сочетание низкопотерных пассивных узлов на нитриде кремния, прежде всего для оптических линий истинной задержки времени, с электрооптическим модулятором (ЭОМ). Данный вариант снижает технологические риски и при этом обеспечивает требуемые радиочастотные характеристики за счёт зрелых ЭОМ на LiNbO₃ и низких потерь распределения на Si₃N₄. Цель проекта – разработка радиофотонного тракта и сборка демонстрационного макета ППМ для диапазона 2–6 ГГц. Тракт будет основан на гибридной архитектуре: интегральные оптические линии задержки времени и распределительные структуры на платформе Si₃N₄ в сочетании с внешним электрооптическим модулятором на объёмном кристалле LiNbO₃. Базовая конфигурация предусматривает не менее 4 приёмопередающих каналов с формированием двух независимых лучей, стыковку «волокно–чип–фотодиод» и оценку ключевых метрик: стабильности диаграммы направленности в широкой полосе, суммарных оптических потерь распределения и показателей линейности/динамического диапазона. Ожидаемый результат — подтверждение технологической состоятельности и масштабируемости решения при снижении требований к электронной части, что создаёт задел для наращивания числа каналов и перехода к более высоким частотам на отечественной производственной базе.
Предмет разработки/исследования
Объект разработки – радиофотонный тракт ППМ диапазона 2–6 ГГц на гибридной архитектуре: интегральные оптические линии истинной задержки времени на платформе Si₃N₄ в сочетании с внешним электрооптическим модулятором на объёмном LiNbO₃, с электронным интерфейсом управления в составе демонстрационного макета. Архитектура предусматривает OTDL (optical true-time delay – оптическая линия истинной задержки времени), высоколинейную модуляцию в по схеме Маха–Цендера, низкопотерное оптическое распределение и стыковку «волокно–чип–фотодиод». Предмет исследования охватывает принципы и узлы ФИС на Si₃N₄ для реализации OTDL и распределительно-суммирующих сетей, использование внешнего модулятора на LiNbO₃, а также решения по упаковке и сопряжениям (волокно–чип–фотодиод), определяющие суммарные потери, линейность и долговременную фазово-временную стабильность.
Способы и методы реализации проекта
-
Новизна предлагаемых в проекте решений
-
Задел по тематике проекта
-
Конкурентные преимущества создаваемого продукта
-