mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2016-4-1-4-20mireabulletin-2Research ArticleСтатьиНОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ СВЧ-ДИАПАЗОНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАДИОФОТОННОЙ ТЕХНОЛОГИИNOVEL PRINCIPLES OF MICROWAVE BAND RADIOELECTRONIC DEVICES DESIGN WITH THE USE OF MICROWAVE PHOTONICS TECHNOLOGYБелкинМ. Е.BelkinM. E.noemail@neicon.ruКуджС. А.KudzhS. A.noemail@neicon.ruСиговА. С.SigovA. S.sigov@mirea.ruМосковский технологический университет (МИРЭА)РоссияMoscow Technological University (MIREA)Russian Federation20162802201641420Copyright © Белкин М.Е., Кудж С.А., Сигов А.С., 20162016Белкин М.Е., Кудж С.А., Сигов А.С.Belkin M.E., Kudzh S.A., Sigov A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/2

Рассматриваются фундаментальные и практические преимущества внедрения нового междисциплинарного направления - радиофотоники (микроволновой фотоники) - в разработки современных и перспективных радиосредств двойного назначения. Главные преимущества заключаются в повышении рабочей частоты до терагерцевого диапазона, расширении полосы обработки до нескольких гигагерц, улучшении электромагнитной совместимости и массогабаритных характеристик. Дается классификация компонентной базы радиофотоники, анализируется современный уровень мирового развития радиофотоники с акцентом на ее второй этап: интегральную радиофотонику. Кратко описываются работы в области радиофотоники, выполненные и ведущиеся в Московском технологическом университете, включая результаты моделирования и экспериментальных исследований, обучение и ближайшие задачи созданного научно-технологического центра «Интегральная радиофотоника».

There are highlighted fundamental and practical advantages referred to introduction of the new interdisciplinary scientific and technological direction, that is, microwave photonics, in modern and perspective radio means of a dual purpose. The main advantages consist in increase of operating frequency to terahertz range, expansion of a processing band to several gigahertz, improvement of electromagnetic compatibility and mass-volume characteristics. A classification of the component base of microwave photonics is proposed, the modern level of world development of microwave photonics with emphasis on its second stage, which is integrated microwave photonics, is analyzed. The works in the field of microwave photonics that have been performed or being conducted by research groups at Moscow Technological University, including results of modeling and research projects, training, and the nearest tasks of the established Scientific and Technological Center «Integrated Microwave Photonics» are briefly described.

радиофотоникатерагерцевый диапазонкомпьютерное моделированиерадиофотонные интегральные схемыкремниевая фотоникаповерхностно излучающий лазер с вертикальным резонаторомmicrowave photonicsterahertz bandcomputer modelingmicrowave integrated circuitssilicon photonicsVCSELReferencesCapmany J., Novak D. Microwave photonics combines two worlds // Nature Photonics. 2007. V. 1. Р. 319-330.Capmany J., Novak D. Microwave photonics combines two worlds // Nature Photonics. 2007. V. 1. Р. 319-330.Yao J. Microwave Photonics // IEEE J. Lightwave Technol. 2009. V. 27. № 3. P. 314-335.Yao J. Microwave Photonics // IEEE J. Lightwave Technol. 2009. V. 27. № 3. P. 314-335.Белкин М.Е., Сигов А.С. Новое направление фотоники - сверхвысокочастотная оптоэлектроника // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 8. С. 901-914.Белкин М.Е., Сигов А.С. Новое направление фотоники - сверхвысокочастотная оптоэлектроника // Радиотехника и электроника. 2009. Т. 54. № 8. С. 901-914.Hartog A.H., Conduit A.J., Payne D.N. Variation of pulse delay with stress and temperature in jacketed and unjacketed optical fibers // Optical and Quantum Electronics. 1979. V. 11. № 3. Р. 265-273.Hartog A.H., Conduit A.J., Payne D.N. Variation of pulse delay with stress and temperature in jacketed and unjacketed optical fibers // Optical and Quantum Electronics. 1979. V. 11. № 3. Р. 265-273.Inao S., Sato T., Senstsui S., Kuroha T., and Nishimura Y. Multicore optical fiber // In Optical Fiber Communication Conference (OFC’79). Washington, D.C., United States, 6 March 1979. Р. 46-48. Paper WB1.Inao S., Sato T., Senstsui S., Kuroha T., and Nishimura Y. Multicore optical fiber // In Optical Fiber Communication Conference (OFC’79). Washington, D.C., United States, 6 March 1979. Р. 46-48. Paper WB1.Белкин М.Е., Яковлев В.П. Наноструктурный поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором О и С спектральных диапазонов в качестве ключевого элемента компонентной базы радиофотоники // Наноматериалы и наноструктуры. 2014. Т. 5. № 3. С. 37-49.Белкин М.Е., Яковлев В.П. Наноструктурный поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором О и С спектральных диапазонов в качестве ключевого элемента компонентной базы радиофотоники // Наноматериалы и наноструктуры. 2014. Т. 5. № 3. С. 37-49.Deri R.J., Kapon E. Low-loss III-V semiconductor optical waveguides // IEEE J. Quantum Electronics. 1991. V. 27. № 3. Р. 626-640.Deri R.J., Kapon E. Low-loss III-V semiconductor optical waveguides // IEEE J. Quantum Electronics. 1991. V. 27. № 3. Р. 626-640.Koch T.L., Koren U. Semiconductor photonic integrated circuits // IEEE J. Quantum Electronics. 1991. V. 27. № 3. Р. 641-653.Koch T.L., Koren U. Semiconductor photonic integrated circuits // IEEE J. Quantum Electronics. 1991. V. 27. № 3. Р. 641-653.Liang D., Bowers J.E. Photonic integration: Si or InP substrates // Electronics Letters. 2009. V. 45. № 12. Р. 578-581.Liang D., Bowers J.E. Photonic integration: Si or InP substrates // Electronics Letters. 2009. V. 45. № 12. Р. 578-581.Marpaung D., Roeloffzen C., Heideman R., Leinse A., Sales S., Capmany J. Integrated microwave photonics // Laser & Photonics Reviews. 2013. V. 7. № 4. Р. 506-538.Marpaung D., Roeloffzen C., Heideman R., Leinse A., Sales S., Capmany J. Integrated microwave photonics // Laser & Photonics Reviews. 2013. V. 7. № 4. Р. 506-538.Uruck V.J., McKinney J.D., Williams K.J. Fundamentals of Microwave Photonics. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2015. 467 p.Uruck V.J., McKinney J.D., Williams K.J. Fundamentals of Microwave Photonics. Hoboken, New Jersey, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2015. 467 p.Photonics Integration Conference. High Tech Campus Eindhoven, the Netherlands. 23 Sept. 2015.Photonics Integration Conference. High Tech Campus Eindhoven, the Netherlands. 23 Sept. 2015.НИР «Исследование функциональных элементов оптоэлектронных и оптических интегральных схем на основе фотонных кристаллов для перспективных телекоммуникационных систем». // Аналитическая целевая программа Минобрнауки «Развитие научного потенциала высшей школы», 2009-2011 г.г. рег. № 2.1.2/494НИР «Исследование функциональных элементов оптоэлектронных и оптических интегральных схем на основе фотонных кристаллов для перспективных телекоммуникационных систем». // Аналитическая целевая программа Минобрнауки «Развитие научного потенциала высшей школы», 2009-2011 г.г. рег. № 2.1.2/494Белкин М.Е., Костенко К.Н., Мишина Е.Д. Современные методы и средства автоматизированного проектирования канальных и фотоннокристаллических волноводных структур для пассивных элементов ОИС и ОЭИС // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения / Материалы международной НТК «INTERMATIC-2009». Декабрь 2009 г., Москва. М.: Энергоатомиздат. 2009. Ч. 2. С. 202-212.Белкин М.Е., Костенко К.Н., Мишина Е.Д. Современные методы и средства автоматизированного проектирования канальных и фотоннокристаллических волноводных структур для пассивных элементов ОИС и ОЭИС // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения / Материалы международной НТК «INTERMATIC-2009». Декабрь 2009 г., Москва. М.: Энергоатомиздат. 2009. Ч. 2. С. 202-212.Belkin M.E. TCAD and ECAD Modeling of Microwave and Millimeter Wave Photonic Devices // Int. Symposium PIERS-2009. August 2009. Moscow. Abstracts. Р. 322.Belkin M.E. TCAD and ECAD Modeling of Microwave and Millimeter Wave Photonic Devices // Int. Symposium PIERS-2009. August 2009. Moscow. Abstracts. Р. 322.Белкин М.Е., Васильев М.Г. Полупроводниковые лазерные излучатели с высоким произведением средней мощности на полосу модуляции // Нано- и микросистемная техника. 2008. № 9 (98). С. 23-33.Белкин М.Е., Васильев М.Г. Полупроводниковые лазерные излучатели с высоким произведением средней мощности на полосу модуляции // Нано- и микросистемная техника. 2008. № 9 (98). С. 23-33.Belkin M.E., Vasil’ev M.G. Simulation and design of semiconductor lasers with high power-bandwidth product for modern telecom and radar systems. // Int. Conf. Laser Optics 2008. St. Petersburg, Russia, June 2008. Р. 66.Belkin M.E., Vasil’ev M.G. Simulation and design of semiconductor lasers with high power-bandwidth product for modern telecom and radar systems. // Int. Conf. Laser Optics 2008. St. Petersburg, Russia, June 2008. Р. 66.Белкин М.Е., Белкин Л.М. Исследование эффективности применения полупроводникового лазерного излучателя для передачи многоканального аналогового сигнала СВЧ диапазона // Нано- и микросистемная техника. 2009. № 11. С. 32-37.Белкин М.Е., Белкин Л.М. Исследование эффективности применения полупроводникового лазерного излучателя для передачи многоканального аналогового сигнала СВЧ диапазона // Нано- и микросистемная техника. 2009. № 11. С. 32-37.Belkin M.E., Dzichkovski N.A. Research of Microwave-Bandwidth p-i-n Photodetectors // Proceedings Eurocon-2009. St. Petersburg, Russia, May 2009. Р. 193-196.Belkin M.E., Dzichkovski N.A. Research of Microwave-Bandwidth p-i-n Photodetectors // Proceedings Eurocon-2009. St. Petersburg, Russia, May 2009. Р. 193-196.Belkin M.E. Multiscale Computer Aided Design of Microwave-Band P-I-N Photodetectors. Р. 231-250. // In book Photodetectors / Ed. by S. Gateva. Croatia: InTech, 2012. 460 p.Belkin M.E. Multiscale Computer Aided Design of Microwave-Band P-I-N Photodetectors. Р. 231-250. // In book Photodetectors / Ed. by S. Gateva. Croatia: InTech, 2012. 460 p.Belkin M.E., Belkin L., Loparev A., Sigov A.S., et al. VCSEL-based Processing of Microwave Signals // Int. Topical Meeting on Microwave Photonics. The 9th Asia-Pacific Microwave Photonics Conference, MWP/APMP2014. Sapporo, Japan. Oct. 2014. Р. 481-484.Belkin M.E., Belkin L., Loparev A., Sigov A.S., et al. VCSEL-based Processing of Microwave Signals // Int. Topical Meeting on Microwave Photonics. The 9th Asia-Pacific Microwave Photonics Conference, MWP/APMP2014. Sapporo, Japan. Oct. 2014. Р. 481-484.Belkin M.E., Belkin L., Loparev A., Sigov A.S., Iakovlev V. Long Wavelength VCSELs and VCSEL-Based Processing of Microwave Signals // In book Optoelectronics - Advanced Materials and Devices. / Ed. by S. Pyshkin and J. Ballato. Croatia: InTech, 2015. Chapter 6. Р. 231-250.Belkin M.E., Belkin L., Loparev A., Sigov A.S., Iakovlev V. Long Wavelength VCSELs and VCSEL-Based Processing of Microwave Signals // In book Optoelectronics - Advanced Materials and Devices. / Ed. by S. Pyshkin and J. Ballato. Croatia: InTech, 2015. Chapter 6. Р. 231-250.НИР «Фотоника». Принципы построения и анализа новых приборов и устройств фотоники для перспективных телекоммуникационных систем. 2009-2011 г.г. Рег. № 2.2.2.2/6876.НИР «Фотоника». Принципы построения и анализа новых приборов и устройств фотоники для перспективных телекоммуникационных систем. 2009-2011 г.г. Рег. № 2.2.2.2/6876.НИР «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по приоритетным направлениям «Индустрия наносистем и наноматериалов» и «Информационно-телекоммуникационные системы» в центре коллективного пользования научным оборудованием «Учебно-научное объединение «Электроника». 2009-2010 г.г.НИР «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по приоритетным направлениям «Индустрия наносистем и наноматериалов» и «Информационно-телекоммуникационные системы» в центре коллективного пользования научным оборудованием «Учебно-научное объединение «Электроника». 2009-2010 г.г.Belkin M.E., Loparev A., Semenova Y., Farrell G., Sigov A.S. A Tunable RF-Band Optoelectronic Oscillator and OE-CAD Model for its Simulation // Microwave and Optical Technology Letter. 2011. V. 53. № 11. Р. 2474-2477.Belkin M.E., Loparev A., Semenova Y., Farrell G., Sigov A.S. A Tunable RF-Band Optoelectronic Oscillator and OE-CAD Model for its Simulation // Microwave and Optical Technology Letter. 2011. V. 53. № 11. Р. 2474-2477.Belkin M.E., Loparev A.V. A Microwave Optoelectronic Oscillator: Mach-Zehnder Modulator or VCSEL Based Layout Comparison // PIERS Proceedings. Moscow, Russia, August 19-23 2012. Р. 1138-1142.Belkin M.E., Loparev A.V. A Microwave Optoelectronic Oscillator: Mach-Zehnder Modulator or VCSEL Based Layout Comparison // PIERS Proceedings. Moscow, Russia, August 19-23 2012. Р. 1138-1142.Белкин М.Е., Сигов А.С. Оптические межсоединения в интегральных схемах // Наноиндустрия. 2012. № 1(31). С. 8-14.Белкин М.Е., Сигов А.С. Оптические межсоединения в интегральных схемах // Наноиндустрия. 2012. № 1(31). С. 8-14.Белкин М.Е., Сигов А.С. Исследование проблем создания оптических межсоединений // Наноиндустрия. 2012. № 2(32). С. 18-28.Белкин М.Е., Сигов А.С. Исследование проблем создания оптических межсоединений // Наноиндустрия. 2012. № 2(32). С. 18-28.Белкин М.Е., Бахвалова Т.Н., Хмельницкий И.В. Исследование компонентной базы и узлов гетерогенной фотонной интегральной схемы для оптического межсоединения // Наноматериалы и наноструктуры. 2014. Т. 5. № 4. С. 29-42.Белкин М.Е., Бахвалова Т.Н., Хмельницкий И.В. Исследование компонентной базы и узлов гетерогенной фотонной интегральной схемы для оптического межсоединения // Наноматериалы и наноструктуры. 2014. Т. 5. № 4. С. 29-42.van Dam C., de Vreede L.C.N., Smit M.K., Tauritz J.L., Verbeek B.H. Optical chip design with a microwave CAD-system // in Proc. 10th Eur. Conf. Circuit Theory and Design. Sept. 2-6, 1991. New York: Polytechnic, 1991. V. III. Р. 1316-1323.van Dam C., de Vreede L.C.N., Smit M.K., Tauritz J.L., Verbeek B.H. Optical chip design with a microwave CAD-system // in Proc. 10th Eur. Conf. Circuit Theory and Design. Sept. 2-6, 1991. New York: Polytechnic, 1991. V. III. Р. 1316-1323.Белкин М.Е., Эйнасто М.В. Измерение частотных характеристик фотодиодов с использованием физической эквивалентной схемы // Радиотехника. 1989. № 11. С. 88-91.Белкин М.Е., Эйнасто М.В. Измерение частотных характеристик фотодиодов с использованием физической эквивалентной схемы // Радиотехника. 1989. № 11. С. 88-91.Научно-технический отчет по гранту РФФИ офи_м № 14-29-08141, этап 2, 2015. 32 с.Научно-технический отчет по гранту РФФИ офи_м № 14-29-08141, этап 2, 2015. 32 с.Belkin M.E., Belkin L., Sigov A.S. et al. Performances of Microwave-Band Analog Signal Transmission using Wafer-Fused Long Wavelength VCSELs // IEEE Photonics Technology Letters. 2011. V. 23. № 20. Р. 1463-1465.Belkin M.E., Belkin L., Sigov A.S. et al. Performances of Microwave-Band Analog Signal Transmission using Wafer-Fused Long Wavelength VCSELs // IEEE Photonics Technology Letters. 2011. V. 23. № 20. Р. 1463-1465.Belkin M.E., Iakovlev V. Microwave-band Circuit-level Semiconductor Laser Modeling // 9th European Modelling Symposium on Mathematical Modelling and Computer Simulation, EMS2015, Madrid, Spain, 6-8 October 2015. Р. 443-445.Belkin M.E., Iakovlev V. Microwave-band Circuit-level Semiconductor Laser Modeling // 9th European Modelling Symposium on Mathematical Modelling and Computer Simulation, EMS2015, Madrid, Spain, 6-8 October 2015. Р. 443-445.Belkin M.E., Sigov A.S. Circuit-Level Large-Signal Modeling of Microwave Bandwidth Photodetector // Int. Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications. ICEAA 2015, Torino, Italy, 7-11 Sept. 2015. Р. 1587-1589.Belkin M.E., Sigov A.S. Circuit-Level Large-Signal Modeling of Microwave Bandwidth Photodetector // Int. Conf. on Electromagnetics in Advanced Applications. ICEAA 2015, Torino, Italy, 7-11 Sept. 2015. Р. 1587-1589.Головин В.В., Тыщук Ю.Н. Применение модели электрооптического модулятора Маха-Цандера в оптической диаграммообразующей схеме антенной решетки // 25-я Междунар. НТК СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии, КрыМиКо-2015, г. Севастополь, 6-12 сентября 2015. С. 1031-1032.Головин В.В., Тыщук Ю.Н. Применение модели электрооптического модулятора Маха-Цандера в оптической диаграммообразующей схеме антенной решетки // 25-я Междунар. НТК СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии, КрыМиКо-2015, г. Севастополь, 6-12 сентября 2015. С. 1031-1032.Belkin M. E., Golovin V. Microwave Electronic CAD Modeling of Microwave-Band Optoelectronic Oscillator Based on Long Wavelength VCSEL // Int. Conf. on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems. COMCAS 2015. Tel Aviv, Israel, 2-4 November 2015. Р. 1-3.Belkin M. E., Golovin V. Microwave Electronic CAD Modeling of Microwave-Band Optoelectronic Oscillator Based on Long Wavelength VCSEL // Int. Conf. on Microwaves, Communications, Antennas and Electronic Systems. COMCAS 2015. Tel Aviv, Israel, 2-4 November 2015. Р. 1-3.Belkin M.E., Tyschuk Y. Microwave Electronic CAD Modeling of Microwave Photonic Devices Based on LW-VCSEL Mixing // II Int. Conf. on Microwave and Photonics. ICMAP-2015. Dhanbad, India December 11-13, 2015. Р. 1-2.Belkin M.E., Tyschuk Y. Microwave Electronic CAD Modeling of Microwave Photonic Devices Based on LW-VCSEL Mixing // II Int. Conf. on Microwave and Photonics. ICMAP-2015. Dhanbad, India December 11-13, 2015. Р. 1-2.

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