mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2022-10-4-27-37mireabulletin-547Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSМодульная многопозиционная когерентная цифровая радиофотонная системаPhotonics-based modular multistate digital coherent systemhttps://orcid.org/0000-0002-6048-3476УнченкоИ. В.UnchenkoI. V.

Унченко Иван Владимирович - старший преподаватель кафедры инженерной экологии техносферы Института радиоэлектроники и информатики, начальник отдела по разработке аппаратных средств Отделения инновации и разработки Научно-технологического центра «Наука» РТУ МИРЭА; инженер КНИРТИ; генеральный директор ООО «ТАР».

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78; 249192, Калужская область, Жуков, ул. Ленина, д. 2; 249096, Калужская область, Малоярославец, ул. Герцена, д. 60А.

SPIN-код РИНЦ 8819-1136

Ivan V. Unchenko - Senior Lecturer, Department of Engineering Ecology of the Technosphere, Institute of Radio Electronics and Informatics, Head of the Hardware Development Department of the Innovation and Development Department of the Science and Technology Center “Science,” MIREA - Russian Technological University; Engineer, Kaluga Scientific Research Institute of Radio Technology; General Director, Hardware Solutions Technologies.

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454; 2, Lenina ul., Zhukov, Kaluga oblast, 249192; 60А, Herzena ul., Maloyaroslavets, Kaluga oblast, 249096.

RSCI SPIN-code 8819-1136

unchenkoivan@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0839-7853ЕмельяновА. А.EmelyanovA. A.

Емельянов Андрей Александрович - старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории Отделения инновации и разработки Научно-технологического центра «Наука» РТУ МИРЭА; инженер КНИРТИ; заместитель генерального директора, научный сотрудник ООО «ТАР».

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78; 249192, Калужская область, Жуков, ул. Ленина, д. 2; 249096, Калужская область, Малоярославец, ул. Герцена, д. 60А.

SPIN-код РИНЦ 7890-4740

Andrey А. Emelyanov - Senior Researcher, Research Laboratory of the Innovation and Development Department of the Science and Technology Center “Science,” MIREA - Russian Technological University; Engineer, Kaluga Scientific Research Institute of Radio Technology; Deputy General Director, Researcher, Hardware Solutions Technologies.

78, Vernadskogo pr., Moscow, 119454; 2, Lenina ul., Zhukov, Kaluga oblast, 249192; 60А, Herzena ul., Maloyaroslavets, Kaluga oblast, 249096.

RSCI SPIN-code 7890-4740

nd1794@yandex.ruМИРЭА - Российский технологический университет; Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт; Технологии аппаратных решенийРоссияMIREA - Russian Technological University; Kaluga Research Institute of Radio Engineering; Hardware Solutions TechnologiesRussian Federation2022300720221042737Copyright © Унченко И.В., Емельянов А.А., 20222022Унченко И.В., Емельянов А.А.Unchenko I.V., Emelyanov A.A.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/547Цели

Цели. Разработка межвидовых и межклассовых способов построения радиотехнических когерентных систем на основе модульной дополняемой структуры.

Методы

Методы. В качестве базового набора для построения тракта цифровой радиофотонной системы предлагается рассмотреть комплекс модулей и субмодулей, не имеющих узкой специализации и в совокупности составляющих широкополосную гибкую аппаратно-реконфигурируемую программно-определяемую радиотехническую структуру. Благодаря широкополосности и дополняемой структуре модули и субмодули имеют множество применений, как в качестве самостоятельных устройств, так и в составе более сложных систем.

Результаты

Результаты. Представлены функциональные схемы современных цифровых приемников-формирователей, модулей усиления радиочастотных сигналов, модулей преобразования радиочастотных сигналов в оптический сигнал, радиофотонной синхросети формирования тактовых сигналов. Приведены расчеты вносимой фазовой ошибки кварцевого одномодового волокна и графики зависимости изменения фазы сигнала от внешних воздействующих факторов. Предложена концепция интеграции представленных модулей и построения модульной приемо-передающей многопозиционной широкополосной когерентной цифровой радио-фотонной системы. Приведены расчеты диаграмм направленности и результаты математического моделирования отклонения луча широкополосной антенной линейки. Показаны антенные системы на ее основе.

Выводы

Выводы. Предложенные методы позволят существенно сократить сроки разработки новых типов систем за счет линейки готовых технических решений. Разработанные устройства обладают параметрами, не уступающими лучшим мировым аналогам, а в рамках интеграции в систему позволяют превзойти существующие решения. Апробирование разработок проведено в рамках НИОКР на базе АО «Калужский научно-исследовательский радиотехнический институт» и ООО «Технологии аппаратных решений». Предложенные решения интегрированы на уровне подсистем в перспективные разработки продукции гражданского и специального назначения. Дальнейшее развитие концепции построения сверхширокополосных устройств позволит достигнуть нового уровня в технологии построения модульных многопозиционных когерентных цифровых радиофотонных систем.

Objectives

Objectives. The study aimed to develop interspecies and interclass methods for constructing coherent radio engineering systems based on a modular complementary structure.

Methods

Methods. A set of modules and submodules having no narrow specialization and together constituting a flexible broadband hardware-reconfigurable software-defined radio engineering structure is considered as the basic set for constructing a digital radio photonic system path. Due to their broadbandness and complementary structure, modules and submodules have many applications both as self-sustained devices and as part of more complex systems.

Results

Results. Functional diagrams of modern digital receiver-shapers, as well as modules for amplifying radio frequency signals and converting radio frequency signals into an optical signal are presented along with a radio photonic synchronization network for generating clock signals. Calculations of the introduced phase error of a quartz singlemode fiber and graphs of the dependence of the change in the signal phase on external influencing factors are given. A concept for integrating the presented modules into the construction of a modular transceiver multiposition wideband coherent digital radio photonic system is proposed. The results of calculating radiation patterns and mathematical modeling the beam deflection of a broadband antenna array are presented along with antenna systems based thereon.

Conclusions

Conclusions. The proposed circuit design solutions allow the time required for developing new types of systems to be significantly reduced due to the range of ready-made technical solutions. Not only are the parameters of the developed devices comparable to the best world analogues, but they also surpass existing solutions in terms of system integration. The developments have been tested under R&D project at the Kaluga Scientific Research Institute of Radio Technology and Hardware Solution Technologies (TAR). The proposed solutions are integrated at the subsystem level into advanced developments of products for civil and special purpose. Further development of the concept of building ultra-wideband devices allows reaching a new level in the technology of constructing modular multiposition coherent digital radio photonic systems.

цифровые антенные решеткирадарактивная фазированная антенная решеткалазерфотодиодцифроаналоговый преобразовательаналогово-цифровой преобразовательцифровое диаграммообразованиеdigital antenna arraysradaractive phased antenna arraylaserphotodiodedigital-to-analog converteranalog-to-digital converterdigital beamformingReferencesDu J.F., Fan X.J., Cao X.H., Li M., Zhu N.H., Li W. Transmission of dual-chirp microwave signal over fiber with suppression chromatic-dispersion-induced power-fading based on stimulated Brillouin scattering. Opt. Commun. 2022;508:127787. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127787Du J.F., Fan X.J., Cao X.H., Li M., Zhu N.H., Li W. Transmission of dual-chirp microwave signal over fiber with suppression chromatic-dispersion-induced power-fading based on stimulated Brillouin scattering. Opt. Commun. 2022;508:127787. https://doi.org/10.1016/j.optcom.2021.127787Mo Zh., Li R., Yang J., Dong J., Cao J., Li W. A photonics radar with remoting antenna based on photonic assisted signal generation and stretch processing. In: 2019 IEEE Radar Conference (RadarConf). 2019. Accession Number: 18993737. https://doi.org/10.1109/RADAR.2019.8835512Mo Zh., Li R., Yang J., Dong J., Cao J., Li W. A photonics radar with remoting antenna based on photonic assisted signal generation and stretch processing. In: 2019 IEEE Radar Conference (RadarConf). 2019. Accession Number: 18993737. https://doi.org/10.1109/RADAR.2019.8835512Kashin V.A., Shurygina I.S. Synthesis of multibeam directivity patterns to improve performance of radar stations with an active phased antenna array. J. Commun. Technol. Electron. 2021;66(10):1155-1162. https://doi.org/10.1134/S1064226921100089Kashin V.A., Shurygina I.S. Synthesis of multibeam directivity patterns to improve performance of radar stations with an active phased antenna array. J. Commun. Technol. Electron. 2021;66(10):1155-1162. https://doi.org/10.1134/S1064226921100089Быстров Р.П., Соколов С.А., Черепенин В.А. Системы и устройства на основе радиофотоники применительно к радиолокации. Журнал радиоэлектроники. 2017;6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun17/3/text.pdfBystrov R.P., Sokolov S.A., Cherepenin V.A. On the possibility of radio photonics technique in radar applications. Zhurnal radioelektroniki = J. Radio Electronics. 2017;6 (in Russ.). Available from URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun17/3/text.pdf.Голов Н.А., Усачев В.А., Боев С.Ф., Савченко В.П., Шулунов А.Н., Зубарев Ю.Б. Эволюция радиофотоники и перспективы ее применения в радиолокации. РТИ Системы ВКО - 2017: Труды V Всерос. научно-техн. конф. 2018. С. 292-320.Golov N.A., Usachev V.A., Boev S.F., Savchenko V.P., Shulunov A.N., Zubarev Yu.B. Evolution of radiophotonics and prospects for its application in radar. In: RTI Systems VKO 2017: Proceedings of the V All-Russian Scientific and Technical. Conf. 2018. P. 292-320 (in Russ.).Lee J.J., et al. Photonic wideband array antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1995;43(9):966-982. https://doi.org/10.1109/8.410214Lee J.J., et al. Photonic wideband array antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1995;43(9):966-982. https://doi.org/10.1109/8.410214Winnall S.T., Lindsay A.C., Knight G.A. A wideband microwave photonic phase and frequency shifter. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1997;45(6):1003-1006. https://doi.org/10.1109/22.588620Winnall S.T., Lindsay A.C., Knight G.A. A wideband microwave photonic phase and frequency shifter. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1997;45(6):1003-1006. https://doi.org/10.1109/22.588620Yao J. Microwave photonics. J. Lightwave Technology. 2009;27(3):314-335. https://doi.org/10.1109/JLT.2008.2009551Yao J. Microwave photonics. J. Lightwave Technology. 2009;27(3):314-335. https://doi.org/10.1109/JLT.2008.2009551Унченко И.В. Модульная многопозиционная цифровая радиофотонная система. В сб.: Молодежь и будущее авиации и космонавтики - 2020: Сборник аннотаций конкурсных работ. 12-й Всероссийский межотраслевой молодежный конкурс научно-технических работ и проектов в области авиационной и ракетно-космической техники и технологий. 2020. 123 с.Unchenko I.V. Modular multi position digital radio frequency photonics system. In: Youth and the Future of Aviation and Cosmonautics 2020: Collection of abstracts of competitive works. The 12th All-Russian Intersectoral Youth Competition of Scientific and Technical Works and Projects in the Field of Aviation and Rocket and Space Technologies. 2020. P. 123 (in Russ.).Емельянов А.А. Белкин М.Е., Топорков Н.В., Масной В.А. Особенности построения бортовой волоконно-оптической синхросети. Радиотехника. 2017;8:121-126.Emel'yanov A.A. Belkin M.E., Toporkov N.V., Masnoi V.A. The features of designing onboard fiber-optic syncronetwork. Radiotekhnika = J. Radioengineering. 2017;8:121-126 (in Russ.).Воскресенский Д.И., Котов Ю.В., Овчинникова Е.В. Тенденции развития широкополосных фазированных антенных решеток (обзор работ). Антенны. 2005;11: 7-21.Voskresenskii D.I., Kotov Yu.V., Ovchinnikova E.V. Trends in the development of broadband phased antenna arrays (review). Antenny =J. Antennas. 2005;11(102): 7-21 (in Russ.).Wang F., Wang P., Zhang X., Li H., Himed B. An overview of parametric modeling and methods for radar target detection with limited data. In: IEEE Access. 2021;9:60459-60469. https://doi.org/10.1109/ ACCESS.2021.3074063Wang F., Wang P., Zhang X., Li H., Himed B. An overview of parametric modeling and methods for radar target detection with limited data. In: IEEE Access. 2021;9:60459-60469. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3074063Григорьев Л.Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. М.: Радиотехника; 2010. 144 с. ISBN 978-5-88070-243-5Grigor'ev L.N. Tsifrovoe formirovanie diagrammy napravlennosti v fazirovannykh antennykh reshetkakh (Digital Beam Forming in Phased Antenna Arrays). Moscow: Radiotekhnika; 2010. 144 p. (in Russ.). ISBN 978-5-88070-243-5Maltsev S.B., Shcherbakov M.V., Voitovych O.N., et al. Investigation and tuning procedure of Ka-band phased antenna array. Radioelectron. Commun. Syst. 2021;64(9):501-508. https://doi.org/10.3103/S0735272721090053Maltsev S.B., Shcherbakov M.V., Voitovych O.N., et al. Investigation and tuning procedure of Ka-band phased antenna array. Radioelectron. Commun. Syst. 2021;64(9):501-508. https://doi.org/10.3103/S0735272721090053Легкий Н.М., Унченко И.В. Формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. Российский технологический журнал. 2019;7(2): 29-38. https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-2-29-38Legkiy N.M., Unchenko I.V. Formation of the direction diagram in phased antenna arrays. Russian Technological Journal. 2019;7(2):29-38 (in Russ). https://doi.org/10.32362/2500-316X-2019-7-2-29-38Gross F.B. Frontiers in Antennas: Next Generation Design & Engineering. The McGraw-Hill Companies; 2011. 526 p.Gross F.B. Frontiers in Antennas: Next Generation Design & Engineering. The McGraw-Hill Companies; 2011. 526 p.Унченко И.В. Диаграммообразование активных фазированных антенных решеток. Современные проблемы совершенствования работы железнодорожного транспорта. 2018;14:331-337.Unchenko I.V. Diagram formation of active phased antenna arrays. Sovremennye problemy sovershenstvovaniya raboty zheleznodorozhnogo transporta. 2018;14:331-337 (in Russ.).

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