Bezprzewodowy odbiornik dielektryczny

Bezprzewodowy odbiornik dielektryczny jest rodzajem front-endu odbiornika częstotliwości radiowej charakteryzującego się całkowitym brakiem obwodów elektronicznych i metalowych połączeń. Zapewnia odporność na uszkodzenia spowodowane intensywnym promieniowaniem elektromagnetycznym, wytwarzanym przez źródła EMP i HPM . Odbiornik ten jest znany jako ADNERF (akronim używany do oznaczania przedniego końca całkowicie dielektrycznego N on- elektronicznego radia ) . ADNERF to rodzaj odbiornika mikrofalowego odpornego na impulsy elektromagnetyczne ( EMPiRe).

Tło

Ciągła tendencja do zmniejszania rozmiaru elementów i napięcia w układach scalonych sprawia, że ​​nowoczesna elektronika jest bardzo podatna na uszkodzenia spowodowane przez mikrofale dużej mocy ( HPM ) i inne ukierunkowane źródła energii oparte na mikrofalach. Indukują one przejściowe przepięcia wysokiego napięcia o wartości tysięcy woltów, które mogą przebić się przez izolator bramki w tranzystorze i zniszczyć metalowe połączenia obwodu. Aby uodpornić systemy elektroniczne na takie zagrożenia, należy wyeliminować „słabe punkty” (metal i tranzystor) w przednim końcu konwencjonalnego odbiornika.

Operacja

Ryc. 1 Koncepcja wspomaganej fotonicznie całkowicie dielektrycznej technologii RF front-end. Antena elektrooptycznie (EO) przechwytuje sygnał RF w wolnej przestrzeni. Wbudowane łącze optyczne zapewnia całkowitą izolację elektryczną między interfejsem radiowym a obwodami elektronicznymi, które znajdują się dopiero za fotodetektorem (PD).

Ryc. 2 Szczegóły konstrukcji front-endu odbiornika. a , Trójwymiarowy rysunek DRA. b , Symulacja numeryczna rozkładu pola elektrycznego $wewnątrz$ płaszczyźnie

Podstawowa koncepcja tej całkowicie dielektrycznej technologii RF typu front-end, wspomaganej fotoniką, jest pokazana na ryc. 1. Antena rezonatora dielektrycznego (DRA) w części przedniej działa jako koncentrator nadchodzącego pola elektromagnetycznego. Kiedy pole elektromagnetyczne (EM) wzbudza rezonans DRA, wewnątrz struktury powstaje wzór pola modowego. Rezonator EO jest umieszczony w miejscu szczytowej wielkości pola (ryc. 2). Rezonator EO przetwarza odebrany sygnał EM na sygnał optyczny o modulowanej intensywności, który jest następnie przenoszony z czoła anteny przez światłowód. W odległym miejscu sygnał jest konwertowany z powrotem na sygnał RF, który jest następnie wzmacniany i przetwarzany przy użyciu konwencjonalnych technik. Ta konstrukcja front-end znacznie zwiększa próg uszkodzeń związanych z sygnałami mikrofalowymi dużej mocy. Brak metalowych interkonektów eliminuje jedno źródło awarii. Ponadto izolacja ładunku zapewniona przez łącze optyczne chroni obwody elektroniczne. Dobrą czułość można osiągnąć dzięki wzmocnieniu sygnału zapewnianemu przez rezonans mikrofalowy w DRA i rezonans optyczny w rezonatorze EO. Modulujące pole E ( E _RF ) zastosowane do rezonatora nie powinno być jednolite na całym dysku, w przeciwnym razie modulacja nie nastąpi. Aby temu zapobiec, rezonator EO jest umieszczony poza środkiem osi symetrii DRA, jak pokazano na ryc. 2. Lokalizacja rezonatora EO jest wybrana tak, aby pokrywała się ze szczytowym polem EM wewnątrz DRA, które jest identyfikowane za pomocą 3 -D Symulacje EM.

1. Abrams, M. Świt e-bomby. IEEE Spectrum 40 , 24-30 (2003). [1]
2. RCJ Hsu, A. Ayazi, B. Houshmand i B. Jalali, „ All-Dielectric Photonic-Assisted Radio Front-End Technology”, „ Nature Photonics 1” , 535–538 (2007). [2]
3. A. Ayazi, CJ Hsu, B. Houshmand, WH Steier i B. Jalali, „ Całkowicie dielektryczny odbiornik bezprzewodowy wspomagany fotoniką ”, Optics Express (2008). [3]
4. Program EMPiRe DARPA. [4]