-
8/6/2019 Filtre fotonice
1/8
FILTRE FOTONICE
INTRODUCERE(1):
Filtrele fotonice sunt subsisteme fotonice concepute cu scopul
de a ndeplinisarcini echivalente cu cele ale unui filtru cu
microunde obi nut, ntr-o anumita frecvenradio (RF), sistemsau
legatura, aducand avantaje suplimentare inerente la fotonic ,cum ar
fi pierderi reduse, l ime de band mare, imunitate la interferen
eleelectromagnetice (EMI), adaptabilitate, i reconfigurabilitate.
Exist un interes ncre tere n acest subiect, deoarece filtrele
fotonice ajuta la imbunatatireaperformantelor retelelor wireless
broadband ce sunt in curs de dezvoltare.Standardele
pentru aceste tipuri de filtre se ntinde incepand de la sistemul
universal detelecomunica ii mobile (UMTS) pentru accesarea re
elelor fixe, inclusiv re eaua localf r fir (WLAN), World
Interoperability for Microwave Access, (WIMAX), serviciul ddistribu
ie multipunct locale (LMDS), etc, si au ca tinta cre terea capacit
ii prinreducerea ariei de acoperire. O tehnologie care s permit s
ob in acest obiectiv sebazeaz pe radio-over-fiber (ROF), n cazul n
care sistemele de procesare asemnalului sunt efectuate la un birou
central la care semnalele sunt transportate de launit i de antene
ieftine la distan (Raus). Pe de alt parte, filtrele fotonice
cumicrounde pot g si aplica ii n domenii specializate, cum ar fi
radarul i fotonicbeamsteering (schimbarea directiei lobului
principal al unei tip de radiatie).
Prin filtru fotonic pe baza de microunde se intelege un
subsistem fotonicconceput cu scopul de a efectua sarcini
echivalente cu cele ale unui filtru cu microundeobi nuit intr-o
anumita frecven radio (RF) sau legatura de sistem, aducnd
avantajesuplimentare inerente la fotonic , cum ar fi pierderi
reduse, de band , imunitate lainterferen ele electromagnetice
(EMI), adaptabilitate i reconfigurabilitate. In acest caz,termenul
de microunde este utilizat pentru a desemna fie RF, sau semnale de
tipmilimeter-wave.
O aplicatie a filtrelor fotonice este radarul ce detecteaza o
tinta in miscare (MTI
Moving target identification). Radarul MTI utilizeaz efectul
Doppler pentru a separaobiectivelor de interes de la dezordine
(terenuri, apa de mare, ploaie, etc). Pentru a faceacest lucru,
radarul trimite o secven de impulsuri cu l imea pulsului egala cu
sigma,i perioada de intrepuls PRI = 1/PRF, unde PRF decrie frecven
a de repeti ie aimpulsurilor. Orice obiect n mi care va genera o
schimbare Doppler fata defrecven a centrala a radarului in functie
de vitez obiectului (dR / dt), unde R (t)desemneaz variabile
timp-distanta de la int la radar. Semn tura spectrala a fiec
rui
-
8/6/2019 Filtre fotonice
2/8
obiect se repet n spectrul periodiccu o perioad dat de c tre
PRF, carestabile te nmod evident limita privind schimbare ambigua a
efectului Doppler.
Astfel, concentrndu-se pe o regiune spectral de la f0 la f0+PRF
este suficientpentru a ob ine toate informa iile privind intele n
mi care i zgomotul de fond, ceea ceeste necesar dup detectarea
semnalului este o etap de prelucrare a semnaluluipentru a efectua o
filtrare a zgomotului (semnalele nedorite) de la int . Acest lucru
estede obicei efectuat a a cum se arat n partea de jos prin
utilizarea unui filtru digitalplasat dup frecven a de
conversie-jos, utilizand totodata un convertor
analog-digital(ADC).
n scopul de a distinge micile ecouri din int de ecourile mari de
la obiectele fixe,sunt necesare convertoare analog-digitale de nalt
performan (de la 14la 18 bi i derezolutie), ceea ce reprezint
unblocaj major n sistem. n cazul n care zgomotul defond e
minimizat, inainte de conversie, se pot reduce cerin ele de nalt
rezolu ie ale
ADCului. De exemplu, cu o atenuare de 30 dB a zgomotului de
fond,bitii de rezolutienecesari ADCului sunt redusi cu 5 bi i.
-
8/6/2019 Filtre fotonice
3/8
Aceast opera iune este dificil i costisitoare n domeniul
microundelordar este simpladac semnalul este modulat RF ntr-un
suport optic, intregul semnal fiind ulterior procesat direct n
domeniul optic cu ajutorul unui filtru fotonice, a a cum se
arat n figura de mai jos.
Acest exemplu ilustreaz conceptul general din spatele filtrelor
fotonice, careurmeaz s nlocuiasc abordarea tradi ional fa de semnal
RF de prelucrareprezentate n figura de jos , caz n care un semnal
RF venit de la o sursa RF sau careprovine de la o anten , este
alimentat la un circuit RF care ndepline te sarcinile deprocesare a
semnalului (de obicei la o frecventa dup o opera ie de
conversie-jos). naceast abordare prezentat n partea inferioar din
figura, semnalul RF, care a fostgenerat initial pentru a modula o
purtatoare optica, este direct prelucrat n domeniuloptic de c tre
un filtru fotonic pe baza de fibra, dispozitive integrate fotonice
i circuite.
-
8/6/2019 Filtre fotonice
4/8
CONCEPTE GENERALE(2):
Un filtru fotonic este o structur fotonica, al c rui obiectiv
este acela de a nlocui un sistem cu microunde de filtrare standard
folosit intr-un ssistem RF, aducando serie de
avantaje(tunabilitate, reconfigurare, imunitatea electromagnetic ,
etc)
-
8/6/2019 Filtre fotonice
5/8
Referindu-ne la partea superioar a Figurii de mai sus putem
aprecia dinblocurile reprezentate casistemulde conversie optic este
realizat prin o modulatie a uneiunde directe precum si o unda (CW)
continuta intr-o matrice pentr transport optic iar semnalul compus
este alimentat cu un circuit fotonic cu probele semnalului in
domenuil timp i le combin prin utilizarea liniilor optice de
ntrziere.
La ie irea (e), semnalul rezultat (e) este converit optic (RF)
prin intermediuldiverselor receptoare optice producatoare de semnal
de iesire.
Partea de jos a Fig. 4 arat o reprezentare echivalenta de tip
black-box a unuifiltru fotonic. n esen , este de a teptat s
exprimam liniar intrarea si iesirea RF prinimtermediul unui impuls
h in domeniul timp sau sa exprimam in functie de un raspuns
infrecven H ( ) In practic , ns , aceast rela ie liniar poate fi
obtinuta numai inconditiile de functioare speciala. Acest lucru se
poate intelege prin observarea figurii demai sus.
Functionarea unui filtru fotonic poate fi, de asemenea descrisa
n terminiiecua iei diferen iale corespunzatoare functiei de
system.
n ultima ecuatie , func ia sistemului este exprimat ca raportul
dintre celedou polinoame N (z) i D (z) a variabilei complexe z,r d
cinile care sunt cunoscutesub numele zerourile i polii filtrului.
Loca ia zerourilor si polilor filtrului deinde de
valorcoeficinntilor filtrului Bi si Cj si determina modul de
raspuns si de faza a filtrelor fotoniceIar acest raspuns poate fi
un minim un maxim sau cu faza liniara.
Observarea func iei de transfer pentru filtrele fotonice cu
microunde este data dinprima relatie din seria de realatii de mai
sus. Spectrul acestei functii este periodic cu operioada de 2 / T.
Aceasta perioada este cunoscuta ca largimea spectrala libera
afiltrului. Deci spectrul unui filtru fotonic; iar figura de mai
jos e un exemplu tipic care vadefini parametrii spectrali de
baza
-
8/6/2019 Filtre fotonice
6/8
Pentru filtrele trece banda, selectivitatea spectrala a oricarei
benzi de treceredata de valoare de 3db notate ca FWHM. Definim
factorul Q ca fiind selectivitateafiltrului la o frecventa de
rezonanta data ca fiind raportul de mai jos:
Valoarea factorului Q este legat de num rul de probe utilizate.
n cele din urma,rejectarea canalelor neadiacente se masoara prin
raportul (RSSM).
APLICATII ALE FILTRLOR FOTONICE:
n afar de aplicatiile in radarele de la sol descries in
Sectiunea I, exista cusiguranta o gama larga de aplicatii; de
exemplu pentru dezvoltarea retelelor de tipulwireless access
networks (WAN), iar aplicatiile se intand de la sistemul universal
detelecomunica ii mobile (UMTS-english-) pana la retelele de acces
de tipul picocelular (access picocellular networks- APN-) este
nevoie in toate aceste aplicatii sa seoptimizeze capacitatea ed
transfer prin reducere ariei de acoperire.etc
Filtrele fotonice pot fi folosite fie pentru rejectarea de
rejectare de canal saupentru aplicatii de selectare a canalului n
primul caz, avem de a face cu un link opticUn exemplu paradigmatic
poate fi gazit in aplicatiile de radio-astronimie la
caretransmiterea semnalului la mai multe statii de la statia
centrala necesita
filtrarea/separarea semnalelor generate de om de semnalele
astronimice de interes inacest domeniu, acest lucru fiind rezolvat
cu ajutorul filtrelor fotonice. Capacitatea de arespeinge aceste
semnale de interferenta RF direct in domeniul optic este o
altacaracteristica a filtrelor fotonice. Un alt exemplu este Acela
de atenuare a zgomotuluidupa primirea semnalului a unei baze de
comunicatii UMTS dupa filtrarea cu ajutorulunui filtru SAW. In cel
de-al doilea caz un filtru trecebanda fotonic poate fi utilizat
pentrua selecta o anumita banda sau portiune de spectru RF, mai
mult banda poate fi sischimbata daca filtrul ae posibilitatea de a
fi acordat la o anumita frecventa de
-
8/6/2019 Filtre fotonice
7/8
rezonanta. In ambele cazuri regiunea de palier sau de rejectare
poate fi mai mare decativa zeci de gigaherzi sau mai mica ca un
megahertz datorita liniilor fotonice de bandalarga interzisa.
Revenind la nevoia in toate aceste aplicatii sa se optimizeze
capacitatea detransfer prin reducere ariei de acoperire.in figura
de mai sus am aratat implementareaunei tehnologii de obtinere a
sistemelor radio over fiber (ROF) in cazul in caresemnalele radio
sunt distribuite de la o statie centralae la mai multe statii
auxiliarefolosind fibra optica asha cum am aratat in desenul de mai
sus. RoF face posibilacentralizarea semnalelor RF. Procetand in
acest mod Raus este simplificat semnificativcat timp au nevoie doar
sa execute functii de amplificari si conversii optoelectronica.
-
8/6/2019 Filtre fotonice
8/8
FILTRE FOTONICE-referat-
Studenti:
-Marin Alexandru-Popa Mihai
Grupa:442E
Universitatea Politehnica BucurestiElectronica Telecomunicatii
si Thenologia Informatiei
