Tesis de maestría

Líneas de retardo real para conformación óptica de haces de microondas

Resumen

La conformación de haces por medios ópticos, Optical Beamforming (OBF), es una técnica que hace uso del procesamiento óptico o fotónico de señales de microondas para dar forma y dirección al patrón de radiación de un arreglo o conjunto de antenas. En este trabajo se presenta el estudio de dispositivos fotónicos conocidos como Optical Ring Resonators (ORRs) que resultan aptos para generar los retardos reales necesarios en las señales de microondas que modulan una portadora óptica y luego alimentan el conjunto de antenas en un sistema de OBF. Primeramente se obtiene un modelo matemático que describe la respuesta del dispositivo, y se analiza la influencia de cada uno de los parámetros que intervienen en él. Mediante simulaciones numéricas, se analiza la propagación de un pulso a través del resonador y se verifica su capacidad para generar retardos controlados. Luego, con el fin de mejorar algunas características de la respuesta, se investigan distintas configuraciones y formas de conexión. A partir de este análisis, se elige la conexión en cascada de varios ORRs de dos puertos como la más apropiada para implementar líneas de retardo controlables que puedan luego ser aplicadas en un sistema de OBF. Se propone, entonces, una estrategia de control simple y eficaz para controlar los ORRs y así generar retardos con ciertas características deseadas, como valor medio y ripple dentro del ancho de banda de interés. Debido a su simplicidad, la estrategia propuesta puede ser implementada fácilmente en un dispositivo DSP o FPGA. Por último, se analiza, mediante simulaciones numéricas, el desempeño de un sistema de OBF basado en las líneas de retardo estudiadas y la estrategia de control propuestas. Los resultados obtenidos a lo largo del trabajo muestran las ventajas que presentan estos dispositivos fotónicos frente a su contraparte electrónica al ser utilizados en un sistema conformador de haz, relacionadas con la posibilidad de operar en grandes anchos de banda con variaciones mínimas en el ángulo de direccionamiento del sistema.

The beamforming by optical means, known as Optical Beamforming (OBF), is a technique that makes use of optical or photonic processing of microwave signals to shape and direct the radiation pattern of an array or set of antennas. In this work, it is presented the study of photonic devices, known as Optical Ring Resonators (ORRs), suitable to generate the true-time delays of microwave signals, which are modulating an optical carrier and feed the antenna array in an OBF system. First, a mathematical model describing the device response is obtained, and the influence of each of the parameters involved in it is analyzed. By means of numerical simulations, the propagation of a pulse through the resonator is analyzed, and its ability to generate controlled delays is verified. Then, in order to improve some characteristics of the response, different configurations and connection types are investigated. From this analysis, the cascading of several twoports ORRs as the most appropriate to implement controllable delay lines that can then be applied to an OBF system is chosen. It is proposed, then, a simple and effective strategy for controlling the ORRs and generate delays with certain desired characteristics, such as mean value and ripple within the bandwidth of interest. Because of its simplicity, the proposed strategy can easily be implemented on a DSP or FPGA device. Finally, by numerical simulations, the performance of an OBF system based on the studied delay lines and the proposed control strategy is analyzed. Results show the advantages these photonic devices present over their electronic counterpart when used in a beamforming system, related to the possibility of operating in large bandwidths with minimal variations in the steering angle of the system.

Palabras clave
Optical Beamforming
Optical Ring Resonator
True Time Delay
Retardos reales
Resonador óptico en anillo
Conformación óptica de haces
Microondas
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