محاسبه و تحليل پايداري مودهاي نوساني نوسان‌ساز الكترونوري پهن باند در حوزه فركانس

Frequency domain computation and stability analysis of oscillation modes of wideband optoelectronic oscillators

نوسان‌سازهاي الكترونوري با بهره‌گيري از يك خط تأخير فيبر نوري بلند در نقش مشدد با ضريب كيفيت بالا قادر به توليد امواج راديويي و مايكروويو بسيار كم نويز هستند. محاسبه كليه مودهاي نوساني و تحليل پايداري مودهاي مذكور اين نوسان‌سازها با استفاده از يك روش تحليل سريع حوزه فركانس در حالتي كه فيلتر فركانس راديويي حلقه داراي پهناي باند زياد است موضوع مقاله حاضر است. پهناي باند زياد فيلتر مي‌تواند جهت توليد هم‌زمان هارمونيك‌هاي نوسان و يا توليد قابليت جاروب فركانس نوسان در يك باند محدود با استفاده از شيفت فاز دهنده متغير و فيبر نوري كوتاه مورداستفاده باشد. نشان داده خواهد شد كه در حالت پهناي باند زياد، لحاظ‌نمودن صرفاً هارمونيك اصلي، به‌عوض تعداد كافي از هارمونيك‌ها مي‌تواند منجر به توليد خطاي قابل‌توجه در محاسبه شكل زماني مودهاي نوسان و تشخيص اشتباه در خصوص پايداري مودها گردد. يافتن پاسخ مودها در حضور همه هارمونيك‌ها توسط يك روش مبتني بر الگوريتم آرامش پيشنهاد خواهد شد. بررسي پايداري مودها توسط تحليل پايداري نايكوئيست اعمال‌شده روي سيستم اختلال معادل در حوزه طيف انجام خواهد شد. دقت و صحت روش محاسبه مودها و تحليل پايداري آن‌ها با مقايسه نتايج آن با روش وقت‌گير انتگرال‌گيري در حوزه زمان به تأييد خواهد رسيد.

Optoelectronic oscillators (OEOs) use a long optical fiber delay line as a very high-Q resonator to produce very low phase noise RF/microwave oscillations. Computing all the oscillation modes and stability analysis of them in the frequency domain, in case of having wide band RF/microwave filters in their oscillation loops, is addressed in the current paper. Such a large bandwidth can be used to produce harmonic components of the oscillation or to give the possibility of sweeping the oscillation frequency in a large bandwidth by using a phase shifter and a small fiber. It is shown that in the case of OEOs with wideband RF filters, considering only the fundamental harmonic, instead of adequate number of them, may result in noticeable error in steady state computations as well as erroneous judgment about the stability of the modes. A relaxation algorithm is introduced for computing the oscillation modes. Stability analysis is performed by implementing the Nyquist stability test on a spectral domain system of equations governing the perturbations. The validity of the analysis approaches of this paper are verified by comparing their results against the time-consuming time-domain integrations.