Structural optimization of optoelectronic components in millimeter-wave radio-transmitting modules

• Published in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Date: 2020
• Main Authors: Kremenetskaya, Y.A., Markov, S.E., Melnyk, Yu.V.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2020
• Subjects: Optoelectronics and optoelectronic devices
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/215907
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Structural optimization of optoelectronic components in millimeter-wave radio-transmitting modules / Y.A. Kremenetskaya, S.E. Markov, Yu.V. Melnyk // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2020. — Т. 23, № 4. — С. 424-430. — Бібліогр.: 10 назв. — англ.

The paper analyzes the effect of the structure inherent to optoelectronic radiotransmitting modules of a phased array antenna (PAA) on the noise characteristics in the millimeter range (MMR) of waves. Considered are promising structures of MMR modules for generating radiation with a phased array for communication systems based on optoelectronic technologies. The promising types of photodiodes that are used to form MMR radio signals, as well as the distance and physical limitations for photodetectors associated with a limited bandwidth and nonlinear response characteristics, have been analyzed. Mathematical modeling of the oscillation of the output current after the optoelectronic conversion of the signal and noise characteristics of the radio-transmitting modules capable of forming MMR radiation in PAA has been carried out. The analysis of the nonlinearity of the sensitivity of photodiodes in the high-frequency regions of formation of radio signals has been carried out. The necessity to structurally optimize optoelectronic components in the MMR transmission module has been shown, depending on the noise characteristics of the output signal. It has been shown that fundamental studies of nonlinear characteristics and factors limiting the band of photodetectors are important tasks for further developing MMR telecommunications of the next generations. У статті проаналізовано вплив структури оптоелектронних радіопередавальних модулів фазованої антенної решітки (ФАР) на характеристики шуму в міліметровому діапазоні (MMД) хвиль. Розглянуто перспективні структури модулів MMД для генерації випромінювання фазованої решітки для систем зв’язку, основаних на оптоелектронних технологіях. Проаналізовано перспективні типи фотодіодів, які використовуються для формування радіосигналів MMД, а також відстань та фізичні обмеження для фотодетекторів, пов’язані з обмеженою пропускною здатністю та нелінійними характеристиками відгуку. Проведено математичне моделювання коливань вихідного струму після оптоелектронного перетворення сигналу та шумових характеристик радіопередавальних модулів для утворення випромінювання ММД у ФАР. Проведено аналіз нелінійності чутливості фотодіодів у високочастотних областях формування радіосигналів. Показано необхідність структурної оптимізації оптоелектронних компонентів у модулі передачі MMД залежно від шумових характеристик вихідного сигналу. Показано, що фундаментальні дослідження нелінійних характеристик та обмежувальних факторів смуги фотодетекторів є важливими завданнями для подальшого розвитку телекомунікацій ММД наступних поколінь.