Frequency downconversion and high-sensitivity measurement of millimeter-wave band RF signals with an assistance of optical two-tone signals

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02141
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: Chiba Akito 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (30435789)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 呂 国偉 会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (30599709) ; 坂本 高秀 東京都立大学, システムデザイン研究科, 准教授 (70392727)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: RFフォトニクス / 光２トーン信号 / RF信号 / 周波数下方変換 / マイクロ波・ミリ波フォトニクス

Outline of Final Research Achievements

In this study, we propose "lightwave-assisted radio frequency (RF) signal measurement" for characterizing a millimeter-waveband RF signal. The proposed method is based on high-speed modulation and detection technique of lightwaves, enabled by using an optical modulator with traveling-wave electrode structures and the the features of "an optical two-tone signal source" developed by the Principal Investigator. By developing this approach through both sides of experiments and model analysis, we demonstrate this approach enables us to measure an RF signal with high accuracy, by avoiding the limitations in RF signal characterization caused by characteristics of millimeter-waveband devices in high-frequency region.

Free Research Field

光工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高周波帯RF信号の計測は基本的にその周波数に応答する素子を利用して行われる一方で、当該周波数域において所望の性能を確保することが難しい場合もあり、計測限界の元となっている。本研究で提案する「光波アシストRF計測」は、被測定RF信号により光波を変調して被測定RF信号パラメータを光波に転写し、その光波と基準光波とのビートを検出して転写されたパラメータを抽出するというものである。検出するビート信号の周波数は、元々のRF信号周波数に対して大幅（～数kHz程度）にダウンコンバートされるため、被測定RF信号周波数帯の性能から脱却した信号評価が可能になる。