基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，包括：一射頻振蕩器；多個可調(diào)激光器；多個電光調(diào)制器，每一電光調(diào)制器的電輸入端與射頻振蕩器的輸出端連接，每一電光調(diào)制器的光輸入端分別與每一可調(diào)激光器的輸出端連接；多個色散補償單元及依序連接的多個光分束器、多個掃描真延時單元、一光電探測器陣列、一相位微調(diào)器陣列和一天線陣列。本發(fā)明可以實現(xiàn)相控陣面陣天線的寬帶寬角度掃描。
【專利說明】基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光控相控陣天線【技術(shù)領(lǐng)域】，特別設(shè)及一種基于波長掃描的光真延時平 面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的相控陣天線是一種基于移相器的電子掃描天線，在進行寬角度掃描時，由 于孔徑效應(yīng)、渡越時間的影響，使得信號的瞬時帶寬受限，因而難W實現(xiàn)相控陣天線的寬帶 寬角度掃描功能。若在陣列天線的各個單元采用相應(yīng)的光實時延遲線的ptical True Time Delay,簡稱OTTD)取代傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)中的移相器，就可W大大減輕天線孔徑效應(yīng)、渡越 時間的影響，使得相控陣?yán)走_(dá)瞬時信號帶寬對天線波束指向的影響減小，也使得天線渡越 時間對瞬時信號帶寬的限制減小，實現(xiàn)寬帶寬角掃描，其具有很多優(yōu)點，如；帶寬非常寬、損 耗比較低、對電磁波的抗福射干擾能力很強W及體積重量小易封裝等等。尤其是光纖延遲 線的單位延時損耗與頻率無關(guān)，該使得其在寬帶信號處理中具有很大的優(yōu)勢，光真時延波 束形成逐漸地成為了 一種具有廣闊前景的相控陣技術(shù)。
[0003] 光真時延波束形成系統(tǒng)的構(gòu)成方式有；集成光開關(guān)時延線、色散棱鏡、離散布拉格 光柵、調(diào)嗽光柵、壓電光纖伸展系統(tǒng)、光子晶體光纖、超結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵、色散補償光纖 和多波長激光器等。其中，基于色散的多波長時延方案由于具有結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化、集 成化，可實現(xiàn)連續(xù)掃描等優(yōu)點，而且色散器件相對比較成熟，有利于實現(xiàn)實用化的真時延方 案，因此基于色散的多波長時延方案備受關(guān)注。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于波長掃描的光真延時平面 相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，W實現(xiàn)相控陣面陣天線的寬帶寬角度掃描。
[0005] 本發(fā)明提供一種基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，包括：
[0006] 一射頻振蕩器；
[0007] 多個可調(diào)激光器；
[000引多個電光調(diào)制器，每一電光調(diào)制器的電輸入端與射頻振蕩器的輸出端連接，每一 電光調(diào)制器的光輸入端分別與每一可調(diào)激光器的輸出端連接；
[0009] 多個色散補償單元，每一色散補償單元的輸入端分別與每一電光調(diào)制器的光輸出 端連接，該多個補償單元構(gòu)成俯仰角波長掃描真延時單元；
[0010] 多個光分束器，每一光分束器的輸入端分別與每一色散補償單元的輸出端連接， 每一光分束器具有m個輸出端；
[0011] 多個掃描真延時單元，每一掃描真延時單元的輸入端分別與每一光分束器的輸出 端連接，該多個掃描真延時單元構(gòu)成方位角波長掃描真延時單元；
[0012] 一光電探測器陣列，該光電探測器陣列包括多組光電探測器，該光電探測器陣列 中的每一組光電探測器的輸入端分別與多個掃描真延時單元的輸出端連接；
[0013] 一相位微調(diào)器陣列，該相位微調(diào)器陣列的每一相位微調(diào)器的輸入端分別與光電探 測器陣列中的每一光電探測器的輸出端連接；
[0014] 一天線陣列，該天線陣列中的每一天線分別與相位微調(diào)器陣列中的每一相位微調(diào) 器的輸出端連接。
[0015] 由上述技術(shù)方案可W看出，本發(fā)明基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線 系統(tǒng)，成本低、損耗低、對電磁波的抗福射干擾能力強、延時損耗與頻率無關(guān)、體積重量小、 易封裝，可實現(xiàn)寬帶寬角度掃描。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明，其中：
[0017] 圖1是本發(fā)明基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合具體實施例，并參照 附圖，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部 分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員 所知的形式。
[0019] 在本發(fā)明的一個示例性實施例中，提供了一種基于波長掃描的光真延時平面相控 陣發(fā)射天線系統(tǒng)，請參照圖1，該系統(tǒng)包括：
[0020] -射頻振蕩器1 ;
[0021] 多個可調(diào)激光器21-2n ;
[0022] 多個電光調(diào)制器31-3n，每一電光調(diào)制器的電輸入端與射頻振蕩器1的輸出端連 接，每一電光調(diào)制器的光輸入端分別與每一可調(diào)激光器的輸出端連接；
[0023] 多個色散補償單元41-4n，每一色散補償單元的輸入端分別與每一電光調(diào)制器的 光輸出端連接，每一色散補償單元為大色散系數(shù)色散補償光纖，各色散補償光纖長度相等， 色散系數(shù)相等，該多個補償單元41-4n構(gòu)成俯仰角波長掃描真延時單元；
[0024] 多個光分束器51-5n，每一光分束器的輸入端分別與每一色散補償單元的輸出端 連接，每一光分束器具有m個輸出端；
[0025] 多個掃描真延時單元61-6n，每一掃描真延時單元的輸入端分別與每一光分束器 的輸出端連接，每一掃描真延時單元61-6n分別包含m個總長相等的小色散系數(shù)色散補償 光纖與普通單模光纖組合6il-6im，i = 1，2,…，n，其中小色散系數(shù)色散補償光纖長度不 等且遞增，普通單模光纖長度不等且遞減，該多個掃描真延時單元616n構(gòu)成方位角波長掃 描真延時單元；
[0026] 一光電探測器陣列7,該光電探測器陣列7包括多組光電探測器，該光電探測器陣 列7中的每一組光電探測器的輸入端分別與多個掃描真延時單元61-6n的輸出端連接；
[0027] 一相位微調(diào)器陣列8,該相位微調(diào)器陣列8的每一相位微調(diào)器的輸入端分別與光 電探測器陣列7中的每一光電探測器的輸出端連接；
[0028] 一天線陣列9,該天線陣列9中的每一天線分別與相位微調(diào)器陣列8中的每一相位 微調(diào)器的輸出端連接。
[0029] 其中，可調(diào)激光器與電光調(diào)制器之間的連接為普通單模光纖，射頻振蕩器與電光 調(diào)制器、光電探測器與相位微調(diào)器、相位微調(diào)器與天線之間的連接為標(biāo)準(zhǔn)射頻連接線。
[0030] W下分別對本實施例基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)的各個 組成部分進行詳細(xì)的說明。
[0031] 射頻振蕩器1通過n組相同的電光調(diào)制器31-化將射頻信號分別調(diào)制到波長 為A 1、A 2、…、An的載波信號上。n個可調(diào)激光器21-化輸出波長分別為Ai = 入ll+(i-l)XAA，i = l，2，…，n。其中，All為第一組方位角光真延時單元波束形成的 設(shè)定掃描波長，A A為一微小波長差。
[0032] 經(jīng)過調(diào)制后的光信號分別經(jīng)過n段長度相等色散系數(shù)相等的色散補償單元 41-4n，光信號經(jīng)過色散補償光纖后獲得相鄰兩行間延時差A(yù)T = DXLX A A，其中D為色 散系數(shù)，L為色散補償光纖的長度。在本實施例中，使用化=-10(K)ps/nm的大色散系數(shù)色 散補償光纖，根據(jù)9;.1"'|.<^.11(么1'>;(、/(1建1)的俯仰角波束形成，其中〇為真空中光速，（1八八 為天線陣元間距，為獲得±60。的寬俯仰角掃描，A A掃描范圍在-0. 043至+0. 043皿W 內(nèi)，即利用各行波長微小差別控制行間延時獲得寬角度俯仰角波束形成。
[0033] n組相同結(jié)構(gòu)且總長相等的小色散系數(shù)色散補償光纖與普通單模光纖組合 611-6皿，其中每組中6il-6im的色散補償光纖長度不等且遞增，普通單模光纖長度不等且 遞減。每組6il-6im中載波波長相等，W不同的D'L'獲得列間延時。在本實施例中，用于 方位角波長掃描真延時（列間延時）單元的色散補償光纖色散系數(shù)D' = -l(K)ps/nm/km，為 獲得±60°的寬方位角掃描，6ij(j = l，2,…，m)中色散補償光纖的長度L'分別設(shè)為0， 10m，20m，…，（m-1) X 10m，每一可調(diào)激光器的波長掃描范圍A A '在-43至+43nm W內(nèi)，即 利用各路色散補償光纖長度遞增控制列間延時獲得寬角度方位角波束形成。
[0034] 結(jié)合W上說明，行間延時41-4n由A入掃描控制，列間延時6il-6im(i = 1，2,…， n)由A入，掃描控制。n行掃描波長分別為入1 =入11+A入'，入2 =入11+A入+ A入'， 入3 =入11+2 A入+ A入'，…，入n =入ll+(n-l) X A入+ A入'。選取合適的n值，由于 A M直相較A A'很小，行間波束形成掃描所需波長微小變化A A在列間延時中引起的誤 差影響在一定范圍內(nèi)可忽略不計；列間波束形成掃描所需波長變化A A '同時發(fā)生在n行 中，對行間延時無影響。
[0035] 光電探測器陣列7將n行m列光信號轉(zhuǎn)化為射頻信號，由于基于波長掃描的光真 延時與射頻信號頻率無關(guān)，可獲得寬帶的波束形成。
[0036] 相位微調(diào)器陣列8用于在A A = A A '二Onm時，調(diào)齊各路延時，即當(dāng)波長掃描 為零值時，調(diào)齊信號福射為法線方向。
[0037] 天線陣列9用于將經(jīng)過行間及列間真延時的射頻信號福射出去，完成平面相控陣 天線波束形成。
[003引至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實施例基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系 統(tǒng)進行了詳細(xì)描述。依據(jù)W上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明有了清楚的認(rèn)識。
[0039] W上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能W此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，包括： 一射頻振蕩器； 多個可調(diào)激光器； 多個電光調(diào)制器，每一電光調(diào)制器的電輸入端與射頻振蕩器的輸出端連接，每一電光 調(diào)制器的光輸入端分別與每一可調(diào)激光器的輸出端連接； 多個色散補償單元，每一色散補償單元的輸入端分別與每一電光調(diào)制器的光輸出端連 接，該多個補償單元構(gòu)成俯仰角波長掃描真延時單元； 多個光分束器，每一光分束器的輸入端分別與每一色散補償單兀的輸出端連接，每一 光分束器具有m個輸出端； 多個掃描真延時單元，每一掃描真延時單元的輸入端分別與每一光分束器的輸出端連 接，該多個掃描真延時單元構(gòu)成方位角波長掃描真延時單元； 一光電探測器陣列，該光電探測器陣列包括多組光電探測器，該光電探測器陣列中的 每一組光電探測器的輸入端分別與多個掃描真延時單元的輸出端連接； 一相位微調(diào)器陣列，該相位微調(diào)器陣列的每一相位微調(diào)器的輸入端分別與光電探測器 陣列中的每一光電探測器的輸出端連接； 一天線陣列，該天線陣列中的每一天線分別與相位微調(diào)器陣列中的每一相位微調(diào)器的 輸出端連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，其中多 個色散補償單元41-4n中的每一色散補償單元為大色散系數(shù)色散補償光纖，各色散補償光 纖長度相等，色散系數(shù)相等。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，其中方 位角波長掃描真延時單元中的每組掃描真延時單元分別包含m個總長相等的小色散系數(shù) 色散補償光纖與普通單模光纖組合6il-6im，i = 1，2,…，n，其中小色散系數(shù)色散補償光 纖長度不等且遞增，普通單模光纖長度不等且遞減。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，其中可 調(diào)激光器與電光調(diào)制器之間的連接為普通單模光纖。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于波長掃描的光真延時平面相控陣發(fā)射天線系統(tǒng)，其中射 頻振蕩器與電光調(diào)制器、光電探測器與相位微調(diào)器、相位微調(diào)器與天線之間的連接為標(biāo)準(zhǔn) 射頻連接線。
【文檔編號】H04B10/2525GK104466404SQ201410817189
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】李明, 周俊萍, 鄧曄, 祝寧華 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所