[發(fā)明專利]全光控相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410065532.3
• 申請(qǐng)日: 2014-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103941235A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄒衛(wèi)文;李曙光;劉辰鈞;余安亮;陳建平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué);上海航天電子通訊設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01S7/282
• 分類號(hào): G01S7/282;G01S7/35
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微波光子學(xué)和雷達(dá)領(lǐng)域的方法與裝置，具體是一種基于多波長(zhǎng)光源、光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)的光電振蕩器和光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)為一體的全光控相控陣發(fā)射機(jī)。

背景技術(shù)

相控陣天線系統(tǒng)在諸如雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗系統(tǒng)等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其中必不可少的組成部分就是高質(zhì)量的寬帶可調(diào)諧微波信號(hào)源、寬帶雷達(dá)基帶信號(hào)源與相位延遲的波束成形網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電控相控陣天線中，雷達(dá)基帶信號(hào)調(diào)制到微波信號(hào)后，通過(guò)放大、功率均衡等處理，經(jīng)過(guò)在陣列上或單元上放置微波移相器移相，通過(guò)改變天線單元之間的相位關(guān)系，最后在空間方位形成微波波束信號(hào)。然而，一方面，傳統(tǒng)電控相控陣?yán)走_(dá)受限于相控陣天線的“孔徑效應(yīng)”，限制了在雷達(dá)工作帶寬、高分辨率測(cè)量、雷達(dá)成像及擴(kuò)頻信號(hào)等領(lǐng)域的應(yīng)用。另一方面，傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)（包括光控相控陣?yán)走_(dá)）存在微波信號(hào)源的可調(diào)諧范圍窄、雷達(dá)信號(hào)的時(shí)間帶寬積有限、相位噪聲大等限制。如果在某些頻偏處，相位噪聲性能不好，返回的信號(hào)將被隱藏在載波的相位噪聲中，從而不能正確檢測(cè)出探測(cè)目標(biāo)。

隨著微波光子學(xué)技術(shù)的發(fā)展及其在雷達(dá)領(lǐng)域的廣泛研究，通過(guò)采用真時(shí)延遲線技術(shù)有效地克服傳統(tǒng)相控陣天線中的孔徑渡越時(shí)間的限制。使用基于真延時(shí)的光控波束形成網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)天線波束的掃描，具有大的瞬時(shí)帶寬、無(wú)波束斜視效應(yīng)、低損耗、小尺寸、抗電磁干擾、探測(cè)距離遠(yuǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)，成為相控陣?yán)走_(dá)發(fā)展的一個(gè)重要方向。同時(shí)，光電振蕩器在產(chǎn)生低相位噪聲、頻率大范圍可調(diào)諧的微波信號(hào)方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，在光信號(hào)處理、雷達(dá)、通信、以及生物成像檢測(cè)方面具有廣泛潛在用途。

目前研究的光控相控陣?yán)走_(dá)主要采用[K.Garenaux,T.Merlet,M.Alouini,et?al.,Recent?breakthroughs?in?RF?photonics?for?radar?systems,Aerospace?and?Electronic?Systems?Magazine,IEEE,vol.22,pp.3-8,2007.]中的類似架構(gòu)。發(fā)射鏈路主要是電微波信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的載波信號(hào)與調(diào)制信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制器電光轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)延遲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器將光信號(hào)恢復(fù)成電信號(hào)，經(jīng)過(guò)微波T/R組件與天線發(fā)射出去。而接收回路主要將反射的信號(hào)通過(guò)微波天線與T/R組件接收回來(lái)，通過(guò)混頻，重新利用發(fā)射鏈路的延時(shí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位補(bǔ)償，最后進(jìn)行信號(hào)處理。

在現(xiàn)有的光控相控陣?yán)走_(dá)的系列延時(shí)系統(tǒng)中，基于多波長(zhǎng)的延時(shí)方案更有延時(shí)范圍大、無(wú)色散導(dǎo)致的功率周期衰落等現(xiàn)象，其前端需要激光器陣列或多波長(zhǎng)激光器。激光器陣列或多波長(zhǎng)激光器與延時(shí)網(wǎng)絡(luò)可以構(gòu)成微波光子濾波器，當(dāng)激光器陣列個(gè)數(shù)比較大或多波長(zhǎng)激光器波長(zhǎng)數(shù)較多時(shí)，可以形成Q值比較高的有限響應(yīng)微波光子濾波器。利用該微波光子濾波器進(jìn)行閉環(huán)，可以形成寬帶可調(diào)的光電振蕩器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出基于光延時(shí)單元、同時(shí)構(gòu)建寬帶可調(diào)諧光電振蕩器與光控波束形成網(wǎng)絡(luò)為一體的全光控相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于多波長(zhǎng)光源、光真延時(shí)單元的可調(diào)諧光電振蕩器與光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)為一體的全光控相控陣發(fā)射機(jī)，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括：多波長(zhǎng)光源、第一波分復(fù)用器、第一光分路器、第一電光調(diào)制器、第二光分路器、第一光放大器、第一光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)、光電探測(cè)器、電放大器、隔直器、第二電光調(diào)制器、第二光放大器、第二光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)、光合路器、第二波分復(fù)用器、光纖或光纜、光電探測(cè)器陣列、T/R組件陣列、微波天線陣列、1×2光開(kāi)關(guān)與2×2光開(kāi)關(guān)、環(huán)形器、第三波分復(fù)用器、精確長(zhǎng)度的光纖和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，沿所述的多波長(zhǎng)光源的激光輸出方向依次是所述的第一波分復(fù)用器、第一光分路器、第一電光調(diào)制器、第二光分路器、第二電光調(diào)制器、第二光放大器、第二光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)、光合路器、第二波分復(fù)用器、光纖或光纜、光電探測(cè)器陣列、T/R組件陣列、微波天線陣列；所述的第二光分路器的第二輸出端依次經(jīng)第一光放大器、第一光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)、光電探測(cè)器、電放大器、隔直器接所述的第一電光調(diào)制器的射頻輸入端，所述的第一光分路器的第二輸出端接光合路器的第二輸入端，所述的第二電光調(diào)制器的第二輸入端為微波輸入端。

所述的第一光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)或第二光延時(shí)網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系為：經(jīng)過(guò)第一光放大器或第二光放大器輸出的光從1×2的光開(kāi)關(guān)輸入，選通之后經(jīng)過(guò)環(huán)形器進(jìn)入到第三波分復(fù)用器，該波分解復(fù)用器將光信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用，重新分配到各個(gè)波長(zhǎng)上，然后經(jīng)過(guò)精確切好的不等長(zhǎng)的光纖，最后經(jīng)過(guò)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡反射回來(lái)，重新經(jīng)過(guò)光纖、第三波分解復(fù)用器、環(huán)形器輸出到下一級(jí)光開(kāi)關(guān)。