[發明專利]光子波束成形系統及其方法

有效

• 申請號: 201680003351.5
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN107078810B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: M·維達爾德拉蒙德;R·努恩斯諾圭拉;V·庫尼亞杜阿爾特
• 申請（專利權）人: 電信研究院
• 主分類號: H04B10/61
• 分類號: H04B10/61;H04B10/70;H04B7/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 馬景輝

本發明的一個目的是一種對具有N天線元件的相控陣列天線所接收的無線電信號執行波束成形的光子系統。它提供通過可調諧光延遲線(6)實現的具有周期性頻率響應的真時間延遲波束成形。本發明提供了四個關鍵優點：光子RF相移；利用本征光子頻率下轉換的高靈敏度相干檢測；相位噪聲消除，因為頻移光本振信號可從用于供給電光調制器(5)的同一激光源(1)獲得；僅需要單個延遲線的可能性，該單個延遲線在所有可調諧光延遲線之間共享。這些優點的集合使所提出系統對于高端無線接收機極其有吸引力，高端無線接收機是諸如衛星通信系統和寬帶無線信號傳輸的高要求應用所需要的。

技術領域

本發明的一個目的是用于執行具有N個天線元件的相控陣列天線所接收的無線電信號的波束成形的光子系統。

本發明的光子系統執行相控陣列天線所接收的無線電信號的波束成形。系統提供具有周期性頻率響應的、通過可調諧光延遲線實現的真時間延遲波束成形。在可能實施例中的一個中，馬赫-曾德爾延遲干涉儀能夠提供這種操作。

這種干涉儀在其臂/分支之間有預設的差分時間延遲，以及還有施加到其臂的功率之間的可調節耦合比率?？赏ㄟ^調節這種耦合比率來配置時間延遲。在所提出系統的第一階段中，通過使用電光調制器的陣列將由相控陣列天線的所有天線元件輸出的RF信號轉換到光域。經調制的光信號的幅度可通過使用可變光衰減器和/或光放大器來調節；經調制的光信號的相位可通過使用移相器來調節；并且它們的時間延遲通過使用所提出的可調光延遲線來限定。然后將經調節信號組合成單個信號，然后通過使用從用于供給電光調制器的同一激光源獲得的頻移的光本振信號來相干檢測該單個信號。由于系統所執行的功能是線性的，所以可以在光域中或電域中執行不同的功能。此外，某些功能還可具有簡化的實現方式。在不同實施例中對此進行探索。

本發明提供了四個關鍵優點：光子RF相移；利用本征光子頻率下轉換的高靈敏度相干檢測；相位噪聲消除，因為頻移的光本振信號可從用于供給電光調制器的同一激光源獲得；以及僅需要單個延遲線的可能性，該單個延遲線在所有可調諧光延遲線之間共享。這些優點的集合使所提出系統對于高端無線接收機極其有吸引力，高端無線接收機是諸如衛星通信系統和寬帶無線信號傳輸的高要求應用所需要的。

現有技術

相控陣列天線包括多個天線元件，這些天線元件常常以諸如正方形的二維配置來布置。為了在給定方向上發送信號，調節被供給到每個天線元件的射頻(RF)信號的相位和幅度，使得相控陣列天線的輻射圖在目標方向上被最大化。對供給到每個天線元件的信號的相位和幅度進行個體調節，允許完全地定制相控陣列天線的輻射圖，從而能夠進行更精密的應用，諸如其中對于多于一個方向將輻射圖最大化的多波束操作。由于相控陣列天線是雙向的，所以上述的操作原理也應用于接收無線電信號。相比于使用單個天線(常常比相控陣列天線的天線元件精密得多)，使用相控陣列天線的主要優點是不需要天線的物理移位或旋轉來操控輻射圖，還有由相控陣列天線給出的整形其輻射圖的特有靈活性。

為了整形具有N個天線元件的相控陣列天線的輻射圖，需要波束成形系統來處理由天線元件輸出的N個RF信號。這種系統應該接收N個輸入信號，各自控制它們的幅度和相位，并將所得信號組合成單個輸出。為了執行信號的相位控制，典型的解決方案是使用相移器，相移器為廣范圍的頻率提供恒定的相移。然而，向給定信號施加的相移僅對于單個頻率是正確的。這意味著，利用包括相移器的波束成形系統的相控陣列天線僅對單個頻率提供正確操作，該單個頻率通常是輸入無線電信號的載波頻率。對于任何其他頻率，相移是不正確的，意味著輻射圖僅對于操作頻率而言是如期望的那樣準確的。該問題通常被命名為波束偏斜。雖然對于準單頻信號而言這并不是問題，但對于在光譜上豐富的信號(諸如RADAR信號、承載高比特率數據的無線信號和射電天文信號)而言是嚴重的限制。