[發明專利]一種大帶寬、大角度、連續掃描光控相控陣天線接收裝置及方法

有效

• 申請號: 201810135558.9
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108448252B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 韓秀友;申芳芳;蘇鑫鑫;武震林;趙明山
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01Q3/26
• 分類號: H01Q3/26
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種大帶寬、大角度、連續掃描光控相控陣天線接收裝置及方法，屬于微波光子技術領域。該裝置及方法采用反諧振工作的級聯微環構成延時連續調控子單元，采用光開關切換不同長度的波導構成延時離散調控子單元，二者組合構成的光延時單元為大帶寬、大角度、連續掃描的相控陣天線微波信號接收提供所需的延時補償。采用電光相位調制實現天線接收微波信號的光電轉換，避免了偏置點控制電路的使用，簡化了系統結構。采用光學單邊帶濾波降低了對延時單元帶寬的要求，采用差分平衡光電探測有效降低共模噪聲，提升了系統的性能。

技術領域

本發明屬于微波光子技術領域，涉及一種大帶寬、大角度、連續掃描光控相控陣天線接收裝置及方法。

背景技術

光控相控陣天線可克服傳統基于電相移器的相控陣天線所固有的孔徑效應和渡越時間的限制，在實現大帶寬、大角度掃描方面具有顯著的優勢，在新一代無線通信技術等領域具有廣闊的應用前景。在實際應用中，尤其是在微波信號接收過程中，光控相控陣天線應能夠在更大的接收角度范圍內無空間盲區進行信號接收，這就要求光控相控陣天線中的光延時單元既能夠提供足夠大的延時補償量，又能夠對延時量進行連續掃描。

在先技術[1](王建，蔡海文，侯培培，王書楠.基于微光學元件堆棧集成技術的收發一體化寬帶光控相控陣天線，光子學報，2015，第44卷，第11期，1125002)中，研究了基于棱鏡組微光學元件的光控相控陣方案，通過調節相鄰棱鏡組之間的距離產生光延時，來實現波束指向角的掃描。雖然該方案可以實現波束的準連續掃描，但其系統由諸多微光學元件堆棧構成，結構復雜、體積大、功耗高。

在先技術[2](李曙光，姚慶璐，劉宇，薛峰.波分復用光控相控陣雷達的控制技術.無線電工程，2015，第45卷，第4期，pp.60-64)中，研究了基于光開關切換波分復用反射光路延時的光控相控陣方案，每個陣元與波分復用的一個波長相對應，波分復用每個通道采用Backward方式的延遲線，在通道延遲線尾端利用法拉第旋轉鏡作為反射鏡，波分復用通道間光纖長度按照等差數列遞增。該方案只能實現離散掃描，并且隨著天線陣元數目的增加，所需的波長數及波分復用通道數也相應增加，這將大大增加系統的復雜度。

在先技術[3](李琳，吳彭生.光控相控陣波束接收網絡，現代雷達，2017，第39卷，第10期，pp.72-75)中，研究了基于光纖色散延時機制的光控相控陣方案，利用光纖對不同波長光載波的色散效應，實現在光域上對多通道微波信號的延時。通過控制光載波的波長間隔，可以得到多通道微波信號之間的等間隔的時間延遲，形成波束指向；通過光開關切換不同長度色散光纖實現波束掃描。該方案同樣只能實現離散掃描，并且隨著天線陣元數目的增加，所需的波長數也相應增加，這將大大增加系統的復雜度。

因此，上述光控相控陣接收技術方案或存在結構復雜、體積大、功耗高的不足，或者只能實現離散掃描，難以實現大規模天線陣的擴展應用等限制。

發明內容

本發明提供一種大帶寬、大角度、連續掃描光控相控陣天線接收裝置及方法，有效解決背景技術中難以同時滿足難以實現連續掃描、結構復雜難以實現大規模天線陣擴展應用等問題。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：

所述光控相控陣天線接收裝置包括：單波長激光源、光放大器、1×(M+1)光功率分路器、電光轉換單元、光延時單元、1×N光功率合路器、1×M光功率合路器、光學邊帶濾波器和差分光電探測單元。

所述單波長激光源、光放大器、1×(M+1)光功率分路器、電光轉換單元、光延時單元、1×N光功率合路器、1×M光功率合路器、光學邊帶濾波器和差分光電探測單元通過光纖或光波導依次連接。

所述的電光轉換單元的微波光調制方式為電光相位調制。