[發明專利]一種硅基可重構微波光子多波束形成網絡芯片

有效

• 申請號: 202111122981.3
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113885128B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陸梁軍;倪子恒;周林杰;陳建平;劉嬌
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明涉及一種硅基可重構微波光子多波束形成網絡芯片，包括光纖耦合器、光開關陣列、光分路器、超寬帶連續可調光真延遲線陣列和探測器陣列；所述光纖耦合器用于輸入微波光子相控陣雷達的單邊帶調制光信號，所述光開關陣列和光分路器用于形成微波光子多波束和微波光子單波束所用陣元數目的重構，所述超寬帶連續可調光真延遲線陣列用于獨立地調節每個微波陣元上的延遲，所述探測器陣列用于輸出微波信號。有益效果是用于微波光子相控陣雷達，實現大瞬時帶寬、高分辨率、可重構微波光子多波束形成。

【技術領域】

本發明涉及集成微波光子學技術領域，具體涉及一種硅基可重構微波光子多波束形成網絡芯片。

【背景技術】

普通的相控陣雷達即相位控制電子掃描陣列雷達，利用大量個別控制的小型天線單元排列成天線陣面，每個天線單元都由獨立的移相單元控制，通過控制各天線單元發射信號的相位，可以改變空間中各天線單元發射信號的干涉圖樣，從而控制波束發射的方向。相控陣各天線單元發射的電磁波通過干涉合成一個發射方向接近筆直的雷達主瓣波束，各天線單元的不均勻性會形成旁瓣。相控陣雷達從根本上解決了傳統機械掃描雷達的種種先天問題，在相同的孔徑與操作波長下，相控陣的掃描速度、目標更新速率、多目標追蹤能力、分辨率、多功能性、電子對抗能力等都遠優于傳統雷達。

為了提高抗干擾能力，新型相控陣雷達必須具有盡可能大的帶寬；為了提高雷達的分辨率、識別能力并解決多目標成像問題，要求新型相控陣雷達必須具有大的瞬時帶寬并具備多波束發射能力；為了對抗反輻射的威脅，也要求采用大瞬時帶寬的擴頻信號。傳統的同軸電纜延遲線、聲表面波(SAW)延遲線、電荷耦合器件(CCD)均不能滿足需要。靜磁波器件技術和超導延遲線技術離實用化還很遙遠。

隨著光纖通信技術的飛速發展，各種激光光源、光探測器、光調制器、光開關等有源及無源器件已經高度商業化、市場化。微波光子技術也應運而生，對比傳統的電子技術具有瞬時帶寬大、損耗低、抗電磁干擾等優點。因此，利用光學真延遲技術研制相控陣雷達的波束形成網絡便作為可以突破電子瓶頸的解決方案而成為研究熱點。

過去幾十年，各種光學波束形成器的方案已經被報道。其中，它們大多基于光學移相器、可切換光纖延遲矩陣、液晶偏振切換器件、波長可調諧激光器和色散光學元件等。然而這些絕大部分由分立器件構成，會帶來系統龐大、穩定性差等問題，并且大多都只是單波束成形網絡。為了降低系統體積、質量和功耗、提高穩定性和實用化水平，集成光子技術是發展高性能高穩定性波束形成器的必然選擇。同時，為提高雷達抗干擾能力和生存能力、充分利用發射波束能量、提高雷達數據率和波束形成的靈活性，需要建立超寬帶的可重構多波束形成網絡。

目前學術界對于微波光子多波束形成的研究大多停留在分立器件層面上，少數集成方案仍存在明顯缺陷。分立器件方面，2016年，西班牙的Beatriz Ortega和Jose Mora等人(IEEE Photon.J.,2016,8(3))提出了一種具有較寬角度偏轉范圍的二維陣列天線的波束成形網絡，該網絡利用子陣列天線劃分實現多波束功能。該系統使用固定的多波長激光器，并將啁啾光纖布拉格光柵與光纖延遲線結合使用，為陣列天線饋電。根據不同具體的應用，不同子陣列的定義允許呈現多達四個在不同方向上定向的空間復用光束，受分立器件特性限制，其調節精度較小，穩定性較差。集成方案方面，2021年浙江大學的研究團隊(Opt.Commun.,2021,489)也采用劃分子陣列的方法可以將原有2D波束形成方案擴展為多波束可獨立控制的波束形成，比較易于實現，然而該方案需要將多個芯片之間進行復雜連接，集成度較低，最大形成多波束的數量和單個波束形成所需陣元數固定不變，并且后端還需要加入微波功率分配結構，靈活性和實用性較差。

【發明內容】

本發明的目的是，提供一種用于微波光子相控陣雷達，實現大瞬時帶寬、高分辨率、可重構微波光子多波束形成的網絡芯片。