基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统技术方案

本发明专利技术公开了基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统，包括天线阵元单元、电光调制单元、俯仰角波长扫描真延时单元、方位角波长扫描真延时单元和混频单元。天线阵元单元实现空间辐射的电信号接收及信号的低噪声放大；电光调制单元实现将天线阵元接收到的射频信号调制光载波信号上去；俯仰角波长扫描真延时单元实现相对较大波长变化控制宽带宽角度俯仰角扫描；方位角波长扫描真延时单元实现微小波长变化控制宽带宽角度方位角扫描；混频单元实现将波长扫描光真延时波束形成的信号转换为射频信号并进行低噪声放大以补偿光纤传输带来的损耗。本发明专利技术能够满足高性能相控阵天线所要求的大瞬时带宽和大扫描角度的技术指标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光控相控阵天线
，特别涉及了基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统。
技术介绍
相控阵雷达即采用相控阵天线的一种雷达，其核心部件就是相控阵天线，在进行宽角扫描时，由于传统的相控阵天线电扫描方式带来的孔径效应、渡越时间的影响，使得信号的瞬时带宽受限，因而难以实现相控阵雷达的宽带宽角扫描功能。将光电子技术应用在相控阵雷达中，即实现对相控阵天线波束指向的控制，用以传输、分配雷达信号和控制信号，它的应用将大大改善普通相控阵雷达系统的诸多性能。光纤延迟波束形成网络具有可全宽带应用、体积小、重量轻、结构简单、电磁兼容性好以及不同情况下损耗均勾等优点。基于波长扫描技术的微波光子波束形成，是利用光纤延时线等波长敏感的延时单位器件来控制相控阵雷达中天线的波束指向，实现宽带宽角度的扫描。其单位延时损耗与频率无关，不会引起波束偏斜问题，这使得在宽带信号处理中具有很大的优势；同时由于光控相控阵天线的波束形成与波束扫描，是通过控制微波信号的相位延迟来实现的，从而没有机械式的运动转向，具有了精确的波束指向和强的二维扫描灵活性，能够同时满足高性能相控阵天线所要求的大瞬时带宽和大扫描角度的技术指标。目前相关使用光真延时实现相控阵天线面阵扫描的报道为Mauriz1Burla 等人在 2013 年于 Journal of Lightwave Technology 中发表的文献aMultiwavelength-1ntegrated optical beamformer basedon wavelength divis1n multiplexing for 2-D phasedArray antennas”，该文报道了一种使用光环形谐振器结构实现平面相控阵发射天线的结构，与本申请中不同的是，该方法所使用的光环形谐振器结构依然是电控器件，需要使用电控实现不同角度的扫描，使得系统依然存在渡越时间等方面的影响。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统，减轻了传统电控相控阵天线中天线孔径效应、渡越时间的影响，能够满足高性能相控阵天线所要求的大瞬时带宽和大扫描角度的技术指标。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为: 包括天线阵元单元、电光调制单元、俯仰角波长扫描真延时单元、方位角波长扫描真延时单元和混频单元，所述天线阵元单元包括m行Xn列的接收天线阵列和m行Xn列的低噪声放大器阵列，所述接收天线阵列中的各接收天线接收到的射频信号一一对应传输至低噪声放大器阵列中的各低噪声放大器的输入端，所述电光调制单元包括η个电光调制器线形阵列以及与其一一对应的η个可调激光器，所述电光调制器线形阵列包含m个电光调制器，η个电光调制器线形阵列一一对应低噪声放大器阵列的η列，m个低噪声放大器的输出端将放大后的射频信号对应传输至各电光调制器线形阵列的m个电光调制器的电输入端，各可调激光器分别通过m根单模光纤与对应电光调制器的m个光电调制器的光输入端连接，所述俯仰角波长扫描真延时单元包括η个m X I的光合束器及m根总长度相等的复合光纤，所述η个mX I的光合束器与前述η个电光调制器线形阵列一一对应，各光合束器的输入端分别通过m根总长度相等的复合光纤与对应电光调制器的m个光电调制器的输出端连接，所述复合光纤是由一段小色散系数色散补偿光纤和一段单模光纤连结而成，所述方位角波长扫描真延时单元包括一个ηX I的光合束器及η根长度相等色散补偿光纤，所述nXl的光合束器的输入端经η根长度相等的大色散系数色散补偿光纤分别与前述η个光合束器的输出端连接，所述大色散系数色散补偿光纤的色散系数大于前述小色散系数色散补偿光纤的色散系数，且大色散系数色散补偿光纤的长度大于小色散系数色散补偿光纤的长度，所述混频单元包括高速光电探测器和低噪声放大模块，所述高速光电探测器的输入端连接前述ηX I的光合束器的输出端，高速光电探测器的输出端连接低噪声放大模块。进一步地，与同一个可调激光器相连的m根单模光纤的长度依次递增，且各根单模光纤之间的长度差大于可调激光器的相干长度。进一步地，与每一组mX I的光合束器相连的m根复合光纤中的小色散系数色散补偿光纤的长度依次递增、单模光纤的长度依次递减，并保持所有复合光纤的总长度相等。进一步地，上述小色散系数色散补偿光纤的色散系数为-130ps/nm.km。进一步地，上述小色散系数色散补偿光纤的色散系数为-425ps/nm.km。采用上述技术方案带来的有益效果: 本专利技术基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统，成本低、损耗低、对电磁波的抗辐射干扰能力强、延时损耗与频率无关、易封装，可实现宽带宽角度扫描。该平面波束形成相控阵接收天线系统无需使用复杂的光开关，能够实现宽带连续的平面波束扫描，无频率变化引起的波束斜视效应，具有结构简单、成本低、宽带宽等优点。同时，本专利技术将波长扫描微波光子波束形成技术引入到光控相控阵天线中，能够实现相控阵雷达的小体积以及轻重量的要求，并能够提高雷达的识别能力，分辨力，并解决多目标成像以及对抗反辐射导弹。以光纤作为传输煤质，具有损耗小，尺寸小、重量轻的特点，以及抗电磁干扰与抗电磁脉冲的能力较强，解决了电缆馈电所带来的尺寸与重量的限制，从而提高了相控阵雷达的特性，降低了成本、简化了设计，能够满足高性能雷达所要求的大瞬时带宽和大扫描角度的技术指标，在大型L战略预警相控阵雷达系统、舰载光控相控阵雷达系统、电子侦察超宽带相控阵接收机、X波段大型相控阵雷达系统、机载共形相控阵雷达等方面均具备一定的应用前景。【附图说明】图1是本专利技术的系统结构示意图。标号说明:1:接收天线阵列；2:低噪声放大器阵列个电光调制器线形阵列dckn个可调激光器；5 !-δη:]!组单模光纤；6 !组复合光纤；7 J-Tn:η个mX I的光合束器根大色散系数色散补偿光纤；9:nX I的光合束器；10:高速光电探测器；11:低噪声放大电路。【具体实施方式】以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示，接收天线阵列I接收空间辐射的射频信号，并通过低噪声放大器阵列2进行信号放大后，通过η个电光调制器线形阵列3i~3n将射频信号分别调制到载波信号上，每个电光调制器线形阵列包含的m个电光调制器的载波信号波长是相同的，但η个电光调制器线形阵列之间的载波信号波长是不同的，η个可调激光器七?^输出波长分别为λ i，i当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统，其特征在于：包括天线阵元单元、电光调制单元、俯仰角波长扫描真延时单元、方位角波长扫描真延时单元和混频单元，所述天线阵元单元包括m行×n列的接收天线阵列和m行×n列的低噪声放大器阵列，所述接收天线阵列中的各接收天线接收到的射频信号一一对应传输至低噪声放大器阵列中的各低噪声放大器的输入端，所述电光调制单元包括n个电光调制器线形阵列以及与其一一对应的n个可调激光器，所述电光调制器线形阵列包含m个电光调制器，n个电光调制器线形阵列一一对应低噪声放大器阵列的n列，m个低噪声放大器的输出端将放大后的射频信号一一对应传输至各电光调制器线形阵列的m个电光调制器的电输入端，各可调激光器分别通过m根单模光纤与对应电光调制器的m个光电调制器的光输入端连接，所述俯仰角波长扫描真延时单元包括n个m×1的光合束器及m根总长度相等的复合光纤，所述n个m×1的光合束器与前述n个电光调制器线形阵列一一对应，各光合束器的输入端分别通过m根总长度相等的复合光纤与对应电光调制器的m个光电调制器的输出端连接，所述复合光纤是由一段小色散系数色散补偿光纤和一段单模光纤连结而成，所述方位角波长扫描真延时单元包括一个n×1的光合束器及n根长度相等色散补偿光纤，所述n×1的光合束器的输入端经n根长度相等的大色散系数色散补偿光纤分别与前述n个光合束器的输出端连接，所述大色散系数色散补偿光纤的色散系数大于前述小色散系数色散补偿光纤的色散系数，且大色散系数色散补偿光纤的长度大于小色散系数色散补偿光纤的长度，所述混频单元包括高速光电探测器和低噪声放大模块，所述高速光电探测器的输入端连接前述n×1的光合束器的输出端，高速光电探测器的输出端连接低噪声放大模块。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊萍，叶宇含，计远，葛益娴，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32