基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置及其设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置及其设计方法，包括光输入模块、线性调频光栅以及N路光开关，N为正整数，其中，所述光输入模块用于将待延时射频信号搭载在光信号上，所述线性调频光栅用于对搭载在光信号上的射频信号进行一级延时，所述N路光开关每一路上设置有不同长度的单模光纤，用于将经过一级延时的射频信号分为N路并进行不同时间的二级延时。本发明专利技术应用调频光栅，极大地减少了光纤的使用，仅仅需要根据实际需求设计光栅型号，便可实现光控相控阵雷达波束连续可调，具有延时范围大，精度高，结构简单，可以灵活设计。

【技术实现步骤摘要】
基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置及其设计方法
本专利技术属于光纤通信技术及光延迟器
，具体涉及一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置及其设计方法。
技术介绍
到目前为止，光控相控阵雷达要实现全光集成化仍是一个技术难点，当前所设计的光延迟网络都比较复杂，不易于集成。光纤光栅是近年来崛起的新星，其早期主要用于光纤通信中，但是近几年已经广泛应用于相控阵领域。传统基于光开关的延迟线，虽然结构比较简单，但是可实现的延迟状态比较少，光路切换比较快的光开关价格昂贵，而且要用到大量光纤，不易于集成，存在光路损耗和噪声大及可靠性低等问题。而光纤光栅制作的光纤延迟线具有体积小、波长选择性好、易于与光纤系统连接、便于使用和维护，而且光纤光栅制作工艺比较成熟，易于形成规模生产，成本低。国内外学者对光纤光栅应用于相控阵雷达的研究主要集中在对光纤光栅调谐或者对可调谐激光器调谐。韩国首尔崇实大学Gab-YongLee在《OpticalTrueTime-DelayFeederforLinearPhased-ArrayAntennasImplementedwithChirpedFiberGratings》一文中提出了一种基于线性啁啾光纤光栅的并行延时系统，通过不同频率的光波控制波束调谐。但是该系统引用的啁啾光栅数量比较多，而且每个光栅都需要设计，比较复杂，延时范围也比较小。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置及其设计方法，以解决现有光控相控阵雷达波束指向精度低，延时误差大等问题。实现本专利技术的技术解决方案为：一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，包括光输入模块、线性调频光栅以及N路光开关，N为正整数，其中，所述光输入模块用于将待延时射频信号搭载在光信号上，所述线性调频光栅用于对搭载在光信号上的射频信号进行一级延时，所述N路光开关每一路上设置有不同长度的单模光纤，用于将经过一级延时的射频信号分为N路并进行不同时间的二级延时。所述线性调频光栅中啁啾系数、线性调频光栅周期线性变化的系数、线性调频光栅长度根据相控阵天线阵列结构确定，具体公式为：式中，θB为相控阵天线的波束指向角，τ为相邻阵元信号辐射或接收的时间差，dPAA为相邻阵元之间的间隔，c为光在真空中的传播速度，n为纤芯折射率，dλ为不同波长光的间隔，C为线性调频光栅啁啾系数，Δ为线性调频光纤周期线性变化的系数，L为线性调频光栅长度。本专利技术还提出了一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置的设计方法，具体步骤为：步骤1、根据相控阵天线阵列结构设置线性调频光栅中啁啾系数、线性调频光栅周期线性变化的系数、线性调频光栅的长度；步骤2、对步骤1中设置好参数的线性调频光栅进行光学切趾，将光学切趾后的线性调频光栅作为一级延时装置；步骤3、根据实际延时需求确定单模光纤的长度，将每一路上设置有不同长度单模光纤N路光开关作为二级延时装置；步骤4、搭载在光信号上的待延时射频信号依次经过一级延时装置和二级延时装置进行延时后输出。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)本专利技术采用线性调频光栅作为一级延时装置，相比于普通光栅延时装置，本专利技术采用了光开关作为光路补偿，只需使用一个光栅，标准单模光纤长度大大缩短，延时装置中所需器件相对较少，利于集成化；(2)本专利技术所需光栅为线性调频光栅，其反射频谱要与输入波长相匹配。在实际应用中，光栅各类参数易于调整，光谱特性与时延特性可以灵活设计，型号易于制作，成本较其他光器件低；(3)本专利技术能够实现相控阵波束指向角最大为60°的连续扫描；(4)本专利技术延时精度高，误差小。可以实现0.5ps左右的延时误差，延时范围相比于普通光栅延时系统大有提高。下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述。附图说明图1为实施例1中基于线性调频光栅组成的5bit光纤延时网络装置结构图。图2为实施例1中基于线性调频光栅组成的5bit光纤延时网络装置建模仿真图。图3为实施例1中基于线性调频光栅组成的5bit光纤延时网络装置线性调频光栅仿真图。图4为实施例1中基于线性调频光栅组成的5bit光纤延时网络装置其中一个延时波形图。图5为实施例1中基于线性调频光栅组成的5bit光纤延时网络装置32个延时状态理论值与测试数据的拟合曲线。图6为实施例1中基于线性调频光栅组成的5bit光纤延时网络装置32个延时状态理论值与测试数据的拟合曲线其中一路曲线的放大状态图。下面结合具体实施方式对本专利技术做进一步说明。具体实施方式一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，包括光输入模块、线性调频光栅3以及N路光开关5，N为正整数，其中，所述光输入模块用于将待延时射频信号搭载在光信号上，所述线性调频光栅3用于对搭载在光信号上的射频信号进行一级延时，所述N路光开关5每一路上设置有不同长度的单模光纤，用于将经过一级延时的射频信号分为N路并进行不同时间的二级延时。在某些实施例中，N为4，即4路光开关。经线性调频光栅3一级延时的射频信号进入光开关，通过单模光纤进行4路并行延时补偿，从而实现二次延时，便可得到4*8共32种不同的延时状态，然后经合束器进入相控阵天线阵列形成波束。进一步的实施例中，所述光输入模块包括可调谐激光器1和电光调制器2，所述可调谐激光器1产生的光波经电光调制器2与待延时射频信号相干涉。进一步的实施例中，所述单模光纤的长度根据实际需求延迟时间确定，具体公式为：式中，n表示光纤的折射率，c为光在真空中的传播速度，Δt为实际需求延迟时间，L为单模光纤的长度。进一步的实施例中，所述线性调频光栅3中啁啾系数、线性调频光栅3周期线性变化的系数、线性调频光栅3长度根据相控阵天线阵列结构确定，具体公式为：式中，θB为相控阵天线的波束指向角，τ为相邻阵元信号辐射或接收的时间差，dPAA为相邻阵元之间的间隔，c为光在真空中的传播速度，n为纤芯折射率，dλ为不同波长光的间隔，C为线性调频光栅3啁啾系数，Δ为线性调频光纤3周期线性变化的系数，L为线性调频光栅3长度。进一步的实施例中，还包括光环形器4，搭载在光信号上的射频信号从光环形器4的第一端口输入光环形器4，从光环形器4的第二端口输出至线性调频光栅3，经一级延时的射频信号从光环形器4的第二端口输入至光环形器4，从光环形器4的第三端口输出至N路光开关。进一步的实施例中，所述光输入模块光信号的波长范围落入线性调频光栅3的反射谱内。特定波长的光信号经过线性调频光栅，只会在光栅的某一位置反射回来。对于固定的线性调频光栅，光信号在线性调频光栅中的反射点与光波波长有关，调节光波波长，即可实现不同时延。反射位置与光波波长的关系满足：λd＝2neff(Δ·z+Λ0)-L/2<z<L/2式中λd是线性调频光栅3位置z处的反射波长，neff是线性调频光栅3的有效折射率，Δ为线性调频光栅3周期线性变化的系数，Λ0为线性调频光栅3中间位置处的光栅周期，L为线性调频光栅3长度。可调谐激光器1产生高斯包络的光信号经电光调制器2与射频信号相干涉，使射频信号搭载在光信号上；搭载有射频信号的光信号经光环形器1端口进入，2端口输出进入线性调频光栅3，在线性调频光栅3反射位置反射后，经光环形器3端口输出，得到一级时间延迟；光环形器3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，其特征在于，包括光输入模块、线性调频光栅(3)以及N路光开关(5)，N为正整数，其中，所述光输入模块用于将待延时射频信号搭载在光信号上，所述线性调频光栅(3)用于对搭载在光信号上的射频信号进行一级延时，所述N路光开关(5)每一路上设置有不同长度的单模光纤，用于将经过一级延时的射频信号分为N路并进行不同时间的二级延时。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，其特征在于，包括光输入模块、线性调频光栅(3)以及N路光开关(5)，N为正整数，其中，所述光输入模块用于将待延时射频信号搭载在光信号上，所述线性调频光栅(3)用于对搭载在光信号上的射频信号进行一级延时，所述N路光开关(5)每一路上设置有不同长度的单模光纤，用于将经过一级延时的射频信号分为N路并进行不同时间的二级延时。2.根据权利要求1所述的基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，其特征在于，所述光输入模块包括可调谐激光器(1)和电光调制器(2)，所述可调谐激光器(1)产生的光波经电光调制器(2)与待延时射频信号相干涉。3.根据权利要求1所述的基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，其特征在于，所述单模光纤的长度根据实际需求延迟时间确定，具体公式为：式中，n表示光纤的折射率，c为光在真空中的传播速度，Δt为实际需求延迟时间，L为单模光纤的长度。4.根据权利要求1所述的基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，其特征在于，所述线性调频光栅(3)中啁啾系数、线性调频光栅(3)周期线性变化的系数、线性调频光栅(3)长度根据相控阵天线阵列结构确定，具体公式为：式中，θB为相控阵天线的波束指向角，τ为相邻阵元信号辐射或接收的时间差，dPAA为相邻阵元之间的间隔，c为光在真空中的传播速度，n为纤芯折射率，dλ为不同波长光的间隔，C为线性调频光栅(3)啁啾系数，Δ为线性调频光纤(3)周期线性变化的系数，L为线性调频光栅(3)长度。5.根据权利要求1所述的基于线性调频光栅5bit光纤延时网络装置，其特征在于，还包括光环形器(4)，搭载在光信号上的射频信号从光环形器(4)的第一端口输入光环形器(4)，从光环形器(4)的第二端口输出至线性调频光栅(3)，经一级延时的射频信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭红霞，蔡宸怡，张少瑶，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32