基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统技术方案

一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，包括：一射频振荡器；多个可调激光器；多个电光调制器，每一电光调制器的电输入端与射频振荡器的输出端连接，每一电光调制器的光输入端分别与每一可调激光器的输出端连接；多个色散补偿单元及依序连接的多个光分束器、多个扫描真延时单元、一光电探测器阵列、一相位微调器阵列和一天线阵列。本发明专利技术可以实现相控阵面阵天线的宽带宽角度扫描。

【技术实现步骤摘要】
基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统
本专利技术属于光控相控阵天线
，特别涉及一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统。
技术介绍
传统的相控阵天线是一种基于移相器的电子扫描天线，在进行宽角度扫描时，由于孔径效应、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天线的宽带宽角度扫描功能。若在阵列天线的各个单元采用相应的光实时延迟线(OpticalTrueTimeDelay，简称OTTD)取代传统相控阵雷达中的移相器，就可以大大减轻天线孔径效应、渡越时间的影响，使得相控阵雷达瞬时信号带宽对天线波束指向的影响减小，也使得天线渡越时间对瞬时信号带宽的限制减小，实现宽带宽角扫描，其具有很多优点，如：带宽非常宽、损耗比较低、对电磁波的抗辐射干扰能力很强以及体积重量小易封装等等。尤其是光纤延迟线的单位延时损耗与频率无关，这使得其在宽带信号处理中具有很大的优势，光真时延波束形成逐渐地成为了一种具有广阔前景的相控阵技术。光真时延波束形成系统的构成方式有：集成光开关时延线、色散棱镜、离散布拉格光栅、啁啾光栅、压电光纤伸展系统、光子晶体光纤、超结构光纤布拉格光栅、色散补偿光纤和多波长激光器等。其中，基于色散的多波长时延方案由于具有结构简单，易于小型化、集成化，可实现连续扫描等优点，而且色散器件相对比较成熟，有利于实现实用化的真时延方案，因此基于色散的多波长时延方案备受关注。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本专利技术的目的在于，提供一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，以实现相控阵面阵天线的宽带宽角度扫描。本专利技术提供一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，包括：一射频振荡器；多个可调激光器；多个电光调制器，每一电光调制器的电输入端与射频振荡器的输出端连接，每一电光调制器的光输入端分别与每一可调激光器的输出端连接；多个色散补偿单元，每一色散补偿单元的输入端分别与每一电光调制器的光输出端连接，该多个补偿单元构成俯仰角波长扫描真延时单元；多个光分束器，每一光分束器的输入端分别与每一色散补偿单元的输出端连接，每一光分束器具有m个输出端；多个扫描真延时单元，每一扫描真延时单元的输入端分别与每一光分束器的输出端连接，该多个扫描真延时单元构成方位角波长扫描真延时单元；一光电探测器阵列，该光电探测器阵列包括多组光电探测器，该光电探测器阵列中的每一组光电探测器的输入端分别与多个扫描真延时单元的输出端连接；一相位微调器阵列，该相位微调器阵列的每一相位微调器的输入端分别与光电探测器阵列中的每一光电探测器的输出端连接；一天线阵列，该天线阵列中的每一天线分别与相位微调器阵列中的每一相位微调器的输出端连接。由上述技术方案可以看出，本专利技术基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，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、体积重量小、易封装，可实现宽带宽角度扫描。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明，其中：图1是本专利技术基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，请参照图1，该系统包括：一射频振荡器1；多个可调激光器21-2n；多个电光调制器31-3n，每一电光调制器的电输入端与射频振荡器1的输出端连接，每一电光调制器的光输入端分别与每一可调激光器的输出端连接；多个色散补偿单元41-4n，每一色散补偿单元的输入端分别与每一电光调制器的光输出端连接，每一色散补偿单元为大色散系数色散补偿光纤，各色散补偿光纤长度相等，色散系数相等，该多个补偿单元41-4n构成俯仰角波长扫描真延时单元；多个光分束器51-5n，每一光分束器的输入端分别与每一色散补偿单元的输出端连接，每一光分束器具有m个输出端；多个扫描真延时单元61-6n，每一扫描真延时单元的输入端分别与每一光分束器的输出端连接，每一扫描真延时单元61-6n分别包含m个总长相等的小色散系数色散补偿光纤与普通单模光纤组合6i1-6im，i＝1，2，…，n，其中小色散系数色散补偿光纤长度不等且递增，普通单模光纤长度不等且递减，该多个扫描真延时单元616n构成方位角波长扫描真延时单元；一光电探测器阵列7，该光电探测器阵列7包括多组光电探测器，该光电探测器阵列7中的每一组光电探测器的输入端分别与多个扫描真延时单元61-6n的输出端连接；一相位微调器阵列8，该相位微调器阵列8的每一相位微调器的输入端分别与光电探测器阵列7中的每一光电探测器的输出端连接；一天线阵列9，该天线阵列9中的每一天线分别与相位微调器阵列8中的每一相位微调器的输出端连接。其中，可调激光器与电光调制器之间的连接为普通单模光纤，射频振荡器与电光调制器、光电探测器与相位微调器、相位微调器与天线之间的连接为标准射频连接线。以下分别对本实施例基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统的各个组成部分进行详细的说明。射频振荡器1通过n组相同的电光调制器31-3n将射频信号分别调制到波长为λ1、λ2、…、λn的载波信号上。n个可调激光器21-2n输出波长分别为λi＝λ11+(i-1)×Δλ，i＝1，2，…，n。其中，λ11为第一组方位角光真延时单元波束形成的设定扫描波长，Δλ为一微小波长差。经过调制后的光信号分别经过n段长度相等色散系数相等的色散补偿单元41-4n，光信号经过色散补偿光纤后获得相邻两行间延时差ΔT＝D×L×Δλ，其中D为色散系数，L为色散补偿光纤的长度。在本实施例中，使用DL＝-1000ps/nm的大色散系数色散补偿光纤，根据的俯仰角波束形成，其中c为真空中光速，dAA为天线阵元间距，为获得±60°的宽俯仰角扫描，Δλ扫描范围在-0.043至+0.043nm以内，即利用各行波长微小差别控制行间延时获得宽角度俯仰角波束形成。n组相同结构且总长相等的小色散系数色散补偿光纤与普通单模光纤组合611-6nm，其中每组中6i1-6im的色散补偿光纤长度不等且递增，普通单模光纤长度不等且递减。每组6i1-6im中载波波长相等，以不同的D’L’获得列间延时。在本实施例中，用于方位角波长扫描真延时(列间延时)单元的色散补偿光纤色散系数D’＝-100ps/nm/km，为获得±60°的宽方位角扫描，6ij(j＝1，2，…，m)中色散补偿光纤的长度L’分别设为0，10m，20m，…，(m-1)×10m，每一可调激光器的波长扫描范围Δλ'在-43至+43nm以内，即利用各路色散补偿光纤长度递增控制列间延时获得宽角度方位角波束形成。结合以上说明，行间延时41-4n由Δλ扫描控制，列间延时6i1-6im(i＝1，2，…，n)由Δλ’扫描控制。n行扫描波长分别为λ1＝λ11+Δλ’，λ2＝λ11+Δλ+Δλ’，λ3＝λ11+2Δλ+Δλ’，…，λn＝λ11+(n-1)×Δλ+Δλ’本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，包括：一射频振荡器；多个可调激光器；多个电光调制器，每一电光调制器的电输入端与射频振荡器的输出端连接，每一电光调制器的光输入端分别与每一可调激光器的输出端连接；多个色散补偿单元，每一色散补偿单元的输入端分别与每一电光调制器的光输出端连接，该多个补偿单元构成俯仰角波长扫描真延时单元；多个光分束器，每一光分束器的输入端分别与每一色散补偿单元的输出端连接，每一光分束器具有m个输出端；多个扫描真延时单元，每一扫描真延时单元的输入端分别与每一光分束器的输出端连接，该多个扫描真延时单元构成方位角波长扫描真延时单元；一光电探测器阵列，该光电探测器阵列包括多组光电探测器，该光电探测器阵列中的每一组光电探测器的输入端分别与多个扫描真延时单元的输出端连接；一相位微调器阵列，该相位微调器阵列的每一相位微调器的输入端分别与光电探测器阵列中的每一光电探测器的输出端连接；一天线阵列，该天线阵列中的每一天线分别与相位微调器阵列中的每一相位微调器的输出端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于波长扫描的光真延时平面相控阵发射天线系统，包括：一射频振荡器；多个可调激光器；多个电光调制器，每一电光调制器的电输入端均与射频振荡器的输出端连接，每一电光调制器的光输入端分别与对应的一可调激光器的输出端连接；多个色散补偿单元，每一色散补偿单元的输入端分别与对应的一电光调制器的光输出端连接，该多个色散补偿单元构成俯仰角波长扫描真延时单元；多个光分束器，每一光分束器的输入端分别与对应的一色散补偿单元的输出端连接，每一光分束器具有m个输出端；多个扫描真延时单元，每一扫描真延时单元的输入端分别与对应的一光分束器的输出端连接，该多个扫描真延时单元构成方位角波长扫描真延时单元；一光电探测器阵列，该光电探测器阵列包括多组光电探测器，该光电探测器阵列中的每一组光电探测器的输入端分别与对应的多个扫描真延时单元的输出端连接；一相位微调器阵列，该相位微调器阵列的每一相位微调器的输入端分别与对应的光电探测器阵列中的每一光电探测器的输出端连接；一天...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，周俊萍，邓晔，祝宁华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11