基于波分复用的色散与非色散器件级联大型光真延时网络制造技术

本发明专利技术提出的一种基于波分复用的色散与非色散器件级联大型光真延时网络，包括多波长光源、电光调制单元和色散与非色散器件级联真延时单元；多波长光源包含多个波长间隔相等的光波分量；色散与非色散器件级联真延时单元由级联的可编程色散器件矩阵和可编程非色散器件阵列以及波长解复用器组成；可编程色散器件矩阵包括间隔设置的多个色散控制器和色散器件；可编程非色散器件阵列具有多个通路，第一个通路内仅设有非色散器件，其余通路均分别包括间隔设置的多个延时控制器和非色散器件。本发明专利技术利用波分复用，在减少波分复用对载波波长数量要求的同时增加真延时网络通道数，在低系统复杂度的情况下获得高通道一致性、低延时误差的真延时网络。差的真延时网络。差的真延时网络。

【技术实现步骤摘要】
基于波分复用的色散与非色散器件级联大型光真延时网络


[0001]本专利技术涉及微波光子，光控波束赋形
，具体涉及一种基于波分复用的色散与非色散器件级联大型光真延时网络。

技术介绍

[0002]雷达天线的扫描技术有着重要的军用、民用价值。人们起初采用机械式雷达，通过转动机械结构实现雷达扫描，但机械结构在扫描速度、稳定性、体积等方面存在明显劣势，随着技术发展，逐步被相控阵技术所取代。相控阵技术利用各子阵信号之间的干涉，形成稳定、可控制的波束指向。相控阵天线作为一种可以实现波束定向扫描的天线结构，有着扫描速度高、支持多波束同时扫描和支持复杂波形控制等诸多优点，因而被广泛应用于电子战、通信与导航之中。传统的微波相控阵天线利用微波移相器实现各子阵信号的相位控制，由于移相器提供的相移固定，信号中的不同频率分量所获得的延时量不同，导致传统微波相控阵天线受制于波束倾斜等问题，在工作带宽、扫描角度等方面具有明显劣势。真延时(True Time Delay,TTD)是一种对抗波束倾斜的有效方法，信号通过真延时模块后各频率分量获得相同的延时，从而使各频率分量的干涉极大指向角相同，避免了传统相控阵天线出现不同频率分量形成的波束在空间中的弥散(即波束倾斜)的问题。
[0003]用光子学方法实现真延时的具体过程是将微波信号调制到光载波上，经过真延时模块后再通过光电转换得到获得延时的微波信号。光真延时方案具有低损耗、小重量、宽带宽角等优势，引发研究者极大兴趣。光真延时方案当前的两大技术路径分别为：
[0004](1)改变光程：此方案又可以细分为改变光的传播路径长度或改变光传播介质的折射率，其结果均是改变光程，改变光传播获得的延时，进而使调制到光载波上的微波信号获得延时。
[0005](2)复用多个不同波长的光载波：利用不同波长的光获得的延时不同的特点，使调制到光载波上的微波信号获得不同的延时量。
[0006]然而，现有的光控真延时网络存在结构复杂、体积大、复用与解复用能力不足、通道间一致性差、通道间相对延时误差控制困难等问题，滞塞了光控真延时方案向多通道、大规模方向发展的步伐，而实现多通道、大规模的真延时网络是大型光控相控阵天线的基础。具体地说，目前常见的光真延时方案有集成方案(如集成微环、集成布拉格光栅)、空间光学方案、光纤光栅等，这些方案各有长处，但缺点不容忽视。集成方案体积小，但在工作带宽、延时量、损耗方面仍与分立器件系统有较大差距；空间光学方案体积庞大，与使用光纤的系统相比劣势明显；光纤光栅是目前市面上延时器件常采用的方案，技术成熟，但在搭建多通道大规模系统时存在系统体积过大，通道间一致性差、通道间相对延时误差大的问题。在使用色散器件或非色散器件实现大规模真延时的系统中，受限于各通道之间的不一致性，多通道真延时非常难实现，延时量也受器件体积约束。
[0007]由此可见，为了将大规模光控真延时方案付诸实用，找到结构简单、延时控制准确、通道间一致性好的多通道、大规模光控真延时方案具有重要意义。

技术实现思路

[0008]针对现有光控真延时网络存在的问题，本专利技术提出了一种新颖的多通道大规模真延时网络结构，通过对级联的可编程色散矩阵与可编程非色散阵列的合理设计，利用波分复用，在减少波分复用对载波波长数量要求的同时增加真延时网络通道数，可减小光控相控阵天线系统体积、增大光控相控阵天线规模。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术提出的一种基于波分复用的色散与非色散器件级联大型光真延时网络，设该网络能实现Kbit延时控制，其特征在于，包括多波长光源、电光调制单元和色散与非色散器件级联真延时单元，其中：
[0011]所述多波长光源，包含N个波长间隔相等的光波分量，以实现波长复用，N为正整数；
[0012]所述电光调制单元，包括电光调制器，利用该电光调制器将射频信号源调制到所述多波长光源输出的光载波上；
[0013]所述色散与非色散器件级联真延时单元，由级联的可编程色散器件矩阵和可编程非色散器件阵列，以及波长解复用器组成；其中：
[0014]所述可编程色散器件矩阵，包括间隔设置的(K+1)个色散控制器和K个色散器件，第一个色散控制器的输入端与所述电光调制器的输出端连接，各相邻的两色散控制器之间分别通过一个色散器件连接；通过所述可编程色散器件矩阵使各光波分量获得等间隔的延时差；
[0015]所述可编程非色散器件阵列，具有M个通路，第一个通路内仅设有非色散器件，其余通路均分别包括间隔设置的(K+1)个延时控制器和K个非色散器件，各相邻的两延时控制器之间分别通过一个非色散器件连接；M个通路的输入端同时与所述可编程色散器件阵列中的最后一个色散控制器的输出端连接；所述可编程非色散器件阵列中第一个通路到第M个通路引入的延时量以等间隔增大，且相邻两通路的延时差等于复用光信号中第一个波长分量与第N个波长分量所获得的延时差；
[0016]所述波长解复用器，与所述可编程非色散器件阵列中各通路的输出端连接，用于将所述非色散器件阵列的每一路输出光信号进行解复用，获得N
×
M通道且各相邻通道延时差相等的带载信号。
[0017]进一步地，所述色散控制器和延时控制器均采用光开关，且所述可编程非色散器件阵列中各通路内光开关的选通状态均与所述可编程色散器件矩阵中相应光开关的选通状态相同；所述可编程色散器件矩阵中除最后一个光开关的选通设置为“0”外，其余光开关的选通在“0”和“1”中任意选择。
[0018]本专利技术的特点及有益效果如下：
[0019]本专利技术将射频信号通过电光调制器调制到N个波长光源上，利用多波长光信号带载射频信号进行传输。光信号通过色散与非色散器件级联真延时单元内中的可编程色散器件矩阵与M路可编程非色散器件阵列后，得到N
×
M通道信号输出。此N
×
M通道获得延时的射频信号可作为相控阵天线馈源，通过对色散与非色散器件级联真延时单元进行编程控制，可以实现大规模波束扫描。
[0020]本专利技术能够解决现有真延时网络方案存在的规模难以做大、通道一致性差、结构
复杂的问题，通过对级联的可编程色散矩阵与可编程非色散阵列的合理设计，利用波分复用，在减少波分复用对载波波长数量要求的同时增加真延时网络通道数，这将减小光控相控阵天线系统体积、增大光控相控阵天线规模，扩展应用范围，具有很大的实用意义。
[0021]本专利技术可实现N
×
M通道真延时网络。显然，在允许的信号幅值衰减范围内，本专利技术所提出结构的通道数随多波长光源包含的波长分量数量N、色散与非色散器件级联真延时单元级数、可编程非色散器件阵列路数M的增加而快速增加，有利于在低系统复杂度的情况下获得高通道一致性、低延时误差的大规模、多通道真延时网络，进而获得结构简单、控制简单的光控相控阵。
附图说明
[0022]图1是本专利技术提出的一种基于波分复用及色散与非色散器件级联的大规模光真延时网络的结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波分复用的色散与非色散器件级联大型光真延时网络，设该网络能实现Kbit延时控制，其特征在于，包括多波长光源、电光调制单元和色散与非色散器件级联真延时单元，其中：所述多波长光源，包含N个波长间隔相等的光波分量，以实现波长复用，N为正整数；所述电光调制单元，包括电光调制器，利用该电光调制器将射频信号源调制到所述多波长光源输出的光载波上；所述色散与非色散器件级联真延时单元，由级联的可编程色散器件矩阵和可编程非色散器件阵列，以及波长解复用器组成；其中：所述可编程色散器件矩阵，包括间隔设置的(K+1)个色散控制器和K个色散器件，第一个色散控制器的输入端与所述电光调制器的输出端连接，各相邻的两色散控制器之间分别通过一个色散器件连接；通过所述可编程色散器件矩阵使各光波分量获得等间隔的延时差；所述可编程非色散器件阵列，具有M个通路，第一个通路内仅设有非色散器件，其余通路均分别包括间隔设置的(K+1)个延时控制器和K个非色散器件，各相邻的两延时控制器之间分别通过一个非色散器件连接；M个通路的输入端同时与所述可编程色散器件阵列中的最后一个色散控制器的输出端连接；所述可编程非色散器件阵列中第一个通路到第M个通路引入的延时量以等间隔增大，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王棉，薛晓晓，李尚远，郑小平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：