微波光子学实现的波束形成和信道化制造技术

本申请涉及微波光子学实现的波束形成和信道化，并公开了一种接收器和发射器，其适用于太空、空中或地面RF通信系统，并且适用于在诸如高吞吐量卫星上的通信点波束的任何给定波束中存在多种类型和性质的一个或多个信号的系统。发射器可以包括：光学频率梳，其被配置成生成多个等距间隔的光波长；电光调制器，其接收多个等距间隔的光波长和数据信号并产生经调制的光波束；光学环行器，其接收经调制的光波束；光学开关，其将经调制的光波束切换到端接在一个或多个光纤布拉格光栅中的光学开关的输出端口；波分复用器，其从光学环行器接收经时间延迟的经调制的光波束的单个的波长；以及多个天线元件。以及多个天线元件。以及多个天线元件。

【技术实现步骤摘要】
微波光子学实现的波束形成和信道化


[0001]本公开涉及用于微波光子学实现的波束形成和信道化的系统和方法。

技术介绍

[0002]在常规射频(RF)设计中，相控阵天线波束形成依赖于电子控制移相器来对准独立的阵列元件。RF部件和相移部件都创建带宽和动态范围限制。增加带宽会引入RF波束扰动，诸如波束偏斜(squint)。在初始下变频到中频后的数字波束形成中，需要高采样率的模数转换(ADC)，但这是对ADC分辨率的折衷。这限制了调制阶数(order)，并最终降低了可用的数据速率。用于卫星、空中和地面通信的目前系统正在寻求通过带宽高效的调制方案(例如，数字视频广播卫星2(DVBS
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II))来增加容量，该方案实现大于128正交幅度调制(QAM)的波形和在毫米波(mmW或MMW)谱带中更宽的带宽信道。这种带宽和调制阶数的扩展给前端射频(RF)和数字采样部件带来了挑战。当使用所有的电子信道化和波束形成时，在传输中也存在同样的问题。

技术实现思路

[0003]以下呈现简化
技术实现思路
以提供对本教导的一个或多个实施方式的一些方面的基本理解。该
技术实现思路
不是广泛概述，也不是旨在标识本教导的要点或关键要素，也不是描绘本公开的范围。相反，它的主要目的仅仅是以简化的形式呈现一个或多个概念，作为后面具体实施方式的前奏。
[0004]根据本公开的示例，公开了一种接收器。该接收器包括：相控阵天线，其具有P个接收元件，该P个接收元件被配置成使得P个接收元件中的每个调制P个光学调制器中的一个；第一光学频率梳，其被配置成生成多个等距间隔的光波长；第一1
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P波分复用器(WDM1)，其被配置成接收多个等距间隔的光波长，并且进一步被配置成将多个等距间隔的光波长分割为单个的(individual)光波长，使得单个的光波长中的每个作为单独的载波信号输出到P个光学调制器中的每个，使得入射到P个接收元件中的每个上的总传入射频(RF)波束场调制每个光学调制器中的单独的光波长；第二波分复用器(WDM2)，其被配置成接收来自光学调制器中的每个光学调制器的每个输出，使得所有经调制的波长组合在一起形成单一输出以形成组合信号；以及N输入端口
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M输出端口光学开关(switch)，其被配置成将来自WDM2的组合信号接收到至少一个输入端口，并且进一步被配置成将组合信号切换到端接在一个光纤布拉格光栅(FBG)中的输出端口，每个FBG具有不同的波长色散属性，使得在每个光纤中的不同波长之间引入不同的时间延迟。
[0005]在一些示例中，在接收器中，第一光学频率梳被配置成使得相邻频率间距是由相控阵接收元件预期接收的最大RF频率的2倍以上。
[0006]在一些示例中，在接收器中，第一波分复用器(WDM1)具有等于第一光学频率梳的相邻频率间距的信道间间距。
[0007]在一些示例中，在接收器中，第二波分复用器(WDM2)具有等于第一频率梳的相邻
频率间距的信道间间距。
[0008]在一些示例中，在接收器中，第二波分复用器(WDM2)被配置成具有由相控阵元件预期接收的最大RF频率的2倍以上的带通。
[0009]在一些示例中，在接收器中，WDM1和WDM2中的信道的数量至少是相控阵接收元件的数量。
[0010]在一些示例中，在接收器中，WDM1和WDM2之间的光学路径(包括每个光学调制器)在1mm差内相等。
[0011]在一些示例中，接收器还包括光学放大器和具有N个输出端口的波长无关的分光器，其中光学放大器和波长无关的分光器插在WDM2和光学开关之间，使得WDM2输出到光学放大器，光学放大器进而输出到波长无关的分光器，波长无关的分光器进而输出到光学开关的每个输入端口。
[0012]在一些示例中，在接收器中，光学开关的输出处的FBG在不同波长之间引入时间延迟，该时间延迟表示从不同方向到达的RF波束场波前照射到相控阵接收器元件的真实时间延迟。
[0013]在一些示例中，在接收器中，用于光学开关的N个输入的数量对应于可以在相控阵接收器元件上同时获取的RF波束的数量。
[0014]在一些示例中，在接收器中，来自光学开关的M个输出的数量对应于可以被解析的不同RF波束方向的数量。
[0015]在一些示例中，在接收器中，光学开关使得能够利用FBG选择输出端口，FBG在表示所选RF波束方向的波长之间引入特定的真实时间延迟。
[0016]在一些示例中，在接收器中，接收器还包括插在WDM2和FBG之间的光学环行器。
[0017]在一些示例中，在接收器中，光学环行器的输出表示来自单个的相控阵元件的信号的所有波长，这些单个的相控阵元件由于在不同波长之间施加的真实时间延迟而形成特定波束方向。
[0018]在一些示例中，在接收器中，光学环行器的输出被路由到信号信道化和处理元件。
[0019]在一些示例中，接收器提供对发生的N个RF波束方向的同时并行获取处理。
[0020]根据本公开的示例，公开了一种发射器。该发射器包括：光学频率梳，其被配置成生成多个等距间隔的光波长；电光调制器(EOM)，其被配置成接收多个等距间隔的光波长和数据信号，并产生用数据信号调制的经调制的光波束；光学环行器，其被配置成在输入端口处接收经调制的光波束；N输入端口
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M输出端口光学开关，其被配置成从光学环行器的第一输出端口接收经调制的光波束，并且进一步被配置成将经调制的光波束切换到光学开关的输出端口，该光学开关的输出关口端接在一个或多个光纤布拉格光栅(FBG)中，每个FBG具有不同的波长色散属性，使得在每个光纤中的不同波长之间引入不同的时间延迟；1
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P波分复用器(WDM1)，其被配置成从光学环行器的第二输出端口接收经时间延迟的经调制的光波束的单个的波长；以及多个天线元件，其中多个天线元件中的每个被配置成接收和发射经调制的光波束的单个的波长。
[0021]在一些示例中，在发射器中，多个天线元件中的每个包括光电二极管和功率放大器。
[0022]在一些示例中，在发射器中，EOM是马赫
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曾德尔(Mach Zehnder)调制器。
附图说明
[0023]并入本说明书并构成本说明书一部分的附图图示说明了本教导的实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。
[0024]图1示出了根据本公开的示例的接收器。
[0025]图2示出了根据本公开的示例的用于具有两个相干(coherent)频率梳的信道化的系统。
[0026]图3示出了根据本公开的示例的接收方法。
[0027]图4示出了根据本公开的示例的信号信道化的方法。
[0028]图5示出了根据本公开的示例的在搜索模式场景中使用的波束扫描和信号获取的方法。
[0029]图6示出了根据本公开的示例的发射器。
[0030]应该注意的是，附图中的一些细节已经被简化，并且是为了便于理解本教导而绘制的，而不是为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种接收器(100)，其包括：相控阵天线，其具有P个接收(300)元件，所述P个接收(300)元件被配置成使得所述P个接收(300)元件中的每个接收元件对P个光学调制器(120)中的一个进行调制；第一(1)光学频率梳，其被配置成生成多个等距间隔的光波长；第一(1)1
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P波分复用器即WDM1，其被配置成接收所述多个等距间隔的光波长，并且进一步被配置成将所述多个等距间隔的光波长分割成单个的光波长，使得单个的光波长中的每个光波长作为单独的载波信号输出到所述P个光学调制器(120)中的每个光学调制器，使得入射到所述P个接收(300)元件中每个接收元件上的总传入射频波束场即RF波束场调制每个光学调制器(120)中的单独的光波长；第二波分复用器即WDM2，其被配置成接收来自所述光学调制器(120)中的每个光学调制器的每个输出，使得所有经调制的波长组合在一起成为单一输出以形成组合信号；以及N输入端口光学开关(160、635)
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M输出端口光学开关(160、635)(160、635)，其被配置成将来自所述WDM2的所述组合信号接收到至少一个输入端口，并且进一步被配置成将所述组合信号切换到端接在一个光纤布拉格光栅即FBG(165)中的输出端口，每个FBG(165)具有不同的波长色散属性，使得在每个光纤中的不同波长之间引入不同的时间延迟。2.根据权利要求1所述的接收器(100)，其中所述第一(1)光学频率梳被配置成使得相邻频率间距是由接收(300)相控阵接收(300)元件(105)预期接收的最大RF频率的2倍以上。3.根据权利要求1所述的接收器(100)，其中所述第一(1)波分复用器即WDM1具有等于所述第一(1)光学频率梳的相邻频率间距的信道间间距。4.根据权利要求1所述的接收器(100)，其中所述第二波分复用器即WDM2具有等于所述第一(1)频率梳的相邻频率间距的信道间间距。5.根据权利要求1所述的接收器(100)，其中所述第二波分复用器即WDM2被配置成具有由相控阵元件预期接收的最大RF频率的2倍以上的带通。6.根据权利要求1所述的接收器(100)，其中WDM1和WDM2中的信道的数量至少是接...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：