【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波光子及空间激光通信的应用领域，特别是一种单片集成的无缆化光控相控阵列前端系统。
技术介绍
1、微波光子技术采用光子学方法和手段进行微波信号的产生、传输与处理，具有无带宽限制、对任何调制/编码格式透明、电磁兼容、传输损耗低等优势，目前微波光子信号传输技术已经在宽带光控相控阵天线及阵列天线拉远系统等得到了广泛研究并进入工程应用阶段。相比于传统的微波技术及数字阵列技术，宽带光控阵列不仅保留了阵列系统的优势，还结合了光学处理技术大带宽的特点，解决了目前阵列系统的带宽瓶颈。
2、然而现有的卫星有效载荷光控阵列系统大部分基于分立器件构建，存在着重量大、体积大、成本高、可靠性差、易受环境影响等问题，天线前端与信号处理与控制中心之间通常采用大量光纤光缆功分和传输技术，规模庞大；光控阵列系统天线前端常置于舱外，光纤光缆直接暴露于舱外高度真空、大剂量辐照、极端温变等环境条件下，使得光纤长度和折射率发生变化，使得传输信号的相位发生变化，进而影响传输信号的质量；舱外快温变会加速引起光缆变形，微弯损耗增加使得传输信号幅度产生变化，长寿命难以保证；以上因素严重制约其在卫星平台上的实际应用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，实现系统的高性能、小尺寸和低成本批量化的目的。
2、为了实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，包含卫星舱外光控阵列天线前端芯片和卫星
4、在发射模式下，所述卫星舱内波束控制芯片对微波信号进行处理，出射第一n路空间射频光信号，所述第一n路空间射频光信号经空间光传输至所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片，所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片对所述第一n路空间射频光信号进行处理并出射。
5、在接收模式下，所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片对微波信号进行处理并出射第二n路空间射频光信号，所述第二n路空间射频光信号经空间光传输至所述卫星舱内波束控制芯片，所述卫星舱内波束控制芯片对所述第二n路空间射频光信号进行处理，输出射频合波信号。
6、可选地，所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片包含：可调谐激光器组、宽带电光调制器组、第一片上集成soa阵列、第一集成opa收发单元和光电探测器组。所述卫星舱内波束控制芯片包含：可调谐激光器、宽带电光调制器、1分n光功分器、波分复用器、第二片上集成soa阵列、集成ottd阵列、第二集成opa收发单元和光电探测器。
7、在发射模式下，微波信号发射机输出宽带微波信号，所述可调谐激光器输出波长λ0的光载波，所述宽带微波信号经所述宽带电光调制器电光转换，调制到波长λ0的光载波上；所述1分n光功分器用于对调制后的所述波长λ0光载波进行分光，输出n路载波λ0射频光信号；所述第二片上集成soa阵列用于对所述n路载波λ0射频光信号进行放大，且通过所述集成ottd阵列产生n个通道间相对时延差以及经过所述第二集成opa收发单元出射所述第一n路空间射频光信号；所述第一n路空间射频光信号经空间光传输至所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片，所述第一集成opa收发单元用于对所述第一n路空间射频光信号进行处理，输出第一n路波导介质射频光信号；所述第一片上集成soa阵列用于对所述第一n路波导介质射频光信号进行放大，所述光电探测器组对来自所述第一片上集成soa阵列的所述第一n路波导介质射频光信号进行光电转换，输出n路宽带微波信号；所述n路宽带微波信号经t/r组件，分别从n个天线辐射出去，在空间实现功率合成。
8、接收模式下，空间微波信号被n个天线接收，从所述t/r组件输入至所述宽带电光调制器组内，所述可调谐激光器组输出n路波长分别为λ1～λn的光载波，所述空间微波信号经所述宽带电光调制器组电光转换，调制到所述n路波长分别为λ1～λn的光载波上，输出n路光载射频信号；所述第一片上集成soa阵列对所述n路光载射频信号进行放大，经所述第一集成opa收发单元进行处理并出射第二n路空间射频光信号；所述第二n路空间射频光信号经空间光传输至卫星舱内波束控制芯片；所述第二集成opa收发单元用于对所述第二n路空间射频光信号进行处理，输出第二n路波导介质射频光信号；所述第二n路波导介质射频光信号经所述集成ottd阵列产生n个通道间相对时延差；分别由所述第二片上集成soa阵列对来自所述接收ottd阵列17的所述第二n路波导介质射频光信号进行放大，输出n路载波λ1～λn的光载射频信号；所述波分复用器将所述n路载波λ1～λn的光载射频信号复用输出一路光域合波射频光信号，并最终由光电探测器完成光电转换，输出射频合波信号，进入微波信号接收机完成后续信号处理。
9、可选地，所述第一片上集成soa阵列包含第一上行射频光信号soa阵列和第一下行射频光信号soa阵列。在发射模式下，所述第一上行射频光信号soa阵列用于对来自所述片上第一集成opa收发单元的所述第一n路波导介质射频光信号进行放大。在接收模式下，所述第一下行射频光信号soa用于对所述n路光载波射频光信号进行放大。
10、可选地，所述第一集成opa收发单元包括：相互连接的第一接收opa光学天线阵面、第一接收opa移相器阵列和第一接收opa功分网络；以及，相互连接的第二发射opa功分网络、第二发射opa移相器阵列和第二发射opa光学天线阵面。在发射模式下，所述第一n路空间射频光信号依次经所述第一接收opa光学天线阵面、所述第一接收opa移相器阵列和所述第一接收opa功分网络处理，输出所述第一n路波导介质射频信号。在接收模式下，来自所述第一片上集成soa阵列的所述n路光载射频信号依次经所述第二发射opa功分网络、所述第二发射opa移相器阵列和所述第二发射opa光学天线阵面处理，输出所述第二n路空间射频光信号。
11、可选地，所述第一接收opa光学天线阵面和所述第二发射opa光学天线阵面均包括：第一l×m个光栅型光学天线；所述第一接收opa移相器阵列和所述第二发射opa移相器阵列均包括：第一l×m个热光相移器；所述第一接收opa功分网络和所述第二发射opa功分网络均包括：第一l×m路光通道。在发射模式下，所述第一接收opa光学天线阵面的第一l×m光栅型光学天线用于接收通过空间光传输的所述第一n路空间射频光信号，并输出l×m路光通道光信号；所述第一接收opa移相器阵列的所述第一l×m个热光相移器用于对所述第一l×m路光通道光信号的相位调谐处理，以完成光波束偏转；所述第一接收opa功分网络的所述第一l×m路光通道光信号，用于将经相位调谐处理的所述第一l×m路光通道光信号功分输出所述第一n路波导介质射频光信号。在接收模式下，所述第二发射opa功分网络的所述第一l×m路光通道，用于对来自所述第一片上集成soa阵列的所述n路光载射频信号功分输出l×m路光通道光信号；所述第二发射opa移相器阵列的所述第一l×m个热光相移器用于对所述第一l×m路光通道光信号的相位调谐处理，以完成光波束偏转本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，包含卫星舱外光控阵列天线前端芯片(1)和卫星舱内波束控制芯片(2)，在发射模式下，所述卫星舱内波束控制芯片(2)对微波信号进行处理，出射第一N路空间射频光信号，所述第一N路空间射频光信号经空间光传输至所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片(1)，所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片(1)对所述第一N路空间射频光信号进行处理并出射；
2.根据权利要求1所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第一片上集成SOA阵列(16)包含第一上行射频光信号SOA阵列(631～63n)和第一下行射频光信号SOA阵列(611～61n)；在发射模式下，所述第一上行射频光信号SOA阵列(631～63n)用于对来自所述第一集成OPA收发单元(15)的所述第一N路波导介质射频光信号进行放大；
4.根据权利要求2所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第一集成OPA收发单元(15)包括：相互连接的第一接收OPA光
5.根据权利要求4所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，
6.根据权利要求2所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第二集成OPA收发单元(14)包括：第一发射OPA功分网络(81)、第一发射OPA移相器阵列(91)、第一发射OPA光学天线阵面(101)、第二接收OPA光学天线阵面(104)、第二接收OPA移相器阵列(94)和第二接收OPA功分网络(84)；
7.根据权利要求6所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第一发射OPA功分网络(81)和第二接收OPA功分网络(84)均包括：第二L×M路光通道；
8.根据权利要求2所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述集成OTTD阵列(17)包括：发射OTTD阵列(71)和接收OTTD阵列(72)，
9.根据权利要求8所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，
10.根据权利要求9所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第二片上集成SOA阵列(13)包括：第二上行射频光信号SOA阵列(611～61n)和第二下行射频光信号SOA阵列(641～64n)，
...【技术特征摘要】
1.一种片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，包含卫星舱外光控阵列天线前端芯片(1)和卫星舱内波束控制芯片(2)，在发射模式下，所述卫星舱内波束控制芯片(2)对微波信号进行处理，出射第一n路空间射频光信号，所述第一n路空间射频光信号经空间光传输至所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片(1)，所述卫星舱外光控阵列天线前端芯片(1)对所述第一n路空间射频光信号进行处理并出射；
2.根据权利要求1所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第一片上集成soa阵列(16)包含第一上行射频光信号soa阵列(631～63n)和第一下行射频光信号soa阵列(611～61n)；在发射模式下，所述第一上行射频光信号soa阵列(631～63n)用于对来自所述第一集成opa收发单元(15)的所述第一n路波导介质射频光信号进行放大；
4.根据权利要求2所述的片上集成的无缆化光控相控阵列前端系统，其特征在于，所述第一集成opa收发单元(15)包括：相互连接的第一接收opa光学天线阵面(102)、第一接收opa移相器阵列(92)和第一接收opa功分网络(82)；以及，相互连接的第二发射opa功分网络(83)、第二发射opa移相...
【专利技术属性】
技术研发人员：李贝，柏刚，曹岸杰，段存高，周冰洁，曹哲玮，宋义伟，李鑫，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：
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