[发明专利]基于集成光延迟芯片的收发一体相控阵波束合成装置

说明书

本发明公开一种基于集成光延迟芯片的收发一体相控阵波束合成装置，其中天线收发连接到光调制解调单元，光调制解调单元包括若干组光发射解调模块和光接收调制模块，收发一体延时单元对应设置若干个第一光环行器，每个第一光环行器的输入端连接对应组的光接收调制模块，输出端连接对应组的光发射解调模块，且每个第一光环行器通过一光延迟芯片连接到另一第二光环行器，第二光环行器连接到合波/分波单元的光分束器和光合成器。本发明利用集成光延迟芯片可精确控制的延时量的优点，并结合收发共用一套延时网络的系统架构，克服了微波光子波束合成现有长度延时和色散延时体制中的延时精度不足、色散系数不均匀性以及激光波长精确控制等问题。

技术领域

本发明涉及相控阵技术领域，具体涉及微波光子技术。

背景技术

在传统相控阵系统中，天线波束扫描是通过调整辐射单元之间的相位关系来实现，然而用微波元器件实现相控阵天线单元的全电子控制系统还存在着许多问题。首先，用微波技术实现的移相器本身具有很高的复杂性，且微波移相器自身的损耗（尤其在毫米波段）和重量也是制约相控阵雷达性能的重要因素之一。其次，相控阵是控制信号的相位来延迟信号，这导致不同频率的信号即使有相同的相位延迟却有不同的时间延时，从而传统相控阵天线在宽带信号情况下存在波束指向偏斜的问题，而导致传统相控阵雷达技术无法获得大瞬时信号带宽，直接影响雷达对目标的分辨、识别和成像能力的提升。

近年来，微波光子技术被应用于雷达、通信及电子战系统中，通过在光域进行实时延迟的方法补偿孔径渡越时间，可实现相控阵雷达的宽带宽角扫描；同时，光学真延时传输具有损耗低、频带宽、抗电磁干扰等固有优势。因此，可满足现代战争对雷达全方位、高性能的发展要求，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。

如公开号为CN111181683A的专利申请公开了一种基于微波光子的超宽带接收机的装置及设计方法，通过光波分复用技术将光控波束合成和光信道化功能模块通过光传输连接起来，实现了光域处理微波射频信号宽带接收的过程。本发明中不同天线列的微波信号被调制到不同波长的光载波上，通过光波长切换选择不同的延时路径实现不同的波束指向；通过多波长光频率梳实现携带不同列路的射频信号信息并直接光传输进入到微波光子信道化模块中去，在模块中通过解波分复用将不同波长光分配到不同的信道化单元中去，通过不同的信道化单元获取到对应列的中频信道化信号，并最终合束到一起，实现了波束合成的目标。

目前微波光子波束合成技术主要有基于色散延时和基于长度延时两种体制，上述公开的专利文献采用的为和基于长度延时的合成体制。基于色散延时体制微波光子波束合成一般采用光纤作为延时单元，利用色散效应对不同波长激光信号延时的不同实现天线单元对应通道信号延时。基于色散光纤技术实现延时处理的系统设备量需求小，不同指向的波束通过不同长度的色散光纤即可实现，但其对光载波波长需要精确控制，同时色散光纤的色散系数不均匀性而造成的延时不一致限制了其实用性。基于长度延时体制微波光子波束合成采用对应不同通道的光载射频信号经过不同的光路而产生的延时差来实现天线单元对应通道信号延时。基于长度延时体制的波束合成系统结构简单，但当天线阵元数较多时，其设备量庞大，同时当相控阵系统在高频段工作时，特别是毫米波以上频段，每个通道延时长度的精确控制要求很高，在实际工程应用中难度很大。发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何克服现有技术中使用微波光子波束合成系统进行延时的延时精度不足、色散系数不均匀性以及激光波长精确控制等问题。