基于色散器件的光真延时线中的色散限制

利用强度 频率混合调制模型研究了基于色散器件的光真延时线中色散导致的延时误差的变化规律。基于对延时误差的分析,研究了色散对系统性能的限制,为光真延时线的设计提供了理论参考。

光导微波源阵列合成时控技术初步研究

基于宽禁带光导半导体的固态光导微波源是高功率微波产生的一种新途径,该方案具有功率密度高、频带范围宽等特点,且其低时间抖动特性使其在功率合成方面具有巨大潜力,利用光波束形成网络构建光导微波有源相控阵是光导微波器件迈向实用的重要途径。分析了光导微波相控阵系统原理,设计了光导微波真延时网络架构,并构建了差分真延时相控阵和考虑相位随机误差的真延时相控阵的理论模型,对影响功率合成和波束扫描的关键因素开展定量分析和仿真验证。结果表明,对于发射1 GHz信号的n×10阵列,延时均方差在10 ps以下时,指向偏差小于0.13°,峰值增益损耗小于2%;延时步进精度在10 ps以下时,指向偏差小于0.2°,峰值增益损耗小于0.03%。由此提出延时精度指标,为未来更高功率、更大规模的光导微波合成技术发展提供参考。

基于色散光学的光波束形成网络

为了实现大波束指向范围和精细步进调节的光波束形成网络,采用了基于光学色散实现光真延时的方法。通过光开关实现N路高色散光纤路径切换获得大步进等延时差,实现了波束指向的大范围和大步进调节;通过调谐线性啁啾光纤光栅色散系数连续调谐获得小步进等延时差,实现了波束指向的小范围和小步进调节。结果表明,波束指向角度范围为-73.74°~+73.74°,切换步进为0.458°,基于光学色散原理可以实现光波束形成网络的大波束指向范围和精细步进调节。这一结果对优化相控阵天线系统设计是有帮助的。

基于波长路由的光真延时模块

设计并制作了一种全集成的基于波长路由的光真延时(OTTD)模块。该模块由两个相同的通道间隔为1.6nm的16×16阵列波导光栅路由器(AWGR)与一组波导延时线阵级联而成。测试结果表明该模块性能优异,工作波长通道间串扰小于-27dB,光纤端到端峰值波长的插入损耗约为12dB。采用矢量网络分析仪测试得到延时线阵提供的光延时步长为(6.24±0.4)ps。该模块中两个阵列波导光栅路由器及延时线阵均被集成在一块硅基片之上,并且都由二氧化硅(SiO_2)波导制作而成,整个器件尺寸为3.5cm×3.5cm。

基于光纤拉锥的光波束形成网络研究

光控相控阵雷达天线阵列间的相位关系由光真延时实现,这意味着光纤长度的准确性决定了波束的相位一致性等参数。光真延时制备通常采用光纤切割方法,精度为0.5 mm。随着现代雷达载频和带宽的提升,光纤加工精度要求为0.1 mm,甚至更小,目前光纤切割的精度无法高效地满足这一要求。文中研究了基于光纤拉锥的方法制备光延时线以形成波束网络。通过光纤局部的高温加热使光纤处于熔融态,同时电控平移台对光纤进行拉伸。光纤长度的准确性可达10μm,并且不引入额外插损。该方法有利于提升雷达探测、跟踪等性能。

一种Ka频段宽带多波束相控阵的设计

【目的】全球已步入第5代移动通信技术(5G)和卫星互联网时代,各领域对通信速率和容量的需求激增,传统抛物面和窄带平面相控阵天线系统的应用受到带宽和波束形成数量等因素的限制。文章基于相关产业领域的现状、趋势和宽带多目标的应用需求,对Ka频段宽带多波束固态相控阵技术展开了研究。【方法】文章从理论上建立并推导了相控阵天线方向图的通用矢量数学仿真模型,研究了相控阵天线的子阵划分、孔径效应和渡越时间等问题,设计了基于阵元级电移相与子阵级光延时相结合的宽带多波束相控阵系统。前端单个集成子阵采用不同材料基板的三维高密度异构瓦式集成方案,极大地提高了子阵集成度;子阵后级采用基于光开关、高精度光纤延迟线和波分复用等技术相结合的光真时延(OTTD)方法,实现了子阵级的多通道延时和多波束合成。【结果】通过对Ka频段宽带多波束接收相控阵系统原理样机进行集成与测试,验证了原理样机克服了孔径渡越时间和波束偏斜等带宽限制问题。原理样机可实现对Ka频段8个独立接收波束的宽角度扫描,每个接收波束的最高数据传输率可达1500 Mbit/s。【结论】测试结果证明,文章所提系统具有集成度高、带宽大和可形成多个独立波束等优势。研究成果将有助于促进宽带多波束固态相控阵的进一步发展,为Ka频段宽带多目标相控阵的后续工程化和产品化奠定了理论和实践基础。

微波光子信号处理中光子射频移相技术分析

阐述微波光子信号处理的关键构件,包括稳定光源、电光调制器、光电探测器等。通过研究基于光真延时、基于外差混频与矢量和、基于光谱处理设计的光子射频移相技术,其目的在于提高对光子射频移相技术的认知,优化系统运行过程的稳定性。