CN105794040A

CN105794040A - 用于相控阵列天线的信号发生器

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Publication number: CN105794040A
Application number: CN201380079272.9A
Authority: CN
Inventors: P·格尔菲; F·斯科蒂; F·拉格扎; G·塞拉菲诺; S·皮纳; A·博戈尼
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: WO2015028091A1; US11038268B2; EP3039745A1; CN105794040B; US20160211578A1; EP3039745B1

Abstract

一种用于相控阵列天线(18)的信号发生器，包括激光光源(2)，布置成提供包括多个间隔波长(31)的光谱。信号发生器还包括色散单元(8)，其布置成引入延迟到与间隔的波长相关联的光谱的多个光谱分量(31，32，33)。延迟取决于光谱的光谱分量的波长，信号发生器还包括外差设备(12)，其配置为通过外差与激光光源(2)的不同间隔波长相关联的光谱分量来生成相控阵列天线的信号。

Description

用于相控阵列天线的信号发生器

技术领域

本发明的方面涉及用于相控阵列天线的信号发生器并且涉及生成用于相控阵列天线的信号的方法以及相控阵列。

背景技术

相控阵列天线(PAA)允许传送的射频(RF)束的转向，而不物理地移动天线。相控阵列天线在越来越多的应用中使用，如多功能雷达、电子战和通信。

已知PAA在每个天线单元中使用电子移相器以控制阵列的视角。对于宽带信号，这种方法经受偏斜现象，其导致RF信号频谱的不同频率以不同的角度瞄准。还已知的是，如果移相器由实时延迟(TTD)取代，则可避免偏斜。

光子学方法已被提出用于在PAA中实现TTD功能，利用具有宽的带宽的可控延迟的光子学功能，避免光束偏斜。光子学还具有低重量和电磁干扰(EMI)不敏感的优点。

光可调谐的TTD已通过光路切换证实，如在A.P.Goutzoulis等人，Opt.Eng.，v.31，pp.2312-2322，1992中所描述的。具有色散元件的光可调谐的TTD在K.Prince，etal.，IEEEJ.LightwaveTechnol.，v.27，n.22(2009)中描述。这种基于光子学的解决方案需要RF信号的生成，TTD延迟随后被加入其中。

发明内容

本发明的第一个方面提供了用于相控阵列天线的信号发生器。该信号发生器包括布置成提供一种包括多个间隔波长的光谱的激光光源，以及布置成引入延迟至与间隔波长相关联的光谱的多个光谱分量的色散单元。该延迟取决于光谱的光谱分量的波长。信号发生器还包括被配置为通过外差(heterodyne)与激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量来生成用于相控阵列天线的信号的外差设备。

因此，直接从光信号中生成RF信号，无需生成单独的RF信号。生成RF信号的光信号被用来引入对波束形成的实时延迟。

本发明的第二方面提供了一种生成用于相控阵列天线的信号的方法。该方法包括提供一种包括多个间隔的波长的光谱，并引入延迟至与间隔波长相关联的光谱的光谱分量。该延迟取决于光谱的光谱分量的波长。该方法还包括外差与激光光源不同的间隔波长相关联的光谱分量来为相控阵列生成信号。

本发明的第三个方面提供了一种相控阵列，其包括多个相控阵列天线单元。该相控阵列还包括布置成提供一种包括多个间隔波长的光谱的激光光源，以及布置成引入延迟至与间隔波长相关联的光谱的多个光谱分量的色散单元。该延迟取决于光谱的光谱分量的波长。信号发生器还包括被配置为通过外差与激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量来生成用于相控阵列天线的信号的外差设备。

本发明的第四方面提供了一种计算机程序产品，配置为当在计算机上运行时执行所描述的方法。

附图说明

现在将参考附图仅通过实施例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明实施例的信号发生器和相控阵列天线的示意图；

图2a、2b和2c是由信号发生器处理的频谱的实施例；

图3是由信号发生器引入的时间延迟的实施例；

图4是根据本发明实施例的方法；以及

图5是根据本发明的另一实施例的方法。

具体实施方式

本发明的各方面涉及生成和管理RF信号以便由相控阵列天线来传送。在一些方面，信号是多个独立的RF信号。

本发明的实施例使用光子学用于生成至少一个宽带RF信号，以及用于独立地管理天线阵列中的每个元件的时间延迟。这提供了灵活的宽带多信号的波束形成。

图1示出根据本发明实施例的用于相控阵列天线的信号发生器1的示意性功能图。信号发生器1被配置为生成用于相控阵列天线的信号，例如由相控阵列天线来传送。

信号发生器1包括激光光源，例如，以锁模激光器(MLL)2的形式。锁模激光器2被配置为生成对应于激光的纵向模式的多个离散波长。该模式通过重复波长或频率而分离。例如，激光源是光纤激光器，例如纤维锁模激光器。在一些方面中，信号发生器的激光源仅为单锁模激光器，从而避免需要多个激光器或可调谐激光器。

锁模激光器2的波长至少之一由调制器4进行调制。调制器4是电-光调制器。可以使用任何类型的调制器，例如环形谐振器或Mach-Zehnder调制器。

调制器4在一个或多个频率上对光信号进行调制。一个或多个频率是在中频(IF)而不是RF调制。在所示的实施例中，多个调制被施加以提供相应的多个调制的RF信号。多个调制是使用每个调制的不同频率的IF信号施加的。施加的IF信号包含调制。例如，对一个或多个来自激光光源的间隔波长以频率f_IF1施加第一IF、IF15。在这个实施例中，第二IF、IF27以频率f_IF2施加。一个或多个调制可以被施加，例如使用一个或多个IF信号，并且不限于两个IF信号。在一些方面中，所述调制是基带信号，即不是中频。

图2a示出在调制器4的输出的点A处的光信号的示例性光谱30。光谱30包括激光源的多个波长31，例如对应于该激光模式。模式31是间隔波长的实施例，例如通过重复频率(f_REP)分离。光信号还包括由一个或多个IF信号调制的模式波长。在一些实施例中，调制生成在f_REP±f_IF132和f_REP±f_IF233的另外的波长。光信号包括重复模式波长31，以及另外的相关调制波长32、33。在一个实施例中，调制是具有1纳秒长的脉冲(1GHz的调制带宽)。任何类型的调制可以被施加，例如，开关键控或相位调制。

参考图1，在调制后，光信号被传递到色散单元8，其配置为引入时间延迟至光信号。色散单元8是色散元件，并且可以被称为光学色散单元8或光延迟单元。引入的时间延迟取决于光信号的波长。

在实施例中，色散单元是色散补偿光纤(DCF)。色散补偿光纤8引入延迟至光信号，其时间量取决于每个光信号的波长。光纤被配置为引入色散。特别是，用于引入信号到天线的光纤在光信号的所有波长上引起色散。在一些实施例中，DCF具有使激光源2和/或调制器4远离相控阵列天线(在下面描述)的长度。在一些实施例中，色散单元8对PAA的所有元件是公共的。

色散单元8(即DCF)是对所有光波长是公共的。因此，相同的色散单元8用于生成所有的RF信号。在一些方面中，色散单元8是布置成引入时间延迟至光信号的单个光纤，该时间延迟取决于波长。MLL输出被调制后，色散被施加。在一些实施例中，色散单元8(例如光纤)对PAA的所有元件是公共的。

在一些实施例中，色散单元8(即，色散元件)可与调制器2集成。例如，调制器2是耦合到单个波导的环形谐振器。

色散单元8接收光谱分量，作为多个激光模式以及由调制造成的任何相关联的波长。术语光谱分量将被用于表示由色散单元携带且随后如下所述的处理的光谱的任何分量。多个激光模式以及由调制生成的任何相关联的波长可以根据来自激光源的波长考虑。因此，任何光谱分量是基于激光源的波长，因为光谱分量是直接或由施加的IF信号和/或由激光源的调制获得的。激光模式本身的光谱分量也可以考虑为与该激光模式相关。例如，光谱的光谱分量31，32，33都与间隔波长(例如，激光模式之一)的特定之一相关联。被调制但是不具有单独的调制边带的光谱分量可以考虑为与该激光模式相关。在任何实施例中，原始未调制的间隔波长可以或不可以存在调制的光谱分量。

例如，光谱分量是由激光光源生成的波长，例如直接由激光光源生成。光谱分量是由锁模激光器生成的模式的波长。在一些实施例中，波长由激光光源生成之后并不调制，例如没有被调制修改。在一些实施例中，光谱分量的频率基本上不会在生成之后调制，例如因为它不被调制或由如下所述的基带信号调制。

DCF传输光信号到第一滤波器10。第一滤波器10被配置成选择多个激光模式，包括由激光模式的调制生成的相关联的波长。第一滤波器10与PAA的特定的一个或多个元件相关联。信号发生器包括多个第一滤波器10。

在一些实施例中，第一滤波器10选择与至少两个间隔的波长相关联的光谱分量，例如至少两种模式。所选光谱分量可包含由激光模式的调制生成的波长。在一些实施例中，第一滤波器10选择两个以上的这种激光模式。两个以上的激光模式的选择，包括由激光模式的调制生成的相关联的波长，提供为用于生成多个不同频率的RF信号。第一滤波器10选择来自MLL频谱的所需的模式对。

在一些方面中，第一滤波器10是可调谐滤波器。可调谐第一滤波器10被配置成选择光信号的可变通带。可调谐第一滤波器10被配置成改变通带的下限和/或通带的上限。因此，第一滤波器10被配置为确定由光谱的光谱分量的哪一部分被传递。第一滤波器10包括一个或多个通带。各通带包括一个或多个光谱分量。所选光谱分量与相邻或不相邻的间隔的波长(例如相邻的或不相邻的模式)相关联。

第一滤波器10被控制为根据所选择的RF信号的频率以及所需的延迟来选择光谱分量。例如，所述光谱分量是根据与该光谱分量相关联的间隔波长(模式)来选择。间隔的波长(例如模式)的选择基本上确定了RF信号的频率和来自色散单元的时间延迟。第一滤波器10可以被认为是可调谐的多对带通滤波器(TMP-BPF)。在所示的实施例中，第一滤波器10包括选择的所有波长的一个输出。

图2b示出了在图1中的第一滤波器10之后的B点的光谱40的实施例。光谱40已经通过第一滤波器10过滤，例如具有一个或多个通带41、42、43、44。一个或多个这些实施例的通带包括多个波长，例如，包括光谱分量(例如，模式)中不同的多个，以及针对原始波长和进一步相关联(例如被调制或被IF修改)波长的光谱分量。在一些实施例中，第一滤波器的通带包括通带41中的在所需的最低和最高的间隔波长对之间的所有间隔波长(例如模式)。备选地，第一滤波器10只选择所需要的对。特别是，对于选定的间隔波长(例如模式)的非相邻的对，至少一个中间间隔波长(例如模式)不被第一滤波器选择，如由通带42、43所示。

参考图1，由第一滤波器10过滤的光信号传递到外差装置12。该外差装置12被配置为用于光外差检测，特别是，用于光外差检测。在一些实施例中，光外差装置12是一个或多个光电二极管。该光信号的光谱分量由在光电二极管的表面上一起投射而混合。

光外差装置12被配置为输出包括光谱分量的对之间的差或干涉的光谱。波长的差将光学域的信号变换到射频域中。因此，该装置12的输出包括射频信号。在一些方面，所述射频信号包含来自调制器4的调制。

第二滤波器14被配置成选择一个或多个频率以传递给相控阵列天线。具体地，第二滤波器14是电气滤波器。第二个滤波器14在射频上滤波。第二滤波器14被配置成选择一个或多个RF频率，即具有一个或多个通带。在某些情况下，一个通带被配置成通过来自RF频谱的一个频率。在一些实现方式中，第二滤波器14包括多个不同的通带以选择多个频率。在一些方面中，第二滤波器包括多个滤波器，每一个都具有一个通带。在所示的实施例中，第二滤波器14包括两个滤波器，限定了两个通带。

在一些实施例中，所述一个或多个所选择的频率是将一个激光模式未经调制的波长和调制(或IF修改)的激光模式的波长的混合。将合并的光谱分量与不同的间隔的波长或激光模式相关联。例如，未经调制的激光模式的波长是与一个不同的激光模式相关联的调制波长的混合。不同的激光模式可以是相邻的激光模式，或非相邻激光模式，即，由一个或多个中间模式分离。

在PD12中检测之后，由IF转移的以MLL重复率的倍数的所需干涉由RF第二滤波器14选择。通过适当选择IF和信号带宽，可以施加多于一个的调制信号。如果超过一对的模式被正确滤波，那么在单个PD12中一个以上的射频信号可以同时在不同的载波频率中生成。因此，对天线的附接元件生成一个或多个RF信号。对于每个元件，RF信号可以具有不同的频率，时间延迟和/或调制。

第一滤波器10、外差装置12和第二滤波器14可以被认为是形成了滤波器单元9。在一些实施例中，滤波器单元9是位于天线站点。滤波器单元9对PAA的一个或多个元件是特定的。

在一些方面中，在每个天线阵列元件的单个子系统被集成。例如，硅光子被用于实现第一滤波器10(TMP-BPF)，例如基于光电二极管的微环结构和/或III-V材料。

图2c示出了由装置12输出的RF频谱50；具有由第二滤波器14选择的波长。在频谱50的实施例的频率包括来自相邻的激光模式之间的干涉的重复频率f_REP51。另一频率Nf_REP52来源于由N个重复频率分离的一对激光模式。频率Nf_REP来源于非相邻激光模式，即由一个或多个激光模式分离。

在本实施例，第二滤波器14选择的频率f_REP-f_IF153是来源于与一对频率相邻激光模式相关联的波长。另一选择的频率Nf_REP+f_IF254来源于与由N个重复频率分离的一对激光模式相关联的波长。在这种情况下，多个选择的RF信号具有不同的调制、频率和时间延迟。由外差混频生成的其他频率，例如频率55，由第二滤波器14过滤。在一些实施例中，未调制的RF信号也被过滤掉。可选地，未调制的RF信号被第二滤波器14选择，例如如果没有调制或未经调制的信号将被传送。可选地，RF信号由两个调制的光谱分量的混合来选择。

信号发生器1连接到相控阵列天线16，其包括多个相控阵列天线元件18。PAA元件18以任何格式的阵列布置，例如，两维的(如图所示)或一维或三维。

滤波器单元9或第二滤波器14的输出被连接到PAA元件18中的一个。信号发生器1包括每PAA元件一个过滤单元9。在一些实施例中，多个滤波器单元9被布置在匹配PAA元件18的布置的矩阵20中。信号发生器1包括多个滤波器单元9。每个滤波器单元9接收来自色散单元8(例如DCF)的相同光信号。

在一些方面中，为了形成波束，用于多个PAA元件18的第一滤波器10被配置为选择不同的波长。这对于多个PAA元件18提供了不同的RF信号(例如不同的时间延迟)。RF信号的频率在光束内是相同的，虽然生成RF信号的光信号可能不同。由于色散单元8基于该光信号的波长引入延迟，为形成RF信号而选择光波长可以允许延迟的选择，用于RF信号的特定频率。该色散单元8被布置成引入实时延迟到未包括RF元件的光学元件。因此，实时延迟被引入到光信号上，其不包含RF信号。

在一些方面，信号发生器1被配置为对PAA元件18的至少一些提供不同的RF信号。在每个元件18中的RF信号是独立的。在一些实施例中，信号发生器1被配置为对所有的PAA元件18提供不同的RF信号，或对多个PAA元件18提供相同的RF信号，这取决于将要形成的光束。PAA元件18被配置为多频带(或几个单波段)的PAA元件。

信号发生器1被配置为对PAA生成RF信号，具有实时延迟波束形成所需的延迟。信号发生器1光学地生成RF信号并光学地引入时间延迟。IF信号也被引入到光信号。对于相控阵天线的RF信号首先由外差装置生成。

天线的每个元件18对每个进行传输的RF信号由锁模激光器的一对模式馈送。锁模激光器的稳定性保证了生成的RF信号的高质量。锁模激光器被用于通过在光电二极管中外差它的相位锁定模式，光学地生成高度稳定的RF载波。为了生成调制的信号，而不是简单的连续波，MLL光谱可选地通过在中频(IF)的信号调制。在每个天线单元的每个RF信号的延迟通过馈送光纤的色散由模式对的波长限定。锁模激光器大量可用的模式允许在大型相控阵列天线生成多个独立的RF信号。

由于RF信号的频率由选定模式的相对频率失谐来确定，可以通过选择在光谱的不同位置的激光模式来生成相同的信号。如果光谱经受色散，光谱分量经历不同的延迟，这取决于它们的波长。因此，相同的RF载波可以不同的延伸到达天线，其取决于所选择的模式对的波长。通过改变滤波器位置而感应的延迟Δt由下式给出：

Δt＝D·Δλ(公式1)

其中D为色散的值，Δλ为所选择的模式对的波长差。RF信号上感应的延迟与它的载波频率和带宽无关。

每对模式通过引入色散有不同的延迟。每个天线元件中信号的延迟是通过选择适当的模式对来控制。根据其波长选择模式对，以实现天线元件所需的延迟，即使模式时不包含RF调制。模式对包括时间延迟和特定波长以对RF信号形成外差。模式对的波长确定了时间延迟，并且模式对的分离确定由天线单元传送的RF信号的频率。这里提及的模式对包括与模式对有关的光谱分量，即通过模式对的模式调制生成的分量。外差分量是不同的模式，或与其相关联。这样，传递到天线元件的外差分量可以被认为是一个模式对。

RF信号的调制被引入到光信号上。光信号的混合提供含有调制的RF信号。在一些实施例中，选择了调制的RF信号，例如通过滤波器，以提供到PAA的元件。调制在时间延迟(例如，通过色散)之前被引入。调制也被引入到光信号，作为RF信号生成的一个单独的步骤。调制在RF信号之前引入。

在一些方面，在IF中调制的使用允许多个调制与同一PAA使用。IF的不同频率用于每个调制信号。IF的不同频率可以被选择，如所述的例如通过第二滤波器14。在一些实施例中，可以独立于进行调制的RF信号的频率选择IF的不同频率用于PAA。这允许在所需要的RF频率针对PAA的多个调制信号。

在一些方面中，IF信号具有可调谐的或可变的频率。IF信号的可调谐频率允许生成的RF信号被改变。因此，可生成的RF信号不限于两个固定频率之间的差(即，固定模式的频率和/或固定IF频率)。在一些实施例中，IF信号是在一定范围内可变的，该范围等于或大于来自所述激光光源的波长之间的间隔，例如模式间隔。这允许在任何频率生成RF信号，例如IF频率间隔的适当组合以及模式间隔的数目。IF信号可以被调制或可以不被调制。

在一些方面，IF信号允许具有相位调制的RF信号的直接生成。在一些方面，IF信号生成与激光模式光谱分量分离的光谱分量。信号发生器被配置为基于IF信号(例如调制信号)选择RF信号，而不会对原始(例如未调制)激光模式光谱分量进行选择。备选地，信号发生器被配置成选择IF信号(例如调制信号)的光谱分量，而不选择原始(例如未调制)激光模式光谱分量。

在本发明的实施例中，激光源2是光纤MLL。例如，MLL具有9953MHz的重复率，具有约0.7nm的半峰全宽(FWNM)模式。在一个实施例中，MLL模式延伸至少194.165THz到194.265THz之间。色散补偿光纤8具有-160ps/nm的总累积色散。滤波矩阵包括作为第一滤波器的波形成形器，例如，可编程滤波波形成形器。第一滤波器被配置为单个50GHz带宽的带通滤波器。在这种情况下，第一滤波器被配置成选择MLL的5个相邻的线。光信号由40GHz带宽的光电二极管检测。PD生成由大约10、20，30和40GHz的分量形成的RF信号。PD输出被分成两路，而且以9953MHz和39812MHz为中心的两个电气带通滤波器分离光谱分量。在一些实施例中，第一滤波器可以在PAA元件之间以10GHz的阶跃变化，以便选择不同组的模式。

在一些实施例中，IF信号的频率小于间隔波长之间的重复频率。在一些实施例中，携带调制的IF信号具有提供IF光谱分量与激光模式频率的分离的频率。在一些实施例中，IF信号携带带宽B的调制信号。对于双边带调制，IF是在(B/2)到(F_REP/2-B/2)之间的范围内。对于单边带调制，IF是在(B/2)到(F_REP-B/2)之间的范围内。

如所测量的，图3示出了为9953MHz(点61)和39812MHz(点62)的示例性RF元件引入的时间延迟的示例图60。时间延迟是光学第一滤波器10的带通的函数。图60示出了关于第一滤波器偏移的时间延迟，即，从初始位置的频率差。图60还示出了由公式(1)给出的理论延迟曲线(线63)。

在9953MHz和39812MHz的线61，62的延迟函数显现出相同的线性趋势，并且与理论路线匹配非常好。因此，该布置描述提供了跨越30GHz的的信号的有效TTD。由于MLL呈现出离散频谱，可用的延迟也是离散的。可用的延迟之间的延迟阶跃由MLL行距(即，MLL重复率)和色散的量来确定。在这个实施例中，根据公式1，时间延迟阶跃是12.6ps。

图4示出了根据本发明的一个方面的示例性方法70。该方法70是生成用于相控阵列天线的信号的方法。在71中，该方法包括提供包括多个间隔波长的光谱。间隔的波长是锁模激光器的模式波长，如上所述。

在72中，该方法还包括引入廷迟到光谱的光谱分量。引入的时间延迟是基于激光光源的波长，其中，延迟取决于光谱的光谱分量的波长。尤其是，延迟由色散引入。例如，色散被引入光纤，例如DCF。

在73中，该方法包括外差与激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量以生成用于相控阵列的信号。特别是，与MLL的不同模式相关联的光谱分量是一起外差的。与模式相关联的光谱分量包括原始模式波长以及由该原始模式波长调制而成的波长。间隔波长之间的差是一个射频频率，例如模式波长的间隔。因此，外差第一次生成RF信号。RF信号包括根据用来生成RF信号的波长选择的时间延迟。RF信号的频率也取决于用来生成RF信号的波长。

在一些实施例中，所生成的RF信号被输出到相控阵列天线的元件。RF信号由PAA传送。

图5示出了根据本发明的一个方面的另一示例方法80。该方法70是生成用于相控阵列天线的信号的方法。在81中，该方法包括：提供包括多个间隔波长的光谱。间隔的波长是锁模激光器的模式波长，如上所述。

在82中，该方法包括用一个或多个调制信号来调制激光源的多个间隔波长。

在83中，该方法还包括引入延迟到光谱的光谱分量。引入的时间延迟是基于激光光源的波长，其中，延迟取决于光谱的光谱分量的波长。尤其是，延迟由色散引入。例如，色散被引入光纤中，例如DCF。

在84中，该方法还包括过滤光谱以仅仅选择光谱的一部分。在一些实施例中，滤光器选择至少一对光谱分量。例如，该滤光器选择第一对间隔波长以生成用于相控阵列天线的第一频率信号以及第二对间隔波长用于生成用于相位阵列天线的第二频率信号。该光学滤波，即，通过如上所述的第一滤波器10，至少选择光谱分量以在外差后提供RF信号的所需时间延迟和频率。在一些方面，第一滤波器10选择其他光谱分量，其没有被使用和随后过滤掉。

在85中，该方法包括外差与激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量以生成用于相控阵列的信号。特别是，与MLL的不同模式相关联的光谱分量被一起外差。与模式相关联的光谱分量包括原始模式波长以及由该原始模式波长调制而成的波长。间隔波长之间的差是一个射频频率，例如模式波长的间隔。因此，外差第一次生成RF信号。RF信号包括根据用来生成RF信号的波长选择的时间延迟。RF信号的频率也取决于用来生成RF信号的波长。

在86中，该方法还包括过滤从外差装置接收的射频频率，以选择用于相控阵列天线的一个或多个RF信号。

在87中，所生成的RF信号被输出到相控阵列天线的元件。一个或多个RF信号被输出到每个元件中，对于该元件每个RF信号具有与其它RF信号无关的时间延迟和频率。元件的每个RF信号的时间延迟独立于其他的多个元件的时间延迟而生成。RF信号由光束中的PAA传送。

对每个RF频率引入的延迟与一个或多个其他RF频率无关。具体地，RF信号的相对延迟或提前与频率无关。例如，第一频率RF光束(例如，10GHz)在与第二频率RF光束(例如40GHz)相反的(或相同)的方向转向。本发明的方面提供用于在相控阵列天线的RF信号的同步独立的光束转向。多个独立的宽带RF信号的生成具有高的相稳定性，没有偏斜现象，具有高角度分辨率和宽角度范围。

本发明的各方面包括相同的基于光子学的功能模块，同时光束通过TTD和生成RF信号。这结合了光学光束形成的效果与基于光子射频生成的高性能，有利地在RF发射机中使用光子子系统。特别是，实施例整合TTD波束形成和RF信号的生成的功能。本发明的方面生成多个和宽带RF信号，例如在高达100GHz的很宽的范围。延迟是任意和独立可控制的。

所述布置对于偏斜效应是鲁棒的，偏斜效应致使RF信号取决于频率。所述布置允许独立于载波频率获得所生成的RF信号的高相位稳定性。本发明的方面适用于宽带和多载波的应用。具有高的分辨率的相对大的延迟和可调延迟可施加到信号。多种功能利用系统的柔性、宽的带宽以及高稳定性允许光子系统的花费的降低。信号发生器1呈现免除电磁干扰(EMI)，低损耗，和潜在的低重量和功耗。信号发生器1直接生成已经将TTD包括在内的RF信号。不需要单独生成RF信号，其需要转换为光信号。信号发生器被配置为仅从与不同的多个间隔波长(例如模式)相关联的光谱分量的混合生成RF信号。特别是，RF信号不是从与同一个间隔波长相关联的两个光谱分量的混合所生成，例如RF信号不是从与相同模式相关联的两个光谱分量的混合所生成。例如，RF信号不是通过用RF信号调制激光频率并将相同的激光频率与调制信号混合而生成。

光电子的扩展使用降低了电/光和光/电转换的次数。没有必要生成调制激光源的RF信号。例如，在基于光子的解决方案之前要求将信号从RF域转换到光域的功能模块以便实现TTD功能，并且然后转换回RF域。信号转换导致增加成本和系统的复杂性。在本发明的各方面，光纤的使用提供了用于天线阵列的馈电的简单方法。光纤提供包括时间延迟的进一步的功能。

本发明的方面可以用于RF收发器，RF收发器具有定向的相控阵列天线作为多功能多信号雷达，无线电链路，通信，混合动力系统用于通信和监视。本发明的方面被用于发送信号的波束成形。

在一些实施例中，信号发生器包括配置成控制波束成形的处理器。具体地，处理器控制调制和/或一个或多个滤波器。例如，处理器控制第一滤波器10和/或第二滤波器14以选择时间延迟和/或提供给PAA元件18的RF频率。在一些实施例中，处理器布置成访问存储的滤波器参数的存储器以提供预先确定的光束角度和/或信号的频率。

本发明的方面还包括相控阵列，其包括如上所述的天线和信号发生器。天线包括多个元件，其中由所述信号发生器提供具有确定的实时延迟和频率的RF信号，如在本发明的任何实施例中所述。

第一滤波器10被描述为具有到光电二极管的单个输出。备选地，第一滤波器10具有多个输出。第一滤波器10被配置为输出不同的通带或不同的输出的选定的模式。每个输出被连接到光外差装置，例如光电二极管。在一些实施例中，只有所需的模式对被输出(即，如果期望模式是不相邻的则没有中间模式)。在一些实施例中，多个输出的每个仅提供一个模式对(包括相关联的调制波长)。在这种情况下，光电二极管之后的第二滤波器是没有必要的。例如，第一滤波器10被配置(编程)为路由一对模式到一个输出端口，其具有第一间距(例如10GHz的间隔模式)并且路由一对模式到另一输出端口，其具有第二间距(例如，40GHz的间隔模式)。备选地，多个输出端口被布置成各输出具有第一间距的一对模式以及具有第二间距的一对模式。

由于基带调制，不存在IF光谱分量。光电二极管后BPF是不必要的，因此可能不被包括在信号发生器中。在一些方面，调制器被配置为使得调制器后的光谱仅包括调制模式。在一些实施例中，光谱不包括单独的调制边带。所施加的调制可以是通断调制。所施加的调制是在基带上。任何调制模式之间的跳动导致RF信号具有上变换的通断调制。在这种情况下，仅需要第一滤波器来选择PAA的信号(例如第二可能不存在)。

光谱分量可以是调制边带(例如，来自用IF信号的调制)或者具有由激光源直接生成的波长的光谱分量的任意组合。光谱分量可以或不可以被中间频率偏移，可选地携带调制。例如，一个或两个光谱分量，其被外差以便用于相控阵列天线，可以是如由激光光源所生成的未调制的波长，例如激光模式的波长。备选地或另外地，一个或两个光谱分量可以是调制信号。

经调制的波长可以具有与激光光源提供的波长(例如模式的波长)的频率不同或基本相同的频率。例如，调制可以生成或可以不生成独立的调制边带。在一些方面中，调制可以包括在IF信号(不同于相关联的未调制模式的光谱分量的频率)或包括在基带信号(基本上没有不同于或独立于相关联的未调制模式的光谱分量的频率)中。IF和基带信号都可以被称为边带，例如调制边带。

在一些方面，被混合的两个光谱分量中的至少一个被调制。具体地，RF信号是由两个激光模式波长与调制的激光模式波长中的至少一种的组合。备选地，被混合和选择的光谱分量均被调制。备选地，被混合和选择的光谱分量均不被调制。

激光源已经被描述为锁模激光器。备选地，可以使用布置成提供预先确定间隔的波长的任何一个或多个合适的激光光源。

在一些实施例中，信号发生器1包括生成激光的激光器。在其它方面中，信号发生器接收激光，但不包括激光本身。术语激光源是指激光的任何来源，无论是激光器本身还是从功能上的外部激光器的激光的输入端。

在本发明的一些实施例中，调制器4不存在。激光源2被直接连接到光纤8。这提供了简单的连续波的生成，而不是调制信号。

相控阵列天线备选地被称为相控阵列。相控阵列可以被认为包括多个天线(即，上面使用术语“元件”描述的)。

Claims

1.一种用于相控阵列天线的信号发生器，包括：

激光光源，布置成提供包括多个间隔波长的光谱，

色散单元，布置成引入延迟到与所述间隔波长相关联的光谱的多个光谱分量，其中所述延迟取决于所述光谱的光谱分量的波长，

外差设备，配置为通过外差与所述激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量来生成所述相控阵列天线的信号。

2.如权利要求1所述的信号发生器，其中所述激光光源包括锁模激光器，所述锁模激光器配置为提供具有所述多个间隔波长的光谱，其中所述间隔波长对应于激光模式，并且

所述外差设备被配置为外差与不同模式相关联的光谱分量。

3.如权利要求1或2所述的信号发生器，其中与所述间隔波长相关联的所述光谱分量是所述间隔波长的调制边带和/或与所述间隔波长相关联的所述光谱分量是由所述激光光源生成的波长，以及可选地，是锁模激光器的模式波长。

4.如前述权利要求中的任一项所述的信号发生器，还包括配置为仅选择所述光谱的一部分的光滤波器。

5.如权利要求4所述的信号发生器，其中所述光滤波器被配置为选择至少一对间隔波长，每个间隔波长具有至少一个相关联的光谱分量用于生成所述相控阵列天线的信号。

6.如权利要求4或5所述的信号发生器，其中所述光滤波器被配置为选择第一对间隔波长用于生成用于所述相位阵列天线的第一频率信号，以及可选地，选择第二对间隔波长用于生成用于所述相位阵列天线的第二频率信号。

7.如前述权利要求中的任一项所述的信号发生器，其中所述信号发生器包括一个或多个射频(RF)滤波器，其布置成接收来自所述外差设备的RF信号并选择用于所述相控阵列天线的一个或多个RF信号。

8.如前述权利要求中的任一项所述的信号发生器，其中所述光滤波器和/或RF滤波器是可调谐的带通滤波器。

9.如前述权利要求中的任一项所述的信号发生器，其中所述信号发生器包括调制器，其被配置为用一个或多个调制信号来调制从激光源接收的多个间隔波长中的至少一个。

10.如前述权利要求中的任一项所述的信号发生器，其中所述激光光源包括调制器，其被配置为用一个或多个中间频率(IF)信号来调制至少一个间隔波长。

11.如前述权利要求中的任一项所述的信号发生器，包括滤波矩阵，所述滤波矩阵包括多个滤波器单元，

其中每个滤波器单元被配置为耦合到所述相控阵列天线中的至少一个元件，

并且每个滤波器单元包括用于为所述外差设备选择与所述间隔波长相关联的一对或多对光谱分量的光学滤波器，每个滤波器单元还包括所述外差设备，并且被配置为将RF信号输出至所述相控阵列天线的元件。

12.如权利要求11所述的信号发生器，其中每个滤波器单元被配置为选择光谱分量以向每个元件提供相同频率的RF信号，其中，每个滤波器单元被配置为选择光谱分量使得在每个RF信号上的延迟提供波束形成。

13.一种生成用于相控阵列天线的信号的方法，包括：

提供包括多个间隔波长的光谱，

引入延迟至与所述间隔波长相关联的光谱的光谱分量，其中，所述延迟取决于所述光谱的光谱分量的波长，并且

外差与所述激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量以生成用于所述相控阵列的信号。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述激光光源提供来自锁模激光器的光谱，所述锁模激光器提供对应于激光模式的多个间隔波长，并且

外差与不同模式相关联的光谱分量。

15.如权利要求13或14所述的方法，还包括过滤所述光谱以仅选择所述光谱的一部分。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述光学滤波器选择第一对间隔波长，每个间隔波长具有至少一个相关联的光谱分量用于生成用于所述相位阵列天线的第一频率信号，并且可选地，选择第二对间隔波长，每个间隔波长具有至少一个相关联的光谱分量用于生成用于所述相位阵列天线的第二频率信号。

17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，包括过滤从所述外差设备接收的射频频率以选择用于所述相位阵列天线的一个或多个RF信号。

18.如权利要求13至17中的任一项所述的方法，包括用一个或多个调制信号调制从所述激光光源接收的至少一个间隔波长，以及可选地，用中间频率信号调制从所述激光光源接收的至少一个间隔波长。

19.一种相控阵列，包括多个相控阵列天线元件，所述相控阵列还包括：

激光光源，布置成提供包括多个间隔波长的光谱，

色散单元，布置成引入延迟到所述光谱的光谱分量，其中所述延迟取决于所述光谱的光谱分量的波长，

外差设备，配置为通过外差与所述激光光源的间隔波长中的不同波长相关联的光谱分量来生成用于所述相控阵列天线的所述元件的信号。

20.一种计算机程序产品，配置为当在计算机上运行时执行根据权利要求15至18中任一项所述的方法。