CN111641458A - 一种通用型多通道光学色散延时器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用型多通道光学色散延时器，属于多通道色散延时技术领域，包括幅相调节模块，合波功分模块，色散延时模块。幅相调节模块将带有射频信号的不同波长光载波进行幅度和相位的微调节，达到幅相一致，并输出到合束功分模块；合波功分模块将N路不同波长的光载波进行合成，并通过放大后功分成M路光载波，同时输出到色散延时模块；色散延时模块利用色散光纤在不同波长光载波下具有色散作用，对每路合成光载波进行色散延时处理。本发明实现了对相控阵雷达多通道接收的延时处理作用，并可根据雷达阵元数的增加进行扩展使用，不仅可用于线阵相控阵，还可扩展到面阵二维相控阵雷达，大大提升光控波束形成网络的通用性。

Description

一种通用型多通道光学色散延时器

技术领域

本发明涉及多通道色散延时技术领域，具体涉及一种通用型多通道光学色散延时器。

背景技术

近年来，利用光学传输带宽大、损耗小、质量轻、体积小、抗电磁干扰等优点，微波光子技术被广泛应用于雷达、通信及电子战系统中，成为相关领域的研究热点。光控相控阵雷达采用微波光子技术，通过光实时延迟的方法来补偿孔径渡越时间，可以实现相控阵雷达的宽带宽角扫描；同时，光纤传输具有损耗低、频带宽等固有优点，采用光纤连接天线和控制中心，可以使两者的距离较采用同轴电缆有较大的提高。因此，光控相控阵雷达能够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。

宽带光学多波束网络利用微波光子技术大带宽的特点与传统模块技术相结合实现了瞬时宽带、宽空域和高灵敏度探测，能够大幅度提升雷达系统的探测灵敏度，解决了传统雷达系统高灵敏度与宽空域覆盖无法兼顾的矛盾；同时由于光学器件多属于无源器件，因此系统功耗也能得以降低。总体来说，宽带光学多波束网络具有瞬时工作带宽大、体积小、重量轻、集成度高、电磁兼容性好、传输损耗小等技术优势。当前随着微波光子技术的快速发展，微波光子器件日渐成熟，性能得到飞速提升，宽带光学多波束网络的集成化设计已成为可能并逐渐成为领域主流发展方向。

相控阵雷达需要形成大量的多个波束，实现多波束同时在空间中扫描；对于二维相控阵，如果能形成覆盖全部方位监视空域的多波束，则只需在仰角上控制波束扫描。相控阵雷达形成多波束的能力不仅能提高或改善相控阵雷达的性能，而且可用于天线方向图的综合，这对形成一些复杂形状要求的特殊波束和自适应波束形成有重要作用。对于宽带光学多波束网络主要功能是宽带多波束形成，这在未来多种电子战器件中均有重要作用，因此其灵活适应不同作战系统需求变得至关重要。如何优化宽带光学多波束网络架构，实现模块化、通用型设计是宽带光学多波束网络研究的一个重要方面。

综上所述，如何提升宽带光学多波束网络的通用性和集成度成为光控相控阵雷达发展和应用的关键难点之一，上述问题亟待解决，为此提出一种通用型多通道光学色散延时器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何提升宽带光学多波束网络的通用性和集成度，提供了一种通用型多通道光学色散延时器，该色散延时器利用色散延时技术实现多通道光载波的群延时，具备同时输出多通道色散延时能力，并兼具通道可扩展和二维波束形成能力。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括：

幅相调节模块，用于对带有射频信号的不同波长光载波进行幅度和相位的调节，达到幅相一致；

合波功分模块，用于将N路不同波长的光载波进行合成，并通过放大后功分成M路光载波；

色散延时模块，用于对每路合成光载波进行色散延时处理，通过切换不同长度的色散光纤，形成不同的色散延时，进而形成M通道可调色散延时光载波；

所述幅相调节模块、所述合波功分模块与所述色散延时模块依次连接，所述幅相调节模块对带有射频信号的不同波长光载波进行幅度和相位的调节后将其输出到所述合波功分模块中，所述合波功分模块对不同波长的光载波进行合成后，将光载波放大后功分成多路输出给所述色散延时模块，所述色散延时模块对每路合成光载波进行色散延时处理，通过切换不同长度的色散光纤，形成不同的色散延时，进而形成M通道可调色散延时光载波输出。

更进一步的，所述幅相调节模块包括N个光移相器和N个光衰减器，每个所述光移相器与一个所述光衰减器对应连接，形成N路并行设置的通道。

更进一步的，所述光移相器用于对通道内的带有射频信号的不同波长光载波进行延时调节，所述光衰减器用于对通道内带有射频信号的不同波长光载波的功率进行调节，使各通道内部的光载波幅度一致。

更进一步的，所述合波功分模块包括一个1分N的波分复用器和一个1分M的光纤分束器，所述波分复用器的输入端与各个所述光衰减器的输出端对应连接，所述波分复用器的输出端与所述光纤分束器的输入端连接。

更进一步的，所述波分复用器用于将N路带有射频信号的不同波长光载波进行合成，所述光纤分束器用于将合成后的光载波功分成M路。

更进一步的，所述色散延时模块包括M个可调色散光纤延迟线，M个所述可调色散光纤延迟线与所述光纤分束器的输出端对应连接，对光载波进行色散延时时，通过调节色散光纤延迟线的光纤长度来改变色散延时量。

更进一步的，所述可调色散光纤延迟线包括两个1×2光开关、多个2×2光开关与多个色散光纤环，两个所述1×2光开关分别设置在所述可调色散光纤延迟线的两端，多个所述色散光纤环与多个所述2×2光开关依次间隔串联设置在两个所述1×2光开关之间。

更进一步的，通过控制两个所述1×2光开关与多个所述2×2光开关的状态，控制光信号经过不同的色散光纤环，即控制光信号经过的色散光纤长度，光载波经色散光纤环后产生相对延时量，以控制可调色散光纤延迟线对光载波的时间延迟。

更进一步的，可调色散光纤延迟线利用光纤的色散效应：不同波长的光信号经过光纤时的折射率不同，产生不同的延时量。一般用色散系数D来衡量光纤的色散效应，当色散系数与光波长成线性关系时，则对等间隔的光波长产生的延时间隔相同，从而产生的相对延时相同。该色散延时器中的N通道光载波波长成等间隔递增，则经过色散光纤时，产生的延时量成等间隔递增。

本发明相比现有技术具有以下优点：实现了对相控阵雷达多通道接收的延时处理作用，可根据雷达阵元数的增加进行扩展使用，不仅可用于线阵相控阵，还可扩展到面阵二维相控阵雷达，大大提升光控波束形成网络的通用性，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例一中通用型多通道光学色散延时器与前后端器件配合工作的示意图；

图2是图1中的N通道电光转换单元的结构示意图；

图3是本发明实施例一中通用型多通道光学色散延时器的内部结构示意图；

图4是为图3内单通道可调色散光纤延迟线的结构示意图；

图5是本发明实施例二中实施例一通道数扩展的示意图；

图6是本发明实施例二中二维波束形成的示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

如图1所示，图1为本实施例的通用型多通道光学色散延时器与前后端器件配合工作的示意图，本实施例提供一种技术方案：一种通用型多通道光学色散延时器，包括：幅相调节模块11，合波功分模块12，色散延时模块13；

幅相调节模块11，用于接收来自N通道电光转换单元的带有射频信号的N路不同波长光载波，并对其进行幅度和相位的微调节，达到幅相一致，并输出到合波功分模块12；

合波功分模块12，用于将N路不同波长的光载波进行合成后功分成M路含有N通道光载波的合波，输出到色散延时模块13；

色散延时模块13，用于将对每路合成光载波进行延时处理，使不同波长光载波产生不同的延时，并形成等间隔相位差，完成波束形成。

如图2所示，图2为图1中的N通道电光转换单元的结构示意图，包含N个等间隔光波长的激光器，和N个电光调制器。用于将天线单元接收的射频信号转换成光载波信号。

如图3所示，图3是本实施例中的通用型多通道光学色散延时器的内部结构示意图，如图3所示，更具体的，该延时器可以包括如下组成部分：

幅相调节模块11，合波功分器12，色散延时模块13；

其中，幅相调节模块11具体包括：

N个光移相器和N个光衰减器：光移相器对N通道光载波进行延时微调节，达到通道间延时一致；光衰减器对N通道光载波功率进行微调节，使N通道内光载波幅度一致。

其中，合波功分模块12具体包括：

一个1分N的波分复用器和一个1分M的光纤分束器，波分复用器用于将N路不同波长的光载波进行合成，光纤分束器将合成后的光载波功分成M路，输出到色散延时模块13。

其中，色散延时模块13具体包括：

M个可调色散光纤延迟线，对M通道的光载波进行色散延时，通过调节色散光纤延迟线的光纤长度来改变色散延时量。

如图4所示，图4为图3内单通道可调色散光纤延迟线的结构示意图，具体包括两个1×2光开关、多个2×2光开关以及多个色散光纤环；

两个1×2光开关分别位于可调色散光纤延迟线的两端，多个2×2光开关通过多个色散光纤环串联，通过控制两个1×2光开关以及多个2×2光开关的状态(如果要选择色散光纤环1，则需要光开关1切换到上支路，光开关2选择交叉导通，2×2光开关3到n-1选择直接导通，光开关n选择下支路导通)，控制光信号经过不同的色散光纤环或使多个色散光纤环串联，以控制可调色散光纤延迟线对光载波的时间延迟。

n级可调色散光纤延迟线由2个1×2光开关，n-2个2×2光开关串联组成，光信号依次经过1个1×2光开关、n-2个2×2光开关、1个1×2光开关。所述2×2光开关有两个通光状态，分别为直通状态与交叉状态，通过循环控制可实现两个状态之间的快速切换。

实施例二

如图5所示，图5是实施例一的通道数扩展示意图，具体由K*N通道的天线单元、K*N通道光电转换单元、K个本发明单元、K个M通道光电探测器组和M个1*K射频合成器组成；

K*N通道的天线单元接收到的微波信号经过K*N通道光电转换单元形成光载射频信号，经过K个本发明单元，形成K*M通道的色散延时光载波，并通过K个M通道光电探测器组转换成延时后的微波信号，并经过M个1*K射频合成器组成合成后，输出M个波束。

如图6所示，图6是本实施例的二维波束形成示意图，具体由K个N通道的天线单元、K个N通道光电转换单元、K个本发明单元、K个M路光移相器、K个M通道光电探测器组和M个1*K路射频合成器组成；

K层N通道的天线单元接收到的微波信号经过K层N通道光电转换单元形成光载射频信号，经过K个本发明单元，形成K分M通道的色散延时光载波，并通过K个M路光移相器对K层间的延时进行调节，再通过K个M通道光电探测器组转换成延时后的微波信号，并经过M个1*K射频合成器组成合成后，输出M个波束。

在上述实施例中，N>M≥2，K≥2，且N、M、K均为整数。

综上所述，上述两组实施例的通用型多通道光学色散延时器，实现了对相控阵雷达多通道接收的延时处理作用，可根据雷达阵元数的增加进行扩展使用，不仅可用于线阵相控阵，还可扩展到面阵二维相控阵雷达，大大提升光控波束形成网络的通用性，值得被推广使用，值得被推广使用。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于，包括：

幅相调节模块，用于将带有射频信号的不同波长光载波的幅度和相位调节一致；

合波功分模块，用于将多路不同波长的光载波进行合成，并通过放大后功分成多路光载波；

色散延时模块，用于对每路合成光载波进行色散延时处理，通过切换不同长度的色散光纤，形成不同的色散延时，进而形成M通道可调色散延时光载波；

所述幅相调节模块、所述合波功分模块与所述色散延时模块依次连接，所述幅相调节模块对带有射频信号的不同波长光载波进行幅度和相位的调节后将其输出到所述合波功分模块中，所述合波功分模块对不同波长的光载波进行合成后，将光载波放大后功分成多路输出给所述色散延时模块，所述色散延时模块对每路合成光载波进行色散延时处理，通过切换不同长度的色散光纤，形成不同的色散延时，进而形成M通道可调色散延时光载波输出。

2.根据权利要求1所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：所述幅相调节模块包括N个光移相器和N个光衰减器，所述光移相器用于对通道内的带有射频信号的不同波长光载波进行延时调节，所述光衰减器用于对通道内带有射频信号的不同波长光载波的功率进行调节，使各通道内部的光载波幅度一致。

3.根据权利要求2所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：每个所述光移相器与一个所述光衰减器对应连接，形成N路并行设置的通道。

4.根据权利要求3所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：所述合波功分模块包括一个1分N的波分复用器和一个1分M的光纤分束器，所述波分复用器用于将N路带有射频信号的不同波长光载波进行合成，所述光纤分束器用于将合成后的光载波功分成M路。

5.根据权利要求4所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：所述波分复用器的输入端与各个所述光衰减器的输出端对应连接，所述波分复用器的输出端与所述光纤分束器的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：所述色散延时模块包括M个可调色散光纤延迟线，M个所述可调色散光纤延迟线与所述光纤分束器的输出端对应连接，对光载波进行色散延时时，通过调节色散光纤延迟线的光纤长度来改变色散延时量。

7.根据权利要求6所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：所述可调色散光纤延迟线包括两个1×2光开关、多个2×2光开关与多个色散光纤环，两个所述1×2光开关分别设置在所述可调色散光纤延迟线的两端，多个所述色散光纤环与多个所述2×2光开关依次间隔串联设置在两个所述1×2光开关之间。

8.根据权利要求7所述的一种通用型多通道光学色散延时器，其特征在于：通过控制两个所述1×2光开关与多个所述2×2光开关的状态，控制光信号经过不同的色散光纤环，即控制光信号经过的色散光纤长度，光载波经色散光纤环后产生相对延时量，以控制可调色散光纤延迟线对光载波的时间延迟。

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