CN113093153A - 基于色散延时的收发一体波束成形网络系统 - Google Patents

基于色散延时的收发一体波束成形网络系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113093153A
CN113093153A CN202110387847.XA CN202110387847A CN113093153A CN 113093153 A CN113093153 A CN 113093153A CN 202110387847 A CN202110387847 A CN 202110387847A CN 113093153 A CN113093153 A CN 113093153A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
electro
electric
amplifier
network system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110387847.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN113093153B (zh
Inventor
孟瑶
肖晔
李明
石暖暖
袁海庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Semiconductors of CAS
Original Assignee
Institute of Semiconductors of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Semiconductors of CAS filed Critical Institute of Semiconductors of CAS
Priority to CN202110387847.XA priority Critical patent/CN113093153B/zh
Publication of CN113093153A publication Critical patent/CN113093153A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113093153B publication Critical patent/CN113093153B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

一种基于色散延时的收发一体波束成形网络系统，包括N个通道，包括：激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器、电环形器、T/R组件、电放大器和电合束器，发射信号通过电光调制器电光转换调制到由激光器发射出的光载波上，通过光放大器进行放大和光分束器进行分束进入光真延时网络使不同通道获得不同的相位，然后经过光电探测器光电转换后，发射信号通过电环形器和T/R组件发射到空间中，接收信号从T/R组件中接收，经过电放大器进行放大、光分束器分束后，分别被电光调制器调制，经过光真延时网络避免信号相干相消，在光电探测器光电转换后在电域上经电合束器合束成一路接收信号。

Description

基于色散延时的收发一体波束成形网络系统
技术领域
本发明涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种基于色散延时的收发一体波束成形网络系统。
背景技术
随着现代信息作战任务的日益增强，业界和学术界亟待开发新型雷达以满足多功能、大带宽和分布式发射端与接收端处理单元的连接。传统的基于数字频率综合技术的大带宽波束成形技术需要进行一系列的模拟信号处理，包括频率转换，滤波器，信道化等。普通的电学器件难以支持超宽带信号的数字化。且用于长距离传输的同轴电缆不能保持超宽带信号的幅度一致性，更严重的是，每公里可能导致高达数百dB的损耗。
微波光子技术结合光子和微波技术优势，可以作为一种优化的替代方案。光纤的低损耗性能用于长距离传输，而微波技术则应用于灵活架构的配置。可以实现远程相控阵天线模拟信号合成技术。
现有技术无法满足雷达系统对大带宽、分布式发射端与接收端、信号低损耗长距离传输的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于色散延时的收发一体波束成形网络系统，以期部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于色散延时的收发一体波束成形网络系统，所述收发一体波束成形网络系统结构包括N个通道，包括：激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器、电环形器、T/R组件、电放大器和电合束器，其中，
发射信号通过所述电光调制器电光转换调制到由所述激光器发射出的光载波上，通过所述光放大器进行放大和所述光分束器进行分束进入所述光真延时网络使不同通道获得不同的相位，然后经过所述光电探测器光电转换后，发射信号通过所述电环形器和所述T/R组件发射到空间中，接收信号从所述T/R组件中接收，经过所述电放大器进行放大、光分束器分束后，分别被电光调制器调制，经过所述光真延时网络避免信号相干相消，在光电探测器光电转换后在电域上经所述电合束器合束成一路接收信号。
其中，所述光真延时网络包括光环形器和色散光纤。
其中，所述色散光纤是不同通道之间具有不同延时量的光纤，其延时量在同一波长下具有等差排列的特点；所述不同通道之间具有不同延时量的光纤为色散系数或者光纤长度不同。
其中，所述激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器之间通过光纤连接；激光器、光放大器、光分束器、电光调制器之间通过光纤连接。
其中，所述发射信号与电光调制器之间通过电缆连接；光电探测器、电环形器、T/R组件、电放大器、电光调制器之间通过电缆连接；光电探测器、电合束器、接收信号之间通过电缆连接。
其中，所述激光器为波长连续调谐的DFB或DBR激光器。
其中，相应器件的数目需要与通道数N匹配。
其中，所述光真延时网络由相控阵发射端和相控阵接收端共用。
其中，所述相控阵发射端包括激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器、电环形器和T/R组件；所述相控阵发射端的波束指向角由色散延时网络的延时差决定，通过所述激光器的波长进行调谐。
其中，所述收发一体波束成形网络系统还包括电合束器，所述相控阵接收端包括激光器、光放大器、光分束器、电光调制器、电放大器、电环形器、T/R组件、光真延时网络、光电探测器、电合束器和接收信号；所述相控阵接收端的接收信号通过所述电合束器合成一束射频信号。
基于上述技术方案可知，本发明的基于色散延时的收发一体波束成形网络系统相对于现有技术至少具有如下有益效果的一部分：
本发明提出的收发通道共用真延时网络的系统结构，在能够实现接收发射信号的功能同时，有效节省了器件的数量、费用和整个系统的空间，并且易于与天线拉远技术结合。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于色散延时的收发一体波束成形网络系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的在16通道情况下(N＝16)，基于色散延时的收发一体波束成形网络系统的扫描角度和方向图。
上述附图中，附图标记含义如下：
1、可调谐激光器；2、发射信号；3、电光调制器；4、光放大器；5、光分束器；6a、光环行器；7、色散光纤；6b、光线环形器；8、光电探测器；9、电环形器；10、T/R组件；11、可调谐激光器；12、光放大器；13、光分束器；14、电光调制器；15、电放大器；16、光电探测器；17、电合束器；18、接收信号。
具体实施方式
为了满足雷达系统对大带宽、分布式发射端与接收端、信号低损耗长距离传输的需求，本发明提出了一种基于色散延时的收发一体波束成形网络系统，在能够实现接收发射信号的功能同时，有效节省了器件的数量、费用和整个系统的空间，并且易于与天线拉远技术结合。利用微波光子学实现的基于色散延时的收发一体波束成形网络系统，可以克服接收端和发射端用两套模拟光延时网络的缺点，减少器件制造过程中由不一致性和外界环境影响造成的误差。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示为本发明的结构示意图，该系统可以包含N个通道，主要包括：2个可调谐激光器；N+1个电光调制器；2个光放大器；2个光分束器；2N个光环行器；N个色散光纤；2N个光电探测器；N个电环形器；N个T/R组件；N个电放大器；1个电合束器。
如图1所示，发射信号2通过电光调制器3电光转换调制到由激光器1发射出的光载波上，通过光放大器4、光分束器5进入光真延时网络使每通道获得不同的相位，然后经过光电探测器8光电转换后，发射信号通过电环形器9和T/R组件10发射到空间中。接收信号从T/R组件10中接收，利用电环形器9单向传输的性质，分别经过电放大器15、光分束器13后，分别被电光调制器14调制，经过光真延时网络避免信号相干相消，在光电探测器16光电转换后在电域上通过电合束器17合束成一路接收信号18。光真延时网络是由N通道的光环形器6a和6b和色散光纤7组成。
根据本发明进一步的实施例，该基于色散延时的收发一体波束成形网络系统的工作过程为，发射信号通过电光转换调制到由激光器发射出的光载波上，通过放大、分束进入光真延时网络使每通道获得不同的相位，然后经过光电探测器光电转换后，发射信号通过T/R组件发射到空间中。接收信号从T/R组件中接收，经过放大、分束后，分别被电光调制器调制，经过光真延时网络避免信号相干相消，在光电探测器光电转换后在电域上合束成一路接收信号。光真延时网络是由N通道的光环形器和色散光纤组成，电环形器确定了T/R组件的收发信号传输方向。这种收发通道共用真延时网络的系统结构，在能够实现接收发射信号的功能同时，有效节省了器件的数量、费用和整个系统的空间，并且易于与天线拉远技术结合。
根据本发明进一步的实施例，可调谐激光器1，电光调制器3，光放大器4，光分束器5，光环行器6a，色散光纤7，光环形器6b，光电探测器8之间通过光纤连接；可调谐激光器11，光放大器12，光分束器13，电光调制器14之间通过光纤连接。
发射信号2与电光调制器3之间通过电缆连接；光电探测器8，电环形器9，T/R组件10，电放大器15，电光调制器之间通过电缆连接；光电探测器16，电合束器17，接收信号18之间通过电缆连接。
根据本发明进一步的实施例，可调谐激光器1和11为波长连续调谐的DFB或DBR激光器。
根据本发明进一步的实施例，色散光纤7是不同通道之间具有不同延时量的光纤，其延时量在同一波长下具有等差排列的特点；可以是色散系数或者光纤长度不同，其光纤总长度为数米至数千米不等。
根据本发明进一步的实施例，通道数N可以在合理的范围内任意配置，例如4通道N＝4，8通道N＝8，16通道N＝16等，相应器件的数目需要与N匹配。
根据本发明进一步的实施例，N通道的光环形器6a、色散光纤、光环形器6b，共同构成色散延时波束成形网络，由相控阵的发射端和接收端共用。
根据本发明进一步的实施例，可调谐激光器1，电光调制器3，光放大器4，光分束器5，光环行器6a，色散光纤7，光线环形器6b，光电探测器8，电环形器9，T/R组件10一起组成了相控阵发射端，其波束指向角由色散延时网络的延时差决定，可以通过可调谐激光器的波长进行调谐。
根据本发明进一步的实施例，可调谐激光器11，光放大器12，光分束器13，电光调制器14，电放大器15，电环形器9，T/R组件10，光环行器6a，色散光纤7，光线环形器6b，光电探测器16，电合束器17，接收信号18一起组成了相控阵接收端，其接收信号最终合路成一束射频信号。
进一步的，本发明中发射端方向图波束指向角由可调谐激光器的发光波长和光真延时网络的延时差决定。系统的关键部分在于光真延时网络。下面以每通道色散系数不变，通过改变光纤长度构造光真延时网络为例，分析光真延时网络。通过计算使每一通道的色散光纤长度变化，使相邻两路的光信号具有相同的延时差。光载波从λ1变换至λm时，延时阵列中每一阵列的延时τi可表示为：
Figure BDA0003015656390000051
其中DDCF、DSMF表示色散补偿光纤和单模光纤的色散系数，L为各个通道延时线的总长度，Li为色散补偿光纤长度，L-Li为单模光纤长度。每一延时阵列中色散补偿光纤和单模光纤的长度差为Li+1-Li。当光波长保持一致时，相邻延时线的延时差可以表示为：
Figure BDA0003015656390000052
对于一维均匀阵元的天线而言，阵元间延时差相等可以形成同一平面的波束，波束指向角可以表示为：
Figure BDA0003015656390000061
其中d为每个阵元的间距，c为光在真空中的传播速度。从以上表达式中可以推知：波束指向角随着光波长的改变而改变。
如图2所示，为在16通道情况下(N＝16)，基于色散延时的收发一体波束成形网络系统的扫描角度和方向图。激光器波长从1530nm扫描到1550nm，波束指向角从—49°扫描到+49°。
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域的普通技术人员可对其结构进行简单地熟知地替换，如：可将通道数N任意调整；激光器功率足够大可以不加光放大器；电光调制器可以增加一个偏压控制板控制工作点。并且，所附的附图是简化过且作为例示用。附图中所示的器件数量、形状及尺寸可依据实际情况而进行修改，且器件的配置可能更为复杂。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于色散延时的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述收发一体波束成形网络系统结构包括N个通道，包括：激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器、电环形器、T/R组件、电放大器和电合束器，其中，
发射信号通过所述电光调制器电光转换调制到由所述激光器发射出的光载波上，通过所述光放大器进行放大和所述光分束器进行分束进入所述光真延时网络使不同通道获得不同的相位，然后经过所述光电探测器光电转换后，发射信号通过所述电环形器和所述T/R组件发射到空间中，接收信号从所述T/R组件中接收，经过所述电放大器进行放大、光分束器分束后，分别被电光调制器调制，经过所述光真延时网络避免信号相干相消，在光电探测器光电转换后在电域上经所述电合束器合束成一路接收信号。
2.根据权利要求1所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述光真延时网络包括光环形器和色散光纤。
3.根据权利要求2所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述色散光纤是不同通道之间具有不同延时量的光纤，其延时量在同一波长下具有等差排列的特点；所述不同通道之间具有不同延时量的光纤为色散系数或者光纤长度不同。
4.根据权利要求1所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器之间通过光纤连接；激光器、光放大器、光分束器、电光调制器之间通过光纤连接。
5.根据权利要求1所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述发射信号与电光调制器之间通过电缆连接；光电探测器、电环形器、T/R组件、电放大器、电光调制器之间通过电缆连接；光电探测器、电合束器、接收信号之间通过电缆连接。
6.根据权利要求1所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述激光器为波长连续调谐的DFB或DBR激光器。
7.根据权利要求1所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，相应器件的数目需要与通道数N匹配。
8.根据权利要求1所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述光真延时网络由相控阵发射端和相控阵接收端共用。
9.根据权利要求8所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述相控阵发射端包括激光器、电光调制器、光放大器、光分束器、光真延时网络、光电探测器、电环形器和T/R组件；所述相控阵发射端的波束指向角由色散延时网络的延时差决定，通过所述激光器的波长进行调谐。
10.根据权利要求8所述的收发一体波束成形网络系统，其特征在于，所述收发一体波束成形网络系统还包括电合束器，所述相控阵接收端包括激光器、光放大器、光分束器、电光调制器、电放大器、电环形器、T/R组件、光真延时网络、光电探测器、电合束器和接收信号；所述相控阵接收端的接收信号通过所述电合束器合成一束射频信号。
CN202110387847.XA 2021-04-12 2021-04-12 基于色散延时的收发一体波束成形网络系统 Active CN113093153B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110387847.XA CN113093153B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 基于色散延时的收发一体波束成形网络系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110387847.XA CN113093153B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 基于色散延时的收发一体波束成形网络系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113093153A true CN113093153A (zh) 2021-07-09
CN113093153B CN113093153B (zh) 2022-12-30

Family

ID=76677307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110387847.XA Active CN113093153B (zh) 2021-04-12 2021-04-12 基于色散延时的收发一体波束成形网络系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113093153B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114785446A (zh) * 2022-03-29 2022-07-22 中国电子科技集团公司第三十八研究所 基于阵列波导光栅周期化输出特性的波束形成系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977911A (en) * 1996-12-30 1999-11-02 Raytheon Company Reactive combiner for active array radar system
CN103532604A (zh) * 2013-09-30 2014-01-22 上海交通大学 基于光波分复用技术的可编程波束成形网络
CN103941235A (zh) * 2014-02-26 2014-07-23 上海交通大学 全光控相控阵雷达发射机
CN104297731A (zh) * 2014-10-22 2015-01-21 上海交通大学 基于宽带光源的全光控相控阵雷达发射机
CN104316908A (zh) * 2014-10-08 2015-01-28 上海航天电子通讯设备研究所 一种光控相控阵雷达前端的发射与接收方法及装置
CN105137448A (zh) * 2015-08-17 2015-12-09 上海交通大学 全波段覆盖的超宽带全光雷达系统
CN108448252A (zh) * 2018-02-09 2018-08-24 大连理工大学 一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法
CN112564846A (zh) * 2020-11-18 2021-03-26 扬州船用电子仪器研究所(中国船舶重工集团公司第七二三研究所) 一种基于光纤色散的光波束形成预加重装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5977911A (en) * 1996-12-30 1999-11-02 Raytheon Company Reactive combiner for active array radar system
CN103532604A (zh) * 2013-09-30 2014-01-22 上海交通大学 基于光波分复用技术的可编程波束成形网络
CN103941235A (zh) * 2014-02-26 2014-07-23 上海交通大学 全光控相控阵雷达发射机
CN104316908A (zh) * 2014-10-08 2015-01-28 上海航天电子通讯设备研究所 一种光控相控阵雷达前端的发射与接收方法及装置
CN104297731A (zh) * 2014-10-22 2015-01-21 上海交通大学 基于宽带光源的全光控相控阵雷达发射机
CN105137448A (zh) * 2015-08-17 2015-12-09 上海交通大学 全波段覆盖的超宽带全光雷达系统
CN108448252A (zh) * 2018-02-09 2018-08-24 大连理工大学 一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法
CN112564846A (zh) * 2020-11-18 2021-03-26 扬州船用电子仪器研究所(中国船舶重工集团公司第七二三研究所) 一种基于光纤色散的光波束形成预加重装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GAO XUDONG 等: "Integrated channel-shared optical true time delay line array based on grating-assisted contradirectional couplers for phased array antennas", 《SEVENTH SYMPOSIUM ON NOVEL PHOTOELECTRONIC DETECTION TECHNOLOGY AND APPLICATIONS》 *
周宇: "基于微波光子技术的超宽带多波束网络研究", 《中国博士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
潘时龙等: "微波光子雷达及关键技术", 《科技导报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114785446A (zh) * 2022-03-29 2022-07-22 中国电子科技集团公司第三十八研究所 基于阵列波导光栅周期化输出特性的波束形成系统
CN114785446B (zh) * 2022-03-29 2024-05-07 中国电子科技集团公司第三十八研究所 基于阵列波导光栅周期化输出特性的波束形成系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN113093153B (zh) 2022-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4814773A (en) Fiber optic feed network for radar
CN113054397B (zh) 宽带阵列微波射频前端及雷达
CN108551363A (zh) 阵列射频光纤链路信号相位变化监测方法、监测系统及信号相位调节方法
CN103414519B (zh) 光控微波波束形成器
CN102427166B (zh) 一种光控微波波束接收系统
US20230291483A1 (en) Programmable two-dimensional simultaneous multi-beam optically operated phased array receiver chip and multi-beam control method
Subbaraman et al. Photonic crystal fiber-based true-time-delay beamformer for multiple RF beam transmission and reception of an X-band phased-array antenna
US6114994A (en) Photonic time-delay beamsteering system using fiber bragg prism
CN111095673B (zh) 光学地接收来自相控天线阵列的信号的装置和天线系统
Pappert et al. Microwave fiber optic links for shipboard antenna applications
CN113093153B (zh) 基于色散延时的收发一体波束成形网络系统
CN113114373B (zh) 一种基于模式分集的二维光纤波束形成方法
CN104901014A (zh) 基于波长扫描的光真延时平面相控阵接收天线系统
CN117554972A (zh) 多波束微波光子相控阵雷达探测方法和系统
CN116865900A (zh) 一种全光同时多频段多波束相控阵发射机及其方法
CN111740786B (zh) 一种集成光波导波束赋形装置
Oishi et al. 2-dimensional beam steering by 2× 3 photonic antenna using millimeter-wave radio over fiber
Meng et al. An Up/Downstream Shared Optical Beam Forming Network for Remote Phased Array Antenna
Goutzoulis et al. Comparison of conventional and fiberoptic manifolds for a dual band (UHF and S) phased-array antenna
CN115333630B (zh) 低插损微波光子相控阵接收波束合成装置及方法
CN117478232A (zh) 一种基于功率分配的少模光控同频多波束形成系统及方法
Wu et al. Research on technology of microwave-photonic-based multifunctional radar
Banchi Multi-channel Microwave-Photonic link for Antenna remoting in Multifunctional Phased-Array Radar
KR101304069B1 (ko) 진시간지연을 이용한 위상배열 안테나 시스템
Martí et al. Radio Beamsteering for a $2\times 5$ Remote Radio Head Assisted by a Shared Wideband Etalon Cascade

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant