CN117411560A - 一种用于发射相控阵的光纤移相系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于发射相控阵的光纤移相系统及方法，将宽带微波信号经电光变换后，经过光隔离，由光功分器将光信号分为多路，分别对应相控阵的每个子阵。每个子阵信号经过光纤实时延迟后，光纤传输到天线阵面前端，再经过光电变换，恢复为微波射频信号，该信号经放大后，通过功分器将每个子阵的信号功分为多个阵元，传送到阵元对应的收发组件，经移相控制后从天线辐射出去，在空间实现功率合成。用光纤实现信号延时器、信号分配器，同时作为传输信道，具有体积小、结构简单、抗电磁干扰能力强、温度稳定性好等优点。由于光纤损耗低，因此可以将信号处理、波束控制、数据处理等设备放置在离天线较远的地方，利于提高雷达和操作人员的生存能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于发射相控阵的光纤移相系统及方法，属于光学相控阵领域。
背景技术
相控阵技术在雷达和通信领域显得越来越重要，这是因为相控阵天线具有许多优点，如无物理运动的转向、高的二维扫描灵活性、极准确的波束指向，以及极低的空间旁瓣所需的精密的相位和幅度控制等。
但是，随着科技的发展以及对其应用的日益广泛，传统相控阵的不足之处也慢慢显露出来。传统相控阵采用射频电子波束形成网络，实时延时系统由波导或同轴电缆构成，无论是对宽带信号的损耗控制还是工程的实现，都带来困难。
发明内容
本发明提供了一种用于发射相控阵的光纤移相系统及方法，用光学手段实现相控阵的波束扫描控制，用光实时延迟线取代常规相控阵中的射频延时线和移相器，将射频信号调制到光载波上，在光波的波段实现所需要的实时延时，之后再将射频信号解调出来。从而实现将系统重量减轻，体积减小，无相互辐射干扰；同时，光纤传输拥有损耗低和频带宽的优点，用光纤取代传统射频电缆传输，使得设备和控制中心的距离有较大提高，对提高雷达和操作人员的生存能力具有重大军事应用价值。解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于发射相控阵的光纤移相系统，包括电光变换器、光隔离器、光功分器、光纤实时延时线、光电变换器、功分器和收发组件；
激励源发出的宽带微波信号经电光变换器进行电光变换，电光变换后的信号经过光隔离器进行光隔离，光隔离后的信号由光功分器将光信号分为多路，分别对应相控阵的每个子阵，每个子阵信号经过光纤实时延迟线后，光纤传输到天线阵面前端，再经过光电变换器进行光电变换，恢复为微波射频信号，微波射频信号经放大后，通过功分器将每个子阵的信号功分为多个阵元，传送到阵元对应的收发组件，经移相控制后从天线辐射出去，在空间实现功率合成。
进一步地，射频信号瞬时存储在光纤延迟线中，存储的时间的长短与光纤的长度成正比。
进一步地，还包括：光纤延迟线的测量系统，所述光纤延迟线的测量系统用于测量每条光纤的延时差；所述光纤延迟线的测量系统包括：矢量网络分析仪、发射模块、驱动电路、光衰减器和接收模块；
矢量网络分析仪输出一定频率范围的扫频信号，扫频信号输入发射模块，在驱动电路的控制下射频信号调制输出光功率，发射模块将调制好的光信号经光纤传输到光衰减器，光衰减器将光信号衰减并输出，经光纤链路将输出的衰减信号输入到光纤延时线中，光信号经光纤延时线延时后输入到接收模块中，在反偏电压下经光电探测器将延时光信号解调为相应的射频信号，接收模块输出解调好的射频信号，经传输链路送回到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪计算出光纤的延时差。
相应地，一种用于发射相控阵的光纤移相方法：将宽带微波信号经电光变换后，电光变换后的信号经过光隔离，由光功分器将光信号分为多路，分别对应相控阵的每个子阵，每个子阵信号经过光纤实时延迟线后，光纤传输到天线阵面前端，再经过光电变换，恢复为微波射频信号，微波射频信号经放大后，通过功分器将每个子阵的信号功分为多个阵元，传送到阵元对应的收发组件，经移相控制后从天线辐射出去，在空间实现功率合成。
进一步地，射频信号瞬时存储在光纤延迟线中，存储的时间的长短与光纤的长度成正比。
进一步地，还包括，光纤延迟线的延时差测量方法：矢量网络分析仪输出一定频率范围的扫频信号，扫频信号输入发射模块，在驱动电路的控制下射频信号调制输出光功率，发射模块将调制好的光信号经光纤传输到光衰减器，光衰减器将光信号衰减并输出，经光纤链路将输出的衰减信号输入到光纤延时线中，光信号经光纤延时线延时后输入到接收模块中，在反偏电压下经光电探测器将延时光信号解调为相应的射频信号，接收模块输出解调好的射频信号，经传输链路送回到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪计算出光纤的延时差。
本发明所达到的有益效果：
本发明采用光纤实现信号延时器、信号分配器，同时光纤作为传输信道，具有体积小、结构简单、抗电磁干扰能力强、温度稳定性好等优点。
同时，光纤移相还有另外一个独特的优势。由于光纤损耗低，因此可以将信号处理、波束控制、数据处理等设备放置在离天线较远的地方，这有利于提高雷达和操作人员的生存能力。
附图说明
图1为本发明用于发射相控阵的光纤移相系统示意图；
图2为光纤实时延迟线设计原理图；
图3是光纤延迟线的测量系统示意图。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示， 本发明一种用于发射相控阵的光纤移相系统及方法，将宽带微波信号经电光变换后，经过光隔离，由光功分器将光信号分为多路，分别对应相控阵的每个子阵。每个子阵信号经过光纤实时延迟线后，光纤传输到天线阵面前端，再经过光电变换，恢复为微波射频信号，该信号经放大后，通过功分器将每个子阵的信号功分为多个阵元，传送到阵元对应的收发组件，经移相控制后从天线辐射出去，在空间实现功率合成。
如图2所示，光纤实时延迟线设计原理：将射频电信号及光载波信号输入电光调制器，电光调制器将射频电信号调制到光载波上，输出携带有电信号信息的光信号，经由光纤链路的传输到达光电检测器，并将经由射频调制的光信号再变换为原来的射频电信号。输出的射频电信号的频谱完全和输入射频电信号的频谱相同，只是用光纤作为介质延迟了一段时间，也就是说，射频信号瞬时存储在光纤延迟线单元中，存储的时间的长短与光纤的长度成正比，这就是光纤延迟线最基本的原理。当光波在光纤中以速度传播的时候，延时的长短正比于光纤的长度。
如图3所示，对每条光纤延时差进行测量，其过程为：矢量网络分析仪输出一定频率范围的扫频信号，扫频信号直接输入到发射模块，在驱动电路的控制下射频信号直接调制输出光功率，发射模块将调制好的光信号经光纤传输到光衰减器，光衰减器将光信号衰减并输出，经光纤链路将输出的衰减信号输入到光纤延时线中，光信号经光纤延时线延时后输入到接收模块中，在反偏电压下经光电探测器将延时光信号解调为相应的射频信号，接收模块输出解调好的射频信号，经传输链路送回到矢量网络分析仪，由矢量网络分析仪得出该条光纤的延时差。
发射相控阵采用光纤移相技术，通过光实时延迟的方法补偿通道间的相位，可以实现相控阵的宽带宽角扫描；同时，光纤移相技术将使系统重量减轻，体积减小，无相互辐射干扰；光纤传输具有损耗低、频带宽等优点，采用光纤连接天线和控制中心，可以使二者的距离较采用同轴射频电缆有较大的提高，因此用光纤取代传统电缆传输，对实现设备的远程化是非常理想的，这对提高雷达和操作人员的生存能力具有重大军事应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
以上仅为本发明的实施例而已，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (6)
1.一种用于发射相控阵的光纤移相系统，其特征在于，包括电光变换器、光隔离器、光功分器、光纤实时延时线、光电变换器、功分器和收发组件；
激励源发出的宽带微波信号经电光变换器进行电光变换，电光变换后的信号经过光隔离器进行光隔离，光隔离后的信号由光功分器将光信号分为多路，分别对应相控阵的每个子阵，每个子阵信号经过光纤实时延迟线后，光纤传输到天线阵面前端，再经过光电变换器进行光电变换，恢复为微波射频信号，微波射频信号经放大后，通过功分器将每个子阵的信号功分为多个阵元，传送到阵元对应的收发组件，经移相控制后从天线辐射出去，在空间实现功率合成。
2.根据权利要求1所述的用于发射相控阵的光纤移相系统，其特征在于，射频信号瞬时存储在光纤延迟线中，存储的时间的长短与光纤的长度成正比。
3.根据权利要求1所述的用于发射相控阵的光纤移相系统，其特征在于，还包括：光纤延迟线的测量系统，所述光纤延迟线的测量系统用于测量每条光纤的延时差；所述光纤延迟线的测量系统包括：矢量网络分析仪、发射模块、驱动电路、光衰减器和接收模块；
矢量网络分析仪输出一定频率范围的扫频信号，扫频信号输入发射模块，在驱动电路的控制下射频信号调制输出光功率，发射模块将调制好的光信号经光纤传输到光衰减器，光衰减器将光信号衰减并输出，经光纤链路将输出的衰减信号输入到光纤延时线中，光信号经光纤延时线延时后输入到接收模块中，在反偏电压下经光电探测器将延时光信号解调为相应的射频信号，接收模块输出解调好的射频信号，经传输链路送回到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪计算出光纤的延时差。
4.一种用于发射相控阵的光纤移相方法，其特征在于：将宽带微波信号经电光变换后，电光变换后的信号经过光隔离，由光功分器将光信号分为多路，分别对应相控阵的每个子阵，每个子阵信号经过光纤实时延迟线后，光纤传输到天线阵面前端，再经过光电变换，恢复为微波射频信号，微波射频信号经放大后，通过功分器将每个子阵的信号功分为多个阵元，传送到阵元对应的收发组件，经移相控制后从天线辐射出去，在空间实现功率合成。
5.根据权利要求4所述的用于发射相控阵的光纤移相方法，其特征在于，射频信号瞬时存储在光纤延迟线中，存储的时间的长短与光纤的长度成正比。
6.根据权利要求4所述的用于发射相控阵的光纤移相方法，其特征在于，还包括，光纤延迟线的延时差测量方法：矢量网络分析仪输出一定频率范围的扫频信号，扫频信号输入发射模块，在驱动电路的控制下射频信号调制输出光功率，发射模块将调制好的光信号经光纤传输到光衰减器，光衰减器将光信号衰减并输出，经光纤链路将输出的衰减信号输入到光纤延时线中，光信号经光纤延时线延时后输入到接收模块中，在反偏电压下经光电探测器将延时光信号解调为相应的射频信号，接收模块输出解调好的射频信号，经传输链路送回到矢量网络分析仪，矢量网络分析仪计算出光纤的延时差。
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