ES2693334T3

ES2693334T3 - Mejoras en antenas y en sus asociados

Info

Publication number: ES2693334T3
Application number: ES13806049.6T
Authority: ES
Inventors: David John AITKEN; Simon Charles GILES; Robert John Mark LONGSTONE; Mohammed Nawaz; Andrew James Smith; Michael Andrew Scott
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2018-12-11
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: AU2013357031B2; US20150304043A1; AU2013357031A1; EP2932627A1; EP2932627B1; BR112015013925B1; WO2014091242A1; CL2015001637A1; PL2932627T3; US9762325B2; BR112015013925A2

Abstract

Un aparato de transmisión de señal óptica para una antena giratoria que comprende: una pluralidad de moduladores ópticos (6) dispuestos para recibir una pluralidad respectiva de señales de RF analógicas y para modular una pluralidad respectiva de señales ópticas con ellas para producir una pluralidad de señales ópticas analógicas moduladas; una pluralidad de convertidores (14) opto-eléctricos para convertir dicha señal óptica analógica modulada respectiva en una señal eléctrica analógica; en donde la pluralidad de moduladores ópticos (6) están acoplados giratoriamente en comunicación óptica con la pluralidad de convertidores (14) opto-eléctricos a través de una junta giratoria (10) óptica; caracterizado por que: la junta giratoria (10) óptica incluye un prisma de reversión (22) que está acoplado giratoriamente a la pluralidad de moduladores ópticos (6) y a la pluralidad de convertidores (14) opto-eléctricos para que pueda girar con relación a ambas a una velocidad angular de rotación que es sustancialmente la mitad de la velocidad angular de rotación a la que la pluralidad de moduladores ópticos pueden girar simultáneamente con relación a la pluralidad de convertidores opto-eléctricos.

Description

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DESCRIPCION

Mejoras en antenas y en sus asociados CAMPO DE LA INVENCION

La presente invencion se refiere a juntas giratorias para girar sistemas de antena, y en particular, pero no exclusivamente, a juntas giratorias para sistemas de antena de radar.

ANTECEDENTES

Una junta giratoria tipica es un dispositivo electromecanico que proporciona la interfaz de transferencia de senal requerida entre las secciones estacionaria y giratoria de un sistema de antena giratoria. Permite que senales de radiofrecuencia (RF) sean transmitidas hacia atras y hacia delante entre la antena y otros componentes de un aparato de antena.

Las juntas giratorias de RF se utilizan en muchas industrias. Estas industrias incluyen comunicaciones, satelites, control del trafico aereo y aeroespacial, sistemas aereos, sistemas a bordo de barcos, radares terrestres.

Una junta giratoria es una lmea de transmision giratoria pasiva que tiene la capacidad de dejar pasar senales de RF con degradacion minima. Sin embargo, cuantos mas canales de RF se requieran para ser transmitidas, generalmente mas larga debe ser la junta giratoria. Una junta giratoria puede ser tan simple como un dispositivo de transmision de un canal que es tipicamente pequeno (varios cm de longitud), o tan complicada como, por ejemplo, un dispositivo de transmision para transmitir varias decenas de canales que es mucho mas largo (varios metros de largo).

Las juntas giratorias de RF pueden estar hechas de cobre, bronce, aluminio, acero inoxidable, aceros especiales, plata, y aleaciones especialmente revestidas o bimetalicas. Las especificaciones importantes para las juntas giratorias de rF incluyen tamano, longitud y peso. Claramente, la naturaleza metalica de las juntas giratorias de RF las hace relativamente pesadas.

La transferencia de una senal de radiofrecuencia (RF) a traves de la junta giratoria de una antena giratoria, tal como una agrupacion de antenas de radar, puede requerir juntas giratorias de RF grandes y pesadas cerca de la antena y tfpicamente altas en un mastil de antena, por ejemplo, juntas giratorias de RF cerca de la antena y tfpicamente altas en un mastil de antena, por ejemplo, el mastil de un barco. Esto se convierte en un problema particular cuando se consideran agrupaciones de antenas que tienen muchos canales de RF, que requieren una junta giratoria de RF larga y pesada. BIBEY M-B Y COL.: “Optical distribution of local oscillators for a rotating antenna” (“Distribucion optica de osciladores locales para una antena giratoria”), MICROWAVE SYMPOSIUM DIGEST, 2000 IEEE MTT-S INTERNATIONAL BOSTON, MA, EE. UU 11-16 DE JUNIO DE 2000, PISCATAWAY, NJ, EE. UU, IEEE, US vol. 2, 11 de junio de 2000, (2000-06-11), paginas 1257-1260, XP010507567, DOI: 10.1109/MWSYM.2000.863588 ISBN: 978-07803-5687-0 describe la utilizacion de una junta giratoria optica.

La invencion aborda esto.

RESUMEN DE LA INVENCION

En su forma mas general, la invencion es para modular la potencia de una senal optica que utiliza una senal electrica analogica procedente de un receptor de rF o una fuente de senal de una antena con el fin de transferir la senal optica analogica, que transporta la informacion desde dentro de la senal electrica de RF, a traves de una junta giratoria optica del sistema de antena giratoria. Despues de la transferencia, la senal optica analogica modulada puede entonces ser convertida en una senal analogica electrica y posteriormente procesada digitalmente. Se ha encontrado posible transferir senales de RF analogicas utilizando una junta giratoria optica que es mas pequena y ligera.

La transmision de senal analogica tambien elimina la necesidad de procesadores de analogica a digital en la agrupacion de antenas. Se ha encontrado posible transferir senales analogicas electricas de entrada de este modo de tal manera que la amplitud de la senal analogica transferida sea transferida de manera precisa y recuperada cuando es convertida de nuevo en una senal de salida analogica electrica.

Este es un resultado sorprendente, porque en el campo tecnico de la invencion, existe una percepcion de que la transferencia optica de datos en sistemas de comunicacion de RF debena ser siempre digital porque las senales de datos digitales en general son a menudo menos susceptibles a la perdida de datos o a errores durante la transmision, y pueden ser llevadas a la correccion de errores. Se percibe que habna generalmente dificultades insuperables para controlar con suficiente precision los niveles de amplitud/potencia de senal optica necesarios para conseguir una precision deseada en la transferencia de datos mediante senales analogicas opticamente, especialmente cuando se transfieren multiples canales de senal.

La invencion emplea preferiblemente un prisma “Dove”, o un prisma “Abbe-Konig”, ambos tambien conocidos como un prisma de reversion, dentro de la junta giratoria optica. Cuando tal prisma es hecho girar alrededor de su eje longitudinal, una imagen vista a traves del prisma gira al doble de la velocidad de rotacion del prisma, pero la posicion de salida permanece sin cambios, y un rayo emitido es paralelo al rayo de entrada en todos los angulos de rotacion del prisma.

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Se pueden transferir multiples canales al prisma de reversion en una multitud correspondiente de fibras opticas de entrada, o gmas de onda, que giran con la antena y despues de haber sido trasferidos a traves del prisma de reversion, cada canal puede entonces ser emitido desde el prisma de reversion a otra multitud correspondiente de fibras opticas, o gmas de onda, que no estan girando.

En un primero de sus aspectos, la invencion puede proporcionar un aparato de transmision de senal optica para una antena giratoria que comprende, una pluralidad de moduladores opticos dispuestos para recibir una pluralidad respectiva de senales de RF analogicas y para modular una pluralidad respectiva de senales opticas con ellas para producir una pluralidad de senales opticas analogicas moduladas, una pluralidad de convertidores opto-electricos para convertir dicha senal optica analogica modulada respectiva en una senal electrica analogica, en donde la pluralidad de moduladores opticos estan acoplados giratoriamente en comunicacion optica con la pluralidad de convertidores opto-electricos a traves de una junta giratoria optica que incluye un prisma de reversion, y en donde el prisma de reversion que esta acoplado giratoriamente a la pluralidad de moduladores opticos y a la pluralidad de convertidores opto-electricos para que pueda girar con relacion a ambas a una velocidad angular de rotacion que es sustancialmente la mitad de la velocidad angular de rotacion a la que la pluralidad de moduladores opticos pueden girar simultaneamente con relacion a la pluralidad de convertidores opto-electricos. El prisma de reversion puede ser un prisma de Dove o un prisma de Abbe- Konig. Asf, los moduladores opticos pueden estar dispuestos sobre una parte giratoria de un conjunto de antena y los convertidores opto-electricos pueden estar dispuestos sobre una parte estacionaria junto con los componentes de procesamiento de senal electrica y los componentes de control del conjunto. Unos medios de engranaje pueden acoplar un alojamiento que contiene los moduladores opticos a un alojamiento que contiene el prisma de reversion y pueden estar dispuestos para transferir fuerza motriz giratoria al alojamiento que contiene el prisma de reversion desde el alojamiento que contiene los moduladores opticos sustancialmente a la mitad (1/2) de la velocidad angular.

Los moduladores opticos incluyen preferiblemente un laser, tal como un laser de onda continua, para generar una senal portadora optica y una unidad de modulador optico (por ejemplo, un modulador Mach-Zehnder (MZ)) dispuesta para modular la senal portadora de acuerdo con la senal de RF analogica.

La unidad de modulador optico incluye preferiblemente un componente que se puede polarizar que es configurable para ser polarizado por la aplicacion de una tension de polarizacion de tal manera que el modulador funciona en cuadratura.

El aparato de transmision de senal optica puede incluir un medio de control de polarizacion dispuesto para variar la tension de polarizacion aplicada al componente que se puede polarizar hasta que el valor de la tension de polarizacion sea el valor mas cercano a una tension de polarizacion (por ejemplo 0 (cero) Voltios) a la que el modulador funciona en cuadratura. Esto permite al aparato mantener el funcionamiento de las unidades de modulador optico con una caractenstica de transferencia de modulacion mas consistente manteniendo mejor por ello una precision deseada en niveles de senal optica analogica modulada a lo largo de un amplio rango dinamico.

El aparato de transmision de senal optica puede comprender una primera unidad de colimador optico dispuesta para recibir y para colimar dicha pluralidad de senales opticas analogicas moduladas para introducirla al prisma de reversion, y una segunda unidad de colimador optico dispuesta para recibir y para colimar la pluralidad de senales opticas analogicas moduladas emitidas desde el prisma de reversion, en donde la primera y segunda unidades de colimador optico comparten ejes de colimacion sustancialmente paralelos. Preferiblemente, la primera unidad de colimador optico esta dispuesta para recibir senales opticas analogicas desde la segunda unidad de colimador optico - es decir, que funcionan redprocamente, o como una configuracion de transferencia optica de dos vfas.

El aparato de transmision de senal optica puede comprender al menos 20 moduladores opticos y 20 convertidores opto- electricos, o al menos 30. Asf, se pueden prever muchos canales de senal analogica optica para transferir opticamente a traves de la junta giratoria optica. La primera y segunda unidades de colimador optico pueden comprender cada una un numero correspondiente de fibras opticas que terminan en ella y estan en comunicacion optica con uno respectivo de los moduladores opticos y de los convertidores opto-electricos, respectivamente, del aparato. El eje optico de las fibras opticas en sus extremos terminales en cada una de la primera y segunda unidades de colimador optico es preferiblemente paralelo al eje optico del prisma de reversion entre ellos. De este modo, cualquier extremo terminal de fibra optica en una de la primera y segunda unidades de colimador es mantenido, por el prisma de reversion, en comunicacion optica con el mismo extremo terminal de fibra optica en la otra de la primera y segunda unidades de colimador, independientemente del estado de rotacion relativa de las dos unidades de colimador.

En un segundo aspecto, la invencion puede proporcionar un metodo para transmision de senal optica para una antena giratoria que comprende, recibir una pluralidad de senales de RF analogicas en una pluralidad respectiva de moduladores opticos y modular una pluralidad respectiva de senales opticas con ellas para producir una pluralidad de senales opticas analogicas moduladas, transmitir opticamente la pluralidad de senales opticas analogicas moduladas a una pluralidad de convertidores opto-electricos a traves de una junta giratoria optica que incluye un prisma de reversion, que convierte cada senal optica analogica modulada en una senal electrica analogica respectiva utilizando la pluralidad de convertidores opto-electricos, en donde el metodo incluye girar, en uso, la pluralidad de moduladores opticos con relacion a la pluralidad de convertidores opto-electricos a una velocidad angular de rotacion, y hacer girar simultaneamente el prisma de reversion con relacion a la pluralidad de moduladores opticos y la pluralidad de convertidores opto-electricos a sustancialmente la mitad de dicha velocidad angular de rotacion.

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Los moduladores opticos incluyen preferiblemente un laser para generar una senal portadora optica y una unidad de modulador optico (por ejemplo, un modulador Mach-Zehnder (MZ)), y el metodo incluye preferiblemente modular la senal portadora utilizando la unidad de modulador optico de acuerdo con la senal de RF analogica. La senal de RF analogica puede aplicarse a la unidad de modulador optico como una senal de modulacion.

La unidad de modulador optico incluye preferiblemente un componente que se puede polarizar, y el metodo incluye preferiblemente polarizar el componente capaz de ser polarizado por la aplicacion de una tension de polarizacion de tal manera que el modulador funciona en cuadratura.

El metodo puede incluir variar la tension de polarizacion aplicada al componente que se puede polarizar hasta que el valor de la tension de polarizacion sea el valor mas cercano a una tension de polarizacion (por ejemplo, 0 (cero) Voltios) a la que el modulador funciona en cuadratura.

El metodo puede comprender colimar la pluralidad de senales opticas analogicas moduladas de acuerdo con un primer eje de colimacion, introduciendo la pluralidad colimada de senales opticas analogicas moduladas al prisma de reversion, y recibiendo y colimando la pluralidad de senales opticas analogicas moduladas emitidas desde el prisma de reversion de acuerdo con un segundo eje de colimacion sustancialmente paralelo al primer eje de colimacion. El metodo puede incluir colimacion de este modo para la transferencia optica en cualquier direccion a traves del prisma de reversion.

El metodo puede incluir recibir, modular opticamente, transmitir opticamente y desmodular posteriormente al menos 20, o al menos 30, senales de RF analogicas de manera simultanea.

En otro aspecto, la invencion proporciona un programa informatico o una pluralidad de programas informaticos dispuestos de tal manera que cuando son ejecutados por un sistema informatico el/ellos hacen que el sistema informatico funcione para controlar un aparato de transmision de senal optica de acuerdo con el metodo de cualquiera de los aspectos anteriores.

Todavfa en otro aspecto, la invencion proporciona un medio de almacenamiento legible por ordenador que almacena un programa informatico o al menos uno de la pluralidad de programas informaticos de acuerdo con el aspecto anterior.

DESCRIPCION DETALLADA

En los dibujos, a artfculos similares se les asignan sfmbolos de referencia similares por motivos de coherencia.

La fig. 1 muestra un sistema 1 de radar que comprende una agrupacion 2 de antenas que tiene cuatro elementos 3 radiantes de antena separados (o sub-agrupaciones de multiples elementos radiantes) cada uno servido por una respectiva de las cuatro unidades 4 de transmisor/receptor de Rf separadas. Se ha de observar que, aunque solo se han mostrado aqrn cuatro canales de senal, esto es meramente con fines ilustrativos, y puede haber presentes muchos mas de tales canales en otra realizacion. Cada unidad de transmisor/receptor contiene un aparato receptor para recibir senales de RF, tales como senales de retorno de radar (eco), desde un elemento radiante de antena respectivo y para generar senales electricas de RF amplificadas tfpicamente a traves de un superheterodino o similar, tal como sena evidente facilmente para el experto. Tambien, cada unidad de transmisor/receptor contiene un aparato transmisor para generar senales de salida de radar de RF para radiacion mediante un elemento radiante de antena respectivo. Cada uno de los aparatos transmisores y receptores esta conectado a un elemento radiante comun a traves de un duplexador (no mostrado) que protege al aparato receptor de las senales generadas por el aparato transmisor, y dirige las senales de radar recibidas al aparato receptor. Estos componentes de aparatos pueden ser tales como senan evidentes para el experto.

Cada una de las cuatro unidades de transmisor/receptor tiene una lmea 5 de transmision de RF de salida analogica de receptor conectada a un puerto de senal de modulacion de entrada de RF de uno respectivo de cuatro moduladores opticos 6 Mach-Zehnder (MZ) que tambien tienen cada uno un puerto de entrada de senal portadora optica conectado para recibir una senal portadora optica procedente de una unidad 7 de laser dispuesta para generar cuatro senales portadoras opticas separadas para cada uno respectivo de los cuatro moduladores opticos (MZ). La unidad de laser puede comprender una o mas fuentes de luz laser (por ejemplo, laser de estado solido o de otro tipo) controladas para generar una salida optica de intensidad sustancialmente constante para utilizar como una senal portadora. Una de tales fuentes de luz laser puede estar dispuesta para generar una senal portadora optica para dos o mas moduladores MZ en comun, y puede estar acoplada opticamente a los mismos a traves de un divisor de potencia optica de tal manera que dos moduladores MZ son servidos compartiendo/dividiendo la luz portadora procedente de una fuente de laser.

Cada modulador optico MZ esta dispuesto para modular la senal portadora optica recibida por el con una senal de tension de RF analogica recibida por el modulador MZ en su puerto de senal de modulacion de entrada de RF, y para emitir la senal optica analogica modulada en una fibra optica 8 respectiva a uno respectivo de los cuatro puertos de entrada de colimador de una primera unidad 9 de colimador de una junta giratoria 10 optica, a traves de una fibra optica respectiva. Una polarizacion es aplicada a cada modulador MZ para controlar el modulador MZ de modo que funcione en o cerca de cuadratura, como se ha explicado de forma mas detallada a continuacion, con referencia a las figs. 3A, 3B y 4.

La junta giratoria optica comprende una unidad 11 de prisma que contiene un prisma de Dove (se puede utilizar otro tipo

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de prisma de reversion tal como un prisma de Abbe-Konig) que acopla opticamente las senales opticas moduladas de cada uno de los cuatro puertos de entrada de colimador a uno respectivo de los cuatro puertos de salida de colimador de una segunda unidad 12 de colimador de la junta giratoria optica. Cada unidad de colimador esta dispuesta para colimar una senal optica modulada recibida de este modo. El eje de colimacion de la primera unidad de colimador es paralelo al de la segunda unidad de colimador. Sin embargo, la primera unidad de colimador esta fijada a la cabeza de la antena giratoria del sistema de radar que esta dispuesto para girar alrededor de un eje de rotacion paralelo al eje de colimacion, a una velocidad angular de rotacion dada (w) y es, por lo tanto, giratoria, mientras que la segunda unidad de colimador esta fijada a la parte estacionaria del sistema de radar y no gira. La unidad de prisma, ubicada entre la primera unidad de colimador giratoria y la segunda unidad de colimador estacionaria, esta dispuesta para girar con la primera unidad de colimador alrededor del mismo eje de rotacion, pero a la mitad de la velocidad angular de rotacion (u>/2). Asf, la primera unidad de colimador esta dispuesta para girar con relacion tanto a la unidad de prisma como a la segunda unidad de colimador.

De este modo, las senales (analogicas) moduladas opticas son transmitidas desde una agrupacion de elementos de antena giratoria a un sistema de procesamiento de senal estacionario a traves de una junta giratoria optica. No se requiere la conversion de analogica a digital (A/D) de senales antes de la transmision a traves de la junta giratoria optica y se puede realizar despues de dicha transmision. De este modo, se ha proporcionado una junta giratoria optica compacta que obvia la necesidad de convertidores (A/D) en la cabeza giratoria del sistema de antena.

La segunda unidad de colimador posee cuatro puertos de salida de colimador separados que dirigen cada uno una senal optica (analogica) de RF modulada, colimada a traves de una respectiva de las cuatro fibras opticas 13, a uno respectivos de los cuatro convertidores 14 opto-electricos separados cada uno dispuesto para convertir una senal optica modulada, analogica recibida en una senal electrica de RF modulada, analogica correspondiente. Cada convertidor opto- electrico puede comprender un fotodiodo que es polarizado de forma inversa. La luz modulada que incide sobre el fotodiodo es convertida en una corriente proporcional a la intensidad de la luz incidente. La salida del fotodiodo esta conectada electricamente en serie a una resistencia (no mostrada) que genera una tension en proporcion a la corriente de fotodiodo. En realizaciones alternativas, la resistencia puede ser sustituida por un amplificador de trans-impedancia que puede proporcionar mayor sensibilidad para convertir senales opticas en valores de tension.

Las senales de RF moduladas analogicas, electricas generadas por los convertidores opto-electricos son introducidas cada una en un procesador 15 de senal de RF analogica del tipo utilizado tfpicamente en un aparato de radar para procesamiento, tal como amplificacion, filtrado o similar, y posteriormente emitidas a un convertidor 20 de senal analogica a digital (A/D) para su emision posterior a una unidad 21 de procesador de senal digital para analisis, procesamiento y utilizacion general, segun se desee por un usuario.

Tambien se proporciona una unidad 16 de control de transmisor que esta dispuesta para generar senales de control digital para controlar el funcionamiento del aparato transmisor dentro de las unidades de transmisor/receptor. La unidad de transmisor esta dispuesta para emitir senales 17 de control de transmisor electricas digitales a una unidad 18 de convertidor de senal dispuesta para convertir las senales electricas digitales en senales opticas digitales de una manera tal como estana facilmente disponible para el experto. Por ejemplo, el convertidor de senal electro-optica puede ser un diodo laser dispuesto para ser accionado por una senal de accionamiento que contiene el transmisor electrico digital/senales de control de calibracion de tal manera que una senal optica digital es generada transportando las senales electricas digitales en cuestion. Esta senal optica digital es introducida a la segunda unidad 12 de colimador optico (estacionaria) y es transmitida posteriormente a traves del prisma de Dove 11 a la primera unidad 9 de colimador optico despues de lo cual es emitida por la primera unidad de colimador a un convertidor 18 opto-electrico (que es de cualquier variedad adecuada, tal como sena facilmente disponible o evidente para el experto) dispuesto para convertir las senales opticas digitales en senales electricas digitales y emitir el resultado 19 a cada una de las cuatro unidades 4 de transmisor/receptor (por ejemplo, potencia de transmisor, temporizacion) de las unidades de transmisor a traves de las senales de control de transmisor, o para controlar el funcionamiento de las unidades de receptor.

La transferencia optica de las senales de control a traves de la junta giratoria optica puede ser como se ha descrito anteriormente en relacion con la transmision optica de las senales 8 de receptor moduladas, pero en la direccion inversa a traves de una quinta trayectoria de transmision optica (no mostrada). La primera y segunda unidades de colimador pueden comprender cada una trayectoria de transmision optica adicionales como las ilustradas, para canales opticos adicionales.

La fig. 2 muestra una vista esquematica en seccion transversal de la junta giratoria optica descrita anteriormente con referencia a la fig. 1.

La junta giratoria 10 optica comprende una unidad de prisma que incluye un prisma de Dove 22 montado dentro de una unidad 23 de montaje de prisma fijada dentro del orificio 25 de una parte 24 de alojamiento de prisma. El orificio de la parte de alojamiento de prisma es un orificio pasante que se extiende desde un extremo de la parte de alojamiento al otro axialmente a lo largo del eje central 26 del alojamiento de prisma. El prisma de Dove es un prisma de reversion trapezoidal que define un eje optico, longitudinal 26 a su traves y que tiene caras 27 de extremo opuestas que estan dispuestas en oposicion, pero angulos iguales (por ejemplo, de 45 grados) en relacion con el eje optico. Como resultado, las senales opticas 28 emitidas paralelas al eje optico son recibidas en una superficie (entrada/salida) de extremo angulado del prisma de Dove y son refractadas hacia la superficie 29 de base trapezoidal mas larga del prisma donde

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son reflejadas internamente en su totalidad a la segunda superficie (entrada/salida) de extremo angulado opuesto del prisma con lo cual son refractadas cuando salen del prisma a lo largo de una direccion paralela al eje optico. La superficie de base mas larga del prisma de Dove en plano y paralela al eje optico del prisma. Cada una de las dos superficies de extremo anguladas del prisma de Dove esta expuesta completamente por, y es accesible opticamente a traves de un extremo respectivo del agujero pasante del alojamiento de prisma.

Un extremo del alojamiento de prisma esta acoplado mecanicamente a una primera unidad 9 de colimador que contiene una agrupacion de cuatro extremos 30 terminales de fibra optica mantenidos en agrupacion paralela unos al lado de los otros dentro de los cuatro orificios 31 de alojamiento de fibra optica respectivos paralelos cada uno alojando un extremo de una respectiva de las cuatro fibras opticas conectadas a los cuatro moduladores opticos MZ. El eje de cada orificio de alojamiento de fibra optica es paralelo al eje optico del prisma de Dove, y cada orificio de alojamiento de fibra termina con una abertura que coloca un extremo terminal 32 de la fibra optica en ella a la vista de una superficie (entrada/salida) de extremo angulada del prisma de Dove, a traves de una lente 33 de colimacion convergente alojada dentro del orificio de alojamiento de fibra respectivo entre el extremo terminal de la fibra alojada y el extremo terminal del orificio de alojamiento de fibra. Cada lente de colimacion esta dispuesta para colimar una serial optica emitida desde la fibra optica dentro del orificio de alojamiento de fibra a un haz optico colimado paralelo al eje optico del prisma de Dove, y tambien para recibir una serial optica colimada desde el prisma de Dove y dirigirla hacia la fibra optica dentro del orificio de alojamiento de fibra, cuando se transmiten senales en la direccion opuesta. En cada una de la primera y segunda unidades de colimador, orificios de alojamiento de fibra optica adicionales alojan fibras opticas adicionales y lentes de colimacion, pero no se han mostrado en la vista en seccion transversal de la fig. 2. Por ejemplo, un quinto orificio de alojamiento de fibra optica aloja una quinta fibra optica y una quinta lente de colimacion, en cada una de la primera y segunda unidades de colimador, que estan en comunicacion optica a traves del prisma de Dove y sirven como un canal de transferencia optica para senales (17) de control de transmisor enviadas a las unidades (4) de transmisor. Ademas, se pueden proporcionar tales pares o fibras que se comunican opticamente mediante las unidades de colimacion en cualquier patron dentro de ambas unidades de colimador -compartido por todas.

El otro extremo del alojamiento de prisma esta acoplado mecanicamente a una segunda unidad 12 de colimador que contiene una agrupacion de cuatro extremos 34 terminales de fibra optica sustancialmente identicos a los de la primera unidad de colimador. Las cuatro fibras opticas estan acopladas a la segunda unidad de colimador con sus extremos terminales mantenidos en agrupacion paralela unos al lado de los otros dentro de los cuatro orificios 36 de alojamiento de fibra optica respectivos paralelos. El eje de cada orificio de alojamiento de fibra es paralelo al eje optico del prisma de Dove, y cada orificio de alojamiento de fibra termina con una abertura que coloca un extremo terminal del extremo de fibra optica en ella a la vista de la otra de las superficies (entrada/salida) de extremo angulado del prisma de Dove, a traves de una lente 37 de colimacion convergente alojada dentro del orificio de alojamiento de fibra respectivo entre el extremo terminal de la fibra alojada y el extremo terminal del orificio de alojamiento de fibra. Cada lente de colimacion esta dispuesta para recibir una senal optica colimada transmitida desde la primera unidad de colimador a traves del prisma de Dove y dirigirla hacia la fibra optica dentro de un orificio de alojamiento de fibra de la segunda unidad de colimador. Por el contrario, cada lente de colimacion puede colimar una senal optica emitida desde la fibra optica dentro del orificio de alojamiento de fibra de la segunda unidad de colimador, a un haz optico colimado paralelo al eje optico del prisma de Dove para su transmision a una fibra optica dentro de la primera unidad de colimacion, cuando se transmiten senales opticas en la direccion opuesta.

La primera unidad de colimador esta acoplada giratoriamente a la unidad de prisma para poder girar alrededor del eje optico 26 del prisma de Dove a una velocidad angular de rotacion (w) seleccionada que corresponde a la velocidad de rotacion de la agrupacion de antenas a la que la primera unidad de colimador esta acoplada de forma fija. La unidad de prisma esta acoplada a la primera unidad de colimador ara girar a la mitad de la velocidad angular de rotacion (w/2) de la primera unidad de colimador. Este acoplamiento es a traves de un elemento de reduccion u otro mecanismo de engranaje de cambio de velocidad (no mostrado) para transmitir la rotacion de la primera unidad de colimador a la unidad de prisma a una mitad de velocidad angular de la velocidad angular de la primera unidad de colimador. De este modo, la potencia mecanica con la que se hace girar la agrupacion de antenas giratorias del aparato de radar es transferida a la unidad de prisma a la velocidad reducida, apropiada a traves de la primera unidad de colimado para accionar la rotacion del prisma de Dove a la velocidad apropiada. La unidad de prisma esta acoplada giratoriamente a la segunda unidad de colimador no giratoria para poder girar alrededor del eje optico del prisma de Dove 26 a la velocidad angular de rotacion (w/2) seleccionada.

Cada fibra optica 30 dentro de la primera unidad de colimador esta acoplada opticamente, y emparejada, a la misma fibra optica 38 en la segunda unidad de colimador, a traves del prisma de Dove. Cuando el prisma de Dove es hecho girar alrededor de su eje optico, la posicion de una fibra optica dentro de la primera unidad de colimador gira con relacion a la posicion de la fibra optica (emparejada) correspondiente de la segunda unidad de colimador, al doble de la velocidad de rotacion relativa del prisma. Sin embargo, el acoplamiento optico entre las dos fibras opticas emparejadas, proporcionado por el prisma de Dove, permanece sin cambios en todos los angulos de rotacion del prisma. Esto se ha ilustrado con dos rayos opticos en la fig.2 en una posicion angular.

De este modo, las senales opticas pueden ser transmitidas a traves de la junta giratoria optica.

Las senales opticas transmitidas son senales opticas analogicas moduladas con una senal de RF generada por las unidades de receptor de antena ilustradas en la fig. 3A. Como se tratado anteriormente, un modulador Mach-Zehnder

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(MZ) proporciona el mecanismo por el que una senal portadora optica de entrada puede ser modulada con la senal de radar de RF. En esta realizacion, el modulador optico es un interferometro, creado formando una grna de onda optica en un sustrato adecuado tal como Niobato de Litio (LiNbO3) o Arseniuro de Galio (GaAs) o Fosfuro de Indio (InP).

Una grna de onda 40 optica del modulador MZ es dividida en dos ramificaciones, 40A y 40B, antes de ser combinada de nuevo en un acoplador optico 41. Una senal portadora optica en la forma de un haz de luz procedente de una fuente 7 de laser entra en un lado del modulador como esta indicado por una flecha en el lado izquierdo de la fig. 3A, y saca el modulador en el lado opuesto, es decir, en el lado derecho de la fig. 3A, habiendo pasado a traves de las dos ramificaciones 40A, 40B, de la grna de onda.

Una de las ramificaciones 40A de grna de onda incluye una asimetna 42 que funciona para introducir una diferencia de fase entre la luz que se desplaza hacia ramificaciones respectivas de la grna de onda. Se elige la diferencia de fase para que sea de 90 grados en la longitud de onda de funcionamiento, que esta tfpicamente en la region de 1300 o 1550 nanometros. Esto induce una polarizacion de cuadratura donde la potencia de salida optica es nominalmente el 50% de su valor maximo.

El Niobato de Litio (en comun con otros materiales similares tal como GaAs o InP) es un material similar al vidrio con una estructura de cristal que exhibe un efecto electro-optico por el que el mdice de refraccion de la estructura de cristal cambia cuando se aplica una tension al mismo. En particular, la direccion del campo electrico inducida por la tension aplicada provoca un aumento o disminucion en el mdice de refraccion. Un mdice de refraccion aumentado actua para ralentizar el desplazamiento de la luz a traves del cristal, y un mdice de refraccion disminuido actua para aumentar la velocidad de desplazamiento de la luz a traves del cristal.

Como se ha mostrado en la fig. 3A, se ha proporcionado un electrodo de modulacion 43 entre las ramificaciones de la grna de onda. Cuando el electrodo de modulacion es activado por una senal aplicada (por ejemplo, una senal de radiofrecuencia), se establecen campos electricos positivos y negativos entre el electrodo de modulacion y, respectivamente, un primer 44 y segundo 45 planos de tierra. El electrodo de modulacion es disenado como una lmea de transmision de modo que la senal de modulacion se desplaza con la senal portadora optica a traves del modulador MZ, permitiendo conseguir de este modo altas frecuencias de modulacion.

Los campos electricos positivos y negativos provocan que el mdice de refraccion de las dos ramificaciones de la grna de onda cambie. Un campo positivo provoca un aumento en el mdice de refraccion para una ramificacion, y un campo negativo provoca una disminucion en el mdice de refraccion para la otra ramificacion, y las diferentes velocidades de propagacion resultantes de la senal portadora optica a traves de las cuales cada ramificacion provoca un cambio de fase en las senales emitidas al combinador optico 46. Este cambio de fase provoca que el nivel de potencia de emision de luz procedente del combinador optico cambie. En efecto, cuando los campos electricos experimentados por cada ramificacion vanan con la senal de RF aplicada al electrodo de modulacion, asf la diferencia de fase entre la luz que pasa a traves de las dos ramificaciones cambia y el nivel de potencia de emision de la senal optica emitida desde el combinador vana en consecuencia. El efecto neto de esto es que la senal portadora optica de entrada es modulada con la senal de RF aplicada al electrodo de modulacion.

La fig. 3B es una ilustracion esquematica (no a escala) que muestra la funcion de transferencia del modulador MZ. Esta caractenstica de transferencia del modulador MZ es aproximadamente sinusoidal. La modulacion mas lineal tiende a ser conseguida en y alrededor del punto de cuadratura (tambien conocido simplemente como “cuadratura”). El punto de cuadratura es el punto donde hay una relacion de fase de 90 grados entre la luz que se desplaza a traves de las ramificaciones respectivas de la grna de onda del modulador MZ. La funcion de transferencia es una funcion de repeticion, y como tal hay muchos puntos de cuadratura a diferentes tensiones de polarizacion, pero todos con la misma potencia de salida. Indicado en la fig. 3B por el signo de referencia “Cuad” hay un primer punto de cuadratura. En este primer punto de cuadratura “Cuad” la potencia de salida esta aumentando con la tension de polarizacion, y por lo tanto este punto de cuadratura “Cuad” es referido como un punto de polarizacion de cuadratura de pendiente positiva. Otros puntos de cuadratura (por ejemplo, mostrados como “x” e “y” en la fig. 3B) tienen lugar en ambos lados de “Cuad” donde la potencia de salida esta disminuyendo con la tension de polarizacion. Estos puntos de cuadratura son referidos cada uno como puntos de polarizacion de cuadratura de pendiente negativa.

En la practica, rara vez de consigue el desplazamiento de fase de 90 grados preferido. Para compensar esto, el modulador MZ de acuerdo con realizaciones preferidas de la invencion incluye un componente 47 que se puede polarizar, como se ha mostrado en la fig. 3A. Una tension de polarizacion de Cc es aplicada al componente que se puede polarizar para devolver el modulador MZ a o cerca de uno de los puntos de cuadratura anteriormente mencionados. En la disposicion representada en la fig. 3A, el componente que se puede polarizar comprende un electrodo de polarizacion discreto (esto es meramente ilustrativo ya que los expertos en la tecnica conocen una serie de disposiciones alternativas). Por ejemplo, una tension de polarizacion puede ser aplicada directamente al electrodo de modulacion por medio de una denominada polarizacion en forma de T. En tal disposicion, la polarizacion de CC puede estar acoplada al electrodo a traves de un inductor, y la senal aplicada (senal de RF) se acoplana al electrodo a traves del condensador.

El punto de polarizacion, es decir la tension que se necesita aplicar al componente que se puede polarizar para devolver el modulador MZ a o cerca del punto de cuadratura, se ha encontrado que tiene una tendencia a desplazarse a lo largo

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del tiempo. Por ejemplo, las denominadas cargas atrapadas (por ejemplo, que existen en las regiones entre electrodos, por ejemplo, en una capa amortiguadora de dioxido de silicio en la superficie del dispositivo) y variaciones de temperatura pueden causar cada una que el punto de polarizacion se desplace a una velocidad de cualquiera desde unos pocos milivoltios por hora a varios voltios por hora. Como tal es preferible proporcionar un control de polarizacion dinamica para permitir mantener la linealidad del modulador durante un penodo de tiempo prolongado.

En el campo analogico, se ha encontrado que es importante permitir una transmision optica analogica precisa de senales de RF.

Una unidad 48 de control de polarizacion esta dispuesta con los elementos de antena giratoria para aplicar un metodo para controlar una tension de polarizacion suministrada a cada modulador optico, de forma separada. Cada modulador MZ comprende un componente 47 que se puede polarizar que se puede configurar para ser cargado elasticamente mediante la aplicacion de la tension 49 de polarizacion de tal manera que el modulador funcione en cuadratura. El controlador de polarizacion esta dispuesto para proporcionar un objetivo para la potencia optica de salida del modulador MZ que es una potencia de salida que corresponde al modulador que funciona en cuadratura. La unidad de control de polarizacion aplica al componente que se puede polarizar una tension de polarizacion que tiene un valor inicial de 0V, y a partir de ahn, vana la tension de polarizacion hasta que el valor de la tension de polarizacion es el valor que esta mas cerca del valor inicial y que polariza el componente que se puede polarizar de modo que la potencia optica de salida del modulador este dentro de un intervalo predefinido de la potencia de salida objetivo.

La unidad de control de polarizacion vigila la potencia optica de salida del modulador MZ y, si se determina que la potencia de salida del modulador esta fuera del intervalo predefinido de la potencia de salida objetivo, vana adicionalmente el valor de la tension de polarizacion para que la potencia optica de salida vuelva a estar dentro del intervalo predefinido de la potencia de salida objetivo.

Esta operacion de variar adicionalmente el valor de la tension de polarizacion puede incluir comparar la potencia optica de salida del modulador con la potencia optica de salida objetivo para determinar si la potencia optica de salida del modulador MZ es o bien mayor o bien menor que el intervalo predefinido de la potencia de salida objetivo. La unidad de control de polarizacion puede determinar una direccion de una pendiente de la potencia optica de salida del modulador con relacion a (como una funcion de) la tension de polarizacion aplicada, y dependiendo de la direccion de pendiente determinada y si la potencia de salida del modulador es o bien mayor o bien menor que el intervalo predefinido de la potencia de salida objetivo, o bien aumenta o bien disminuye la tension de polarizacion mediante una cantidad predeterminada (por ejemplo, en operaciones de entre 75 mV y 150 mV, por ejemplo 125 mV).

El tamano de la cantidad predeterminada por el que la tension de polarizacion es o bien aumentado o bien disminuido puede ser seleccionado o depender de cuanto tiempo ha estado funcionando el modulador en cuadratura.

La operacion de variar la tension de polarizacion puede comprender comparar la potencia de salida del modulador con la potencia de salida objetivo para detectar cuando la potencia de salida del modulador esta dentro del intervalo predefinido de la potencia de salida objetivo (por ejemplo, dentro del 5%, o preferiblemente del 2%, o mas preferiblemente del 1%) o si la potencia de salida del modulador es sustancialmente igual a la potencia de salida objetivo.

La operacion de variar la tension de polarizacion puede incluir comenzar en el valor inicial, y luego extender la tension de polarizacion en un patron de zigzag (temporal) con una amplitud que aumenta gradualmente. Es decir, por ejemplo, aplicando tensiones de polarizacion sucesivas de signo opuesto y opcionalmente de magnitud creciente. Este puede ser un patron asimetrico por el que los valores de polarizacion positiva de tension de polarizacion dentro del patron tienen magnitudes que no son repetidas en la magnitud de valores negativos. La variacion de la tension de polarizacion es realizada preferiblemente de tal manera que la tension de polarizacion es confinada para estar dentro del intervalo de tension de polarizacion predefinido.

La fig. 4 es una ilustracion esquematica (no a escala) de un ejemplo de un controlador de polarizacion como se ha implementado en cada lmea de transmision 8 de senal de RF de las cuatro unidades de receptor de la antena de la fig. 1.

El controlador 48 de polarizacion esta acoplado al modulador MZ 6 que es accionado por un laser 7 de onda continua operable para proporcionar una senal portadora optica con la que se ha de modular una senal de RF procedente de la unidad de transmisor/receptor. En este ejemplo, el modulador incluye un electrodo 47 de polarizacion separado como se ha mostrado en la fig. 3A, sin embargo, son posibles otras disposiciones.

El controlador de polarizacion comprende un fotodiodo (no mostrado) que esta acoplado a la salida del modulador por medio de un acoplador 50 de punto de acceso de trafico optico. El acoplador de punto de acceso de trafico optico es operable para vigilar la emision de senal optica del modulador MZ y dejar pasar aproximadamente del 1 al 5% de esa emision al fotodiodo. El fotodiodo es polarizado a la inversa. La luz que incide sobre el fotodiodo es convertida en corriente, proporcional a la luz incidente, que es hecha pasar a traves de una resistencia (no mostrada). La resistencia convierte la corriente pasada a la resistencia en una tension. La tension cafda a traves de la resistencia es comparada con una tension objetivo, que es una tension que es indicativa de una potencia optica objetivo para el modulador para cuadratura. Esto es realizado para determinar si la tension de referencia (es decir, la tension suministrada por la resistencia) es demasiado alta, demasiado baja, o aceptable con relacion a la tension objetivo. La terminologfa “aceptable” puede, por ejemplo, se utilizada para referirse a tensiones de referencia dentro del 1% de la tension objetivo.

La terminologfa “demasiado alta” puede, por ejemplo, ser utilizada para referirse a tensiones de referencia que son mayores o iguales a la tension objetivo mas el 1%. La terminologfa “demasiado baja” puede, por ejemplo, ser utilizada para referirse a tensiones de referencia que son menores o iguales a la tension objetivo menos el 1%. La unidad de control de polarizacion vana, como se ha descrito anteriormente, (o mantiene) la tension de polarizacion aplicada al 5 modulador MZ en consecuencia.

El sistema de antena puede comprender muchos mas lmeas/canales de transmision de senal de RF que los cuatro mostrados en las figs. 1 y 2, y puede comprender al menos de 20 a 30 moduladores opticos y de 20 a 30 convertidores opto-electricos, con la junta giratoria optica que comprende primera y segunda unidades de colimador que tienen unos 20 a 30 orificios de colimacion correspondientes acoplados opticamente a traves del prisma de Dove.

10 Las realizaciones descritas anteriormente son presentadas con fines ilustrativos y se ha de comprender que sus variaciones, modificaciones y equivalentes como sena evidente para los expertos estan comprendidas dentro del marco de la invencion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un aparato de transmision de senal optica para una antena giratoria que comprende:

una pluralidad de moduladores opticos (6) dispuestos para recibir una pluralidad respectiva de senales de RF analogicas y para modular una pluralidad respectiva de senales opticas con ellas para producir una pluralidad de senales opticas analogicas moduladas;

una pluralidad de convertidores (14) opto-electricos para convertir dicha senal optica analogica modulada respectiva en una senal electrica analogica;

en donde la pluralidad de moduladores opticos (6) estan acoplados giratoriamente en comunicacion optica con la pluralidad de convertidores (14) opto-electricos a traves de una junta giratoria (10) optica;

caracterizado por que:

la junta giratoria (10) optica incluye un prisma de reversion (22) que esta acoplado giratoriamente a la pluralidad de moduladores opticos (6) y a la pluralidad de convertidores (14) opto-electricos para que pueda girar con relacion a ambas a una velocidad angular de rotacion que es sustancialmente la mitad de la velocidad angular de rotacion a la que la pluralidad de moduladores opticos pueden girar simultaneamente con relacion a la pluralidad de convertidores opto-electricos.
2. Un aparato de transmision de senal optica segun cualquier reivindicacion precedente en el que un llamado modulador optico (6) incluye un laser (7) para generar una senal portadora optica y un modulador Mach-Zehnder (MZ) dispuesto para modular la senal portadora de acuerdo con la senal de RF analogica.
3. Un aparato de transmision de senal optica segun la reivindicacion 2 en el que el modulador MZ incluye un componente (47) que se puede polarizar siendo configurable para ser polarizado por la aplicacion de una tension (49) de polarizacion de tal manera que el modulador funciona en cuadratura.
4. Un aparato de transmision de senal optica segun la reivindicacion 3 que incluye un medio (48) de control de polarizacion dispuesto para variar la tension (49) de polarizacion aplicada al componente (47) que se puede polarizar hasta que el valor de la tension de polarizacion sea el valor mas cercano a la tension de polarizacion a la que el modulador funciona en cuadratura.
5. Un aparato de transmision de senal optica segun cualquier reivindicacion precedente que comprende una primera unidad (9) de colimador optico dispuesta para recibir y para colimar dicha pluralidad de senales opticas analogicas moduladas para su entrada al prisma de reversion, y una segunda unidad (12) de colimador optico dispuesta para recibir y para colimar dicha pluralidad de senales opticas analogicas moduladas emitidas desde el prisma de reversion, en donde la primera y segunda unidades de colimador comparten ejes de colimacion sustancialmente paralelos.
6. Un aparato de transmision de senal optica segun cualquier reivindicacion precedente que comprende al menos 20 de dichos moduladores opticos y 20 de dichos convertidores opto-electricos.
7. Un metodo de transmision de senal optica para una antena giratoria que comprende:

recibir una pluralidad de senales de RF analogicas en una pluralidad respectiva de moduladores opticos (6) y modular una pluralidad respectiva de senales opticas con ellas para producir una pluralidad de senales opticas analogicas moduladas;

transmitir opticamente la pluralidad de senales opticas analogicas moduladas a una pluralidad de convertidores (14) opto-electricos a traves de una junta giratoria optica;

desmodular cada una de dichas senales opticas analogicas moduladas en una senal electrica analogica respectiva utilizando dicha pluralidad de convertidores opto-electricos;

caracterizado por que:

la junta giratoria optica incluye un prisma de reversion (22) y el metodo comprende incluir hacer girar la pluralidad de moduladores opticos (6) con relacion a la pluralidad de convertidores (14) opto-electricos a una velocidad angular de rotacion, y en hacer girar simultaneamente el prisma de reversion con relacion a la pluralidad de moduladores opticos y la pluralidad de convertidores opto-electricos sustancialmente a la mitad de dicha velocidad angular de rotacion.
8. Un metodo segun la reivindicacion 7 en el que dicho modulador optico incluye un laser (7) para generar una senal portadora optica y un modulador Mach-Zehnder (MZ), y el metodo incluye modular la senal portadora de acuerdo con la senal de RF analogica.
9. Un metodo segun la reivindicacion 8 en el que el modulador MZ incluye un componente (47) que se puede polarizar, y

el metodo incluye la polarizacion del componente (47) que se puede polarizar por la aplicacion de una tension (49) de polarizacion de tal manera que el modulador funcione en cuadratura.
10. Un metodo segun la reivindicacion 9 que incluye variar la tension (49) de polarizacion aplicada al componente (47) que se puede polarizar hasta que el valor de la tension de polarizacion sea el valor mas cercano a la tension de

5 polarizacion a la que el modulador funciona en cuadratura.
11. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10 que comprende colimar dicha pluralidad de senales opticas analogicas moduladas de acuerdo con un primer eje de colimacion, introducir la pluralidad colimada de senales opticas analogicas moduladas al prisma de reversion (22), y recibir y colimar dicha pluralidad de senales opticas analogicas moduladas emitidas desde el prisma de reversion de acuerdo con un segundo eje de colimacion

10 sustancialmente paralelo al primer eje de colimacion.
12. Un metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11 que incluye recibir, modular opticamente, transmitir opticamente y desmodular posteriormente al menos 20 de dichas senales de RF analogicas de manera simultanea.
13. Un programa informatico o una pluralidad de programas informaticos dispuestos de tal manera que cuando son ejecutados por un sistema informatico el/ellos hacen que el sistema informatico funcione para controlar un aparato de

15 transmision de senal optica de acuerdo con el metodo de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, o un medio de almacenamiento legible por ordenador que almacena dicho programa informatico o al menos uno de dicha pluralidad de programas informaticos.