NO335936B1 - Optisk og frekvensskannet retningsantenne - Google Patents

Abstract

Et system for skanning av en antennerekke (26) tilpasset for bruk med aktive radarrekker eller retningsantenner. En første mekanisme (14,18,20,24) genererer et optisk signal som oscillerer ved en forutbestemt frekvens. En andre mekanisme (32,34) bruker det optiske signalet for å avlede matesignaler, som har forutbestemte faseforhold. En tredje mekanisme (22) mottar matesignalene og utstråler korresponderende sendesignaler som respons på dette til antennerekken (26) for å styre antennerekken (26) i samsvar med de forutbestemte faseforholdene. I en spesifikk utførelse er sendesignalene mikrobølgefrekvenssignaler. Den første mekanismen (14,18,20,24) innbefatter en første optisk oscillator (1 8) og en andre optisk oscillator (20) som mater en respektiv første optisk manifold (32) og en andre optisk manifold (34), av den andre mekanismen (32,34). Den første optiske manifolden (32) innbefatter en optisk mating som tilveiebringer differensialforsinkelser i et signal utsendt fra den første optiske oscillatoren (1 8) via optiske matinger med forskjellige lengder for å tilveiebringe en progressiv fase som korresponderer med de forutbestemte faseforholdene.

Description

Denne oppfinnelse relaterer seg til antenner. Spesielt relaterer den foreliggende oppfinnelsen seg til transceivere for aktive retningsantenner.

US 5,933,113 A viser et simultan multistråle og frekvens aktiv fotonisk array radar anordning. En oscillator som kontinuerlig konverterer lysenergi til stabil og spektralt rent mikrobølgesignal er for eksempel kjent fra "Optoelectronic Microwave Osdllator", YAO X S, MALEKIL, J. opt. soc. am., B, Opt. Phys, USA, vol. 13,

no. 8, august 1996, side 1725-1735. EP 0311928 A2 og US 5,266,961 A viser ytterligere antenne løsninger.

Aktive retningsradarsystemer blir brukt i forskjellige krevende applikasjoner innbefattende missilmålfølging, lufttrafikkontroll, flyledelse og

bakkekartleggingssystemer. Slike applikasjoner krever pålitelige, effektive og kostnadseffektive radarsystemer som nøyaktig detekterer og sporer mål.

For å forhøye måldekterings- og sporingsnøyaktighet anvender radarsystemer ofte høyfrekvensmikrobølger eller millimeterbølger. Millimeterbølger eller høyfrekvensmikrobølger kan imidlertid forårsake overdrevne signaltap, spesielt i antenneelementbølgeledermatinger. Disse tap kan redusere den totale måldetekterings-og sporingskapasiteten for det medfølgende radarsystemet.

Små millimeterbølger krever relativt komplekse aktive rekker med små komponenter og nær komponentavstand. Bølgeleder som anvendes for å mate antennerekkeelementene er omfangsrike i forhold til de små aktive retningsantenneelementene. Dette legger uønskede designbegrensninger på det aktive retningsradarsystemet.

Konvensjonelt blir aktive rekker styrt av strålepeketeknikker som involverer selektiv faseforskyvning av signaler matet til rekken. Disse teknikker krever ofte en faseskifter ved hvert aktivt rekkeelement. Uheldigvis er faseskifterne ofte tapsbefengte og omfangsrike i forhold til de små millimeterbølgeantenneelementene. Omfangsrike faseskiftere ved hvert element legger uønskede designbegrensninger på antennerekkene.

Alternativt blir serpentinradiofrekvensbølgeledermatinger brukt istedenfor faseskifterne. Ønskede faseskift eller forsyninger blir oppnådd ved å anordne avløp ved strategiske posisjoner i serpentinmatingen. Stråling fra de forskjellige avløpene har forskjellig fase i avhengighet av avløpsavstand og innmatingsfrekvens. Uheldigvis er disse serpentinmatingene også uønsket komplekse, omfangsrike og tapsbefengte. Videre, kan konvensjonelle radarsystemer som anvender serpentinmatinger og/eller faseskiftere kreve separate sett av sende/mottaksmoduler for å skanne eller styre radarantennen i både asimutt og elevasjon. De ekstra sende/mottaksmodulene er omfangsrike, kostbare og medfører ytterligere radardesignbegrensninger.

Således er det et behov på området for en effektiv aktiv rekkeradardesign som unngår behovet for omfangsrike og tapsfulle antennematinger og faseskiftere. Det er et ytterligere behov for en aktiv rekkeantenne eller retningsantenne som kan bli skannet i asimutt og elevasjon med det samme settet av sende/mottaksmoduler og uten at det kreves konvensjonelle faseskiftere.

Behovet på området blir adressert av systemet for å skanne en

antennerekke/retningsantenne i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. I den illustrative utførelsen er systemet for bruk i aktive radarrekkesystemer. Systemet innbefatter en første mekanisme for å generere et optisk signal som oscillerer ved en forutbestemt frekvens. En andre mekanisme anvender det optiske signalet til å avlede antennestrålestyringsmatesignaler som har forutbestemte faseforhold. En tredje mekanisme mottar matesignalene og utstråler korresponderende sendesignaler som respons på disse til antennerekken.

I en mer spesifikk utførelse er sendesignalene mikrobølgefrekvenssignaler, og den første mekanismen innbefatter en frekvensavstembar optisk oscillator. Det optiske signalet er et radiofrekvenssignal modulert på en optisk bærebølge. Den optiske oscillatoren innbefatter et optisk tilbakekoblingssignal som passerer gjennom en forsinkelseslinje og til en detektor. Detektoren omformer det optiske tilbakekoblingssignalet til et radiofrekvenstilbakekoblingssignal som blir matet tilbake til en optisk modulator i den optiske oscillatoren. Den optiske modulatoren tilveiebringer et utgangssignal fra den optiske oscillatoren.

Den første mekanismen innbefatter en første optisk oscillator og en andre optisk oscillator som mater henholdsvis en første optisk manifold og en andre optisk manifold til den andre mekanismen. Når systemet er faseskannende eller asimuttskannende, sporer den første optiske oscillatoren og den andre optiske oscillatoren hverandre med hensyn på frekvens med en forutbestemt frekvensforsyning som respons på styresignaler mottatt fra en styreinnretning.

Et forhold mellom en første frekvens generert av den første optiske oscillatoren og en andre frekvens generert av den andre optiske oscillatoren er slik at blanding av den første frekvensen og den andre frekvensen produserer en konstant utgangsfrekvens ved skanning av antennerekken i en gitt dimensjon, slik som asimutt. Følgelig forblir den utstrålte antennefrekvensen konstant, uavhengig av endringer i den første frekvensen, som er en skannefrekvens til antennen.

Den første optiske manifolden innbefatter en optisk mating som tilveiebringer differensialforsinkelser til et signal utmatet fra den første optiske oscillatoren via optiske matinger med forskjellige lengder. De resulterende forskjellige optiske forsinkelsene forårsaker en progressiv fase med en utgang av den tredje mekanismen som er nødvendig for antennefaseskanning. Det er å merke seg at det er endringen i frekvens til den optiske oscillatoren som genererer den progressive fasen i de forskjellige optiske forsinkelsene.

Den andre optiske manifolden innbefatter en korporat mating som har optiske matinger med like lengder slik at endringer i frekvens til de optiske signalene som passerer gjennom den andre optiske manifolden ikke påvirker asimutt eller elevasjonsskanning effektuert via signaler som passerer gjennom den første optiske manifolden. Den andre optiske manifolden innbefatter en optisk radiofrekvensfaseskifter for selektivt å tilføye fasekoding til radiofrekvensmodulasjon på et optisk signal som passerer gjennom den andre optiske manifolden for å forenkle pulskompresjon eller annen signalkoding.

Den tredje mekanismen innbefatter en sende/mottaksmodul. Sende/mottagsmodulen innbefatter en fotodiodedetektormikser som sender ut sum og differanseradiofrekvenser. Sende/mottaksmodulen innbefatter et høypassfilter for å velge sumradiofrekvensene som utgangssignal.

Sende/mottagsmodulen er konfigurert slik at sumfrekvensene tilveiebringer faser for å styre antennerekken og tilveiebringe faser som blir påtrykt på mottagssignaler for å forenkle koherent addering av mottakssignalene. Frekvenser utsendt fra den andre optiske manifolden kan bli endret uten å påvirke skanning tilordnet med den første optiske manifolden.

I den illustrative utførelsen er skannesystemet del av et totalt radiosystem som videre innbefatter en summanifold for koherent å summere mottakssignalene for å tilveiebringe et sum radarmottakssignal som respons på dette. Radarsystemet innbefatter videre en analog til digital omformer for å omforme sumradarmottakssignalet til et digitalt signal for bruk av radarsystemet.

I en foretrukket utførelse er antennerekken en kontinuerlig aktiv tverrstubbeantennerekke. En styreinnretning utsteder styresignaler for selektivt å endre en frekvens utsendt fra den optiske oscillatoren for å styre en progressiv fase i en aktiv rekkemating for å strålestyre rekken.

Systemet innbefatter en sende/mottagsmodul som kan inkorporere metamorfiske høyenergimobilitetstransistorer (MHEMT). Sende/mottagsmodulen kan innbefatte en eller flere mikroelektromekaniske brytere for å veksle sendesignalet mellom sende og motta.

Den foreliggende oppfinnelsen genererer avstembar mikrobølgefrekvenser med optiske komponenter. De unike matinger som er implementert via den første og andre optiske manifolden til den andre mekanismen muliggjør et radarsystem konstruert i samsvar med læren til den foreliggende oppfinnelsen til effektivt å styre en kontinuerlig aktiv tverrekkeantenne i både asimutt og elevasjon med et sett av sende/mottaksmoduler. Den første optiske manifolden forenkler skanning i asimutt ved å anvende optiske fibre med forskjellige lengder for å implementere forskjellige forsinkelser og passende progressive faseforhold mellom fiberutgangene for å unngå behovet for konvensjonelle omfangsrike faseskiftere. Den andre optiske manifolden forenkler skanning i elevasjon ved å endre frekvensen fra de andre optiske manifoldfibrene, som har like lengder. Ved selektivt å justere frekvenssender innmatet til den første og andre optiske manifolden fra den første og andre optiske oscillatoren, kan antennen bli skannet, dvs. strålerettet eller styrt i en gitt dimensjon, slik som asimutt, samtidig som det opprettholdes en ønsket antenneutgangsfrekvens. Bruken av relativt små optiske komponenter i stedet for store mikrobølge bølgeledere og den unike designen til de optiske matingene til den foreliggende oppfinnelsen som muliggjør å utelate omfangsrike faseskiftere og ytterligere sende/mottagsmoduler, resulterer i et effektivt, pålitelig, kompakt og allsidig aktivt rekkeradarsystem.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i patentkravene angitte trekkene.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningene, der:

Fig. 1 er et diagram over et fotonisk frekvensskannet aktivt rekkeradarsystem konstruert i samsvar med læren til den foreliggende oppfinnelsen, Fig. 2 er et mer detaljert diagram som illustrerer optiske oscillatorer og optiske sendemanifolder til det aktive rekkeradarsystemet på fig. 1, Fig. 3 er et diagram over en alternativ utførelse av den optiske

differensialsendemanifolden på fig. 2.

Fig. 4 er et mer detaljert diagram av sende/mottagsmodulen til det aktive rekkeradarsystemet på fig. 1.

Mens den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet her med henvisning til illustrative utførelser for bestemte applikasjoner, må det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette. Vanlige fagkyndige på området og med tilgang til læren som er tilveiebragt her vil erkjenne ytterligere modifikasjoner, applikasjoner og utførelser innenfor rammen av oppfinnelsen og ytterligere områder hvori den foreliggende oppfinnelsen vil være av signifikant nytte.

Fig. 1 er et diagram over et fotonisk frekvensskannet aktivt rekkeradsystem 10 konstruert i samsvar med læren til den foreliggende oppfinnelsen. For klarhetens skyld har forskjellige velkjente komponenter, slik som kraftforsyninger, kjølesystemer osv., blitt utelatt fra figurene. Fagkyndige på området med tilgang til den foreliggende læren vil imidlertid vite hvilke komponenter som må implementeres og hvordan disse skal implementeres for å tilfredsstille behovene til en gitt applikasjon.

Radarsystemet 10 innbefatter et plattformgrensesnitt 12 som kommuniserer med en styreinnretning/prosessor 14, som kommuniserer med et display 16. Styreinnretningen/signalprosessoren 14 kommuniserer med en første optisk oscillator 18 og en andre optisk oscillator 20. Styreinnretningen/signalprosessoren 14 tilveiebringer også styreinngang til n sende/mottags (T/R) moduler 22 og en laser 24. De n T/R modulene 22 sender og mottar signaler til og fra en aktiv antennerekke 26 via n korresponderende antenneporter 28.

I den foreliggende spesifikke utførelsen er den aktive antennerekken 26 en kontinuerlig tverrgående stubbe (CTS) antennerekke, som er kjent på området og kan kjøpes fra Raytheon Company. CTS antenner er beskrevet mer fullstendig i det parallelle US-patent nr. 5,266,961, med tittel CONTINUOUS TRANSVERSE STUB ELEMENT DEVICES AND METHODS OF MAKING SAME, som er innlemmet her som referanse.

Laseren 24 tilveiebringer en laserstråle til en splitter 30 for bruk som en optisk bærebølge. Splitteren 30 sender ut en laserstråle til den første optiske oscillatoren 18 og den andre optiske oscillatoren 20, som tilveiebringer inngangssignaler til henholdsvis en differensialmanifold 32 og en korporatmanifold 34, til en sendemanifold 36. Differensialmanifolden 32 tilveiebringer n forskjellige inngangssignaler til de n korresponderende T/R modulene 22. Tilsvarende tilveiebringer korporatmanifolden 34 n like inngangssignaler til de n korresponderende T/R modulene 22.

En mottaksmanifold 38 mottar n forskjellige inngangssignaler fra de n korresponderende T/R modulene og tilveiebringer n korresponderende inngangssignaler til mottakssignalsummeren 44. Mottakssignalsummeren 44 tilveiebringer inngangssignal til en analog til digital (A/D) omformer 46, som tilveiebringer inngangssignal til styreinnretningen/signalprosessoren 14.

I drift tilveiebringer laseren 24 en optisk bærebølge til den første og andre oscillatoren 18,20 via den optiske splitteren 30. Den første og andre optiske oscillatoren 18,20 modulerer et radiofrekvens (RF) eller millimeterbølgesignal på en optisk bærebølge basert på styreinformasjon mottatt fra styreinnretningen/signalprosessor 14. Styreinnretningen/signalprosessoren 14 kan være implementert som en datamaskin som kjører forskjellige programvarer og kan være konstruert av en fagkyndig på området med tilgang til den foreliggende læren eller som ellers allerede er kjent på området.

Den første og andre oscillatoren 18,20 tilveiebringer modulerte optiske signaler til henholdsvis differensialmanifolden 32 og korporatmanifolden 34 til den optiske sendemanifolden 36. Når radarsystemet 10 styrer antennerekken 26 i asimutt, dvs. implementerer en asimuttskanning av antennerekken 26, borer utgangssignalene til den første og andre optiske oscillatoren 18,20 hverandre i frekvens. Frekvensen til det modulerte optiske signalet utmatet fra den andre optiske oscillatoren 20 er forskjøvet en forutbestemt mengde fra frekvensen utsendt fra den første optiske oscillatoren 18. Frekvensene til de modulerte optiske signalene utsendt fra den første og andre optiske oscillatoren 18,20 blir justert slik at en ønsket totalfrekvens kan bli utstrålt fra antennerekken 26 selv mens frekvensen utsendt fra den første optiske oscillatoren 18 blir justert for asimuttskanning. Skanning av antennerekken 26 ved justering av modulasjonsfrekvensen til det første optiske signalet utsendt fra den første optiske oscillatoren 18 for å bevirke faseendringer i utgangssignalene til differensialmanifolden 32 blir også kalt faseskanning.

Differensialmanifolden 32, som mottar det modulerte optiske inngangssignalet fra den første optiske oscillatoren 18, mater det modulerte optiske inngangssignalet inn i flere optiske bølgeledere, slik som fiberoptikk, som har forskjellige lengder. Lengdene er valgt slik at det eksisterer et progressivt faseforhold mellom sigaler utsendt fra de forskjellige optiske bølgelederne, som blir kalt differensialmatinger med formålene til den foreliggende oppfinnelsen. Ettersom frekvensen til det modulerte optiske inngangssignalet blir endret til strålepeking, dvs. skanne utgangen til den aktive rekken 26 som respons på styresignaler mottatt fra styreinnretningen/signalprosessoren 14, blir det progressive faseforholdet opprettholdt. Slik det er kjent på området, er et slikt progressivt faseforhold påkrevd for skanning av en antennerekke. Ved styring av en rekke styrer de relative fasene til signalene utstrålt eller mottatt av antenneelementet den effektive strålepekingsretningen. Ligningen for å beregne faseforskyvningen uttrykt ved pekevinkelen, elementseparering og bærebølgefrekvens (bølgelengde) er:

hvor Å, er bølgelengden til eksitasjonssignalet og er lik c/f; Øn er faseforskyvningen for element n, n er et heltall som varierer fra 1 til m; m er antallet stråleelementer; c er hastigheten til radiofrekvenssignalet i luft; og f er frekvensen til eksitasjonssignalet. Hver faseskifter tilveiebringer signaler til og mottar signaler fra dens korresponderende antenneelement. En pekevinkel blir etablert ved å utøve en passende baseforskyvning på sende og mottakssignalene i hver faseskifter. RF (radiofrekvens) bølgefronten representerer en linje langs hvilken signaler sendt fra eller mottatt på hvert av antenneelementene vil oppstilles i fase. Strålepekeretningen er perpendikulær på RF bølgefronten. Strålepekeretningen og RF bølgefront definerer en strålepekevinkel 0 i forhold til planet til antenneelementene, dvs. rekkebredsiden eller boresikten. En effektiv strålepekervinkel blir etablert for sende og mottakssignaler ved å påtrykke en

passende faseforskyvning på signalene mens de blir sendt eller mottatt av elementer i rekken. Faseforskyvningen beregnet ved bruk av ligningen ovenfor vil være en progressiv faseforskyvning ved at fasen i hvert strålingselement blir økt med heltallet n som varierer fra 1 til m.

I det følgende er antennestrålepeking for CTS antennen beskrevet for asimuttskanning ved bruk av progressiv fase ut fra hver T/R modul. Elevasjonsstrålestyring blir tilveiebragt ved å bruke frekvens for å generere en progressiv fase for å tilveiebringe strålestyring. Tilsvarende kan strålestyring bli tilveiebragt dersom CTS antennen blir rotert slik at asimuttdimensjonen blir elevasjonsdimensjonen.

De n differensialmatingene implementert via differensialmanifolden 32 tilveiebringer n korresponderende inngangssignaler til de n respektive T/R modulene 22. Hvert av de n inngangssignalene har forskjellige faser som er nødvendige for å etablere det progressive faseforholdet som kreves for asimuttskanning av CTS antennerekken 26. Antallet antennerekkeelementer n, som korresponderer med antallet T/R moduler; antallet differensialmatinger; og antallet korporatmatinger, er applikasjonsspesifikk og kan bestemmes av en fagkyndig på området for å tilfredsstille behovene til en gitt applikasjon.

Korporat eller felles manifolden 34 mottar inngangssignal fra den andre optiske oscillatoren 20 og splitter inngangssignalet i n felles matinger. De n felles matingene har de samme lengdene, hvilket resulterer i de samme fasene på utgangssignalene fra de n felles matingene. Utgangssignalene fra de n felles matingene tilveiebringer inngangssignaler til de respektive n T/R modulene 22.

De n T/R modulene 22 innbefatter miksere eller blandere, filtere, forsterkere osv., som er nødvendig for å detektere og blande inngangssignalet fra differensialmanifolden 32 og fellesmanifolden 34. T/R modulene 22 detekterer, dvs. omformer optiske signaler mottatt fra manifoldene 32, 34 til mikrobølgesignaler, som blir tilveiebragt til antenneportene 28 ved klargjøring for sending via antennerekken 26, som sender fra strålingsporter 48. Åpningen til antennerekken 26 vender utover fra siden. Forskjellige antennerekkeelementer blir matet av antenneportene 28 og virker som forplantende bølgematinger, som stråler spesifikke mengder stråling fra hver av strålingsportene 48. T/R modulene 22 innbefatter også en mikser eller blander som bruker sendefrekvenser for å blande ned mottatte signaler til mellomfrekvens (IF) eller basebåndsignaler. IF eller basebåndsignalene blir så innmatet til mottaksmanifolden 38. Mottaksmanifolden 38 kan innbefatte kretser, slik som forsterkere, forsterkningskontrollkretser osv. for å forberede de mottatte signalene for koherent summing. De nøyaktige detaljene ved mottaksmanifolden 38 er applikasjonsspesifikke og kan bestemmes av en fagkyndig på området for å tilfredsstille behovene for en gitt applikasjon. Mottaksmanifolden 38 kan utelates uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen.

Mottakssignalsummereren 44 tilføyer koherent n mottaks signaler, som korresponderer med mottakssignalutgangene fra de n T/R modulene 22. Det resulterende summesignalet er et analogt signal som blir omformet til et digitalt signal via A/D konverteren 46. A/D konverteren 46 tilveiebringer så et digitalt mottakssignal som inngangssignal til styreinnretningen/signalprosessoren 14.

Styreinnretningen/signalprosessoren 14 kan anvende inngangssignal fra A/D konverteren 46 for å fremvise målinformasjon via displayet 16. Styreinnretningen/signalprosessoren 14 kan også tilveiebringe målinformasjon til plattformgrensesnittet 12. Videre, kan styreinnretningen/signalprosessoren 14 anvende mottakssignalinformasjon tilveiebragt fra A/D konverteren 46 som inngangssignal til en algoritme for strålepeking av antennerekken 26.

For å strålepeke, dvs. skanne eller styre antennerekken 26 i asimutt, justerer styreinnretningen/signalprosessoren 14 modulasjonsfrekvensen til den optiske oscillatoren 18, hvilket endrer faseforholdet mellom differensialmateutganger til differensialmanifolden 32. Faseforholdene endrer seg forutsigbart med frekvensen siden forskjellene mellom lengder av differensialmatingene til differensialmanifolden 32 er forutbestemt og progressiv. Endringer i signalfaseinngangssignaler til de forskjellige T/R modulene 22 resulterer i korresponderende endringer i resultantstrålen til mikrobølge eller millimeterbølge elektromagnetisk energi utsendt fra antennerekken 26.

Modulasjonsfrekvensen utsendt fra den andre optiske oscillatoren 20 sporer modulasjonsfrekvensen til utgangssignalet fra den første optiske oscillatoren 18. Differensialmatingene til differensialmanifolden 32 og fellesmatingene til korporat eller fellesmanifolden 34 matersignaler med justerte modulasjonsfrekvenser til T/R modulene 22. T/R modulene 22 omformer de optiske signalene fra den optiske sendemanifolden 36 til mikrobølgesignaler, som kan skanne antennerekken 26 i asimutt ved en forutbestemt mengde som korresponderer med endringen i modulasjonsfrekvensen utsendt fra den første optiske oscillatoren 18.

Frekvensen (første frekvens) utsendt av den første optiske oscillatoren 18 og frekvens (andre frekvens) generert fra den andre optiske oscillatoren 20 blir innstilt slik at blanding av den første frekvensen og den andre frekvensen produserer en konstant utgangs frekvens fra antennerekken 26 når antennerekken 26 skannes i asimutt. Følgelig forblir antennens utstrålte frekvens konstant, uavhengig av endringer i den første frekvensen, som blir selektivt justert for å skanne i asimutt.

Antennerekken 26 blir skannet i elevasjon ved selektivt å justere modulasjonsfrekvensen til signalene utsendt av fellesmanifolden 34. Modulasjonsfrekvensen til signaler utsendt av fellesmanifolden 34 blir justert av styreinnretningen/signalprosessoren 14 via den andre optiske oscillatoren 20. Når antennerekken 26 skannes i elevasjon, blir frekvensen til den totale utsendte strålingen fra antennerekken 26 endret ved å endre frekvensen fra den andre oscillatoren 20.

Fagkyndige på området vil forstå at antennerekken 26 kan roteres for å veksle elevasjons og asimuttskanning implementert delvis via henholdsvis differensialmanifolden 32 og fellesmanifolden 34.1 den foreliggende beskrivelsen refererer uttrykkene asimutt og elevasjon seg til to forskjellige antennedimensjoner, slik som henholdsvis horisontal og vertikal dimensjon. Disse dimensjoner kan ombyttes uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen. Uttrykket elevasjon kan bli erstattet med uttrykket asimutt og omvendt, og den foreliggende beskrivelsen vil fremdeles

kunne brukes.

Den foreliggende oppfinnelsen anvender visse antenneskannefremgangsmåter som er relatert til de som er beskrevet i det ovenfor angitte US-patent nr. 5,933,113. Radarsystemet som er beskrevet i det ovenfor angitte patentet anvender imidlertid ikke spenningsavstemte optiske oscillatorer for å generere optiske signaler som har høyfrekvensmikrobølger eller millimeterbølger modulert på disse.

Radarsystemet 10 forenkler således strålestyring ved bruk av den kontinuerlige tverrgående aktive rekken 26 med høye mikrobølgefrekvenser via fiberoptiske manifolder 32, 34 og elektriske signalmanifolder (utganger fra T/R moduler) 22 som mater den aktive rekken 26 via innganger eller inngangssignaler fra de fiberoptiske spenningsavstembare mikrobølgeoscillatorkildene 18,20. Radarsystemet 10 kan bli frekvensskannet for å produsere faseskanninger i både asimutt og elevasjon og krever ikke konvensjonelle individuelle faseskiftere. Det bør forstås at i begge tilfeller blir frekvensskanning brukt for å få faseskanning (eller strålepeking). Frekvensskanningen produserer faseskanning i asimutt med en teknikk som er forskjellig fra den som blir brukt for å tilveiebringe elevasjonsfaseskanning i CTS antennen.

Frekvensen til den første og andre oscillatoren 18,20 blir endret som respons på styresignaler fra styreinnretningen/signalprosessoren 14 for å produsere en progressiv fase i rekkemanifoldantennematingen (utgangssignaler fra T/R moduler) 22 for å strålestyre rekken 26. Radarsystemet 10 kan inkorporere metamorfiske høyenergi mobilitetstransistorer (MHEMT) og mikroelektromekaniske (MEMS) teknologier der dette passer. T/R modulene 22 anvender sendesignalet for å tilveiebringe signalet som er nødvendig for å nedkonvertere mottagssignalet.

Dette radarsystemet 10 anvender mange forskjellige teknikker for å redusere antennematetap og redusere komponentstørrelser, hvilket reduserer antennesystemdesignbegrensninger. Teknikkene innbefatter bruk av den optiske sendemanifolden 36, som innehar neglisjerbart fibermanifoldtap og er liten i forhold til konvensjonelle bølgelederantennematinger. Bruken av optiske frekvenskilder (optiske oscillatorer) 18,20 og optiske manifolder 32,34 for å styre CTS antennerekken 26 resulterer i forskjellige ovenfornevnte fordeler som tilveiebringes ved den foreliggende oppfinnelsen.

Radarsystemet 10 er et fotonisk frekvens generert skannet aktivt rekkeradarsystem. CTS antennerekken 26 har sende/mottags (T/R) moduler 22 som tilveiebringer den typisk aktiv rekke T/R funksjonene til høyere effektsendesignal og lavstøy mottagssignal, men som ikke har faseskiftere for strålestyring på verken sende eller mottakssiden. Strålestyringen blir levert av de to optiske oscillatorene 18,20 som mater de to optiske manifoldene 32,34. Utgangssignaler fra T/R modulene 22 blir skannet i mottaksmanifolden 38, og antennerekken 26 blir styrt via styreinnretningen/signalprosessoren 14, som kan være implementert via en styremanifold. Utgangssignalene fra mottagsmanifolden 38 blir summert av mottakssignalsummereren 44 og skannet for å danne et summottagssignal som så blir digitalisert i A/D konverteren 46 og overført til signalprosessoren/styreinnretningen/ signalprosessoren 14 og så til displayet 16.

Individuelle komponenter av det aktive rekkeradarsystemet 10 er kjent på området. Følgelig kan radarsystemet 10 være konstruert av en fagkyndig på området med tilgang til den foreliggende læren uten overdreven eksperimentering.

Fig. 2 er et mer detaljert diagram som illustrerer de optiske oscillatorene 18,20 og den optiske sendemanifolden 36 til det aktive rekkeradarsystemet på fig. 1. Antennerekken 26 blir matet av inngangssignaler fra de n T/R modulene 22. Hver T/R modul 22 mottar et av n inngangssignaler fra differensialmanifolden 32 og et av n inngangssignaler fra fellesmanifolden 34 til den optiske sendemanifolden 36.

Differensialmanifolden 32 innbefatter en første optisk splitter 50, som deler et optisk inngangssignal fra den første optiske oscillatoren 18 i n optisk bølgelengdematinger 52 av forskjellige lengder. De optiske bølgeledermatingene 52 blir kalt differensialmatinger siden deres lengde skiller seg med små mengder som er påkrevd for å oppnå det ønskede progressive faseforholdet mellom mateutgangssignalene som er påkrevd for asimuttskanning. Endring av frekvensen til det første optiske inngangssignalet fra den første optiske oscillatoren 18 endrer fasene i differensialmatingene 52 og styrer derved antennerekken 26 i asimutt.

Fellesmanifolden 34 innbefatter en andre optisk splitter 54, som deler et optisk inngangssignal fra den andre optiske oscillatoren 20 i n optiske bølgeledermatinger 56 med like lengder. De optiske bølgeledermatingene 56 blir kalt fellesmatinger siden deres lengder er like. Endring av frekvensen til det andre optiske utgangs signalet fra den andre optiske oscillatoren 20 påvirker ikke asimuttskanning tilveiebragt av differensialmanifolden 32.

Denne oppfinnelse bruker en eller flere optiske oscillatorer 18,20 som kan være frekvensavstemt ved bruk av en RF faseskifter som er spenningsavstemt for å endre dens fase. En beslektet optisk oscillator (uten RF faseskifte) er beskrevet i en publikasjon med tittel "Optoelectronic Microwave Oscillator", av X.S. Yao and L.Maleki, publisert i J.Optical Society of America, Vol. 13,NO., 8, August 1996, pp. 1725 til 1735. Med tilgang til den foreliggende læren kan en fagkyndig på området konstruere de optiske oscillatorene 18,20 uten overdreven eksperimentering.

Å konstruere en spesiell ekstern optisk modulator for bruk med den foreliggende oppfinnelsen blir den optiske modulatoren som er beskrevet i den ovenfor angitte publikasjonen av X.S. Yao and L.Maleki, erstattet av en RF faseskifter, slik som RF faseskifteren beskrevet i en artikkel med tittel "Demomstration of Photonically Controlled RF Phase Shifter", av S.S. Lee, A.H. Udupa, H. Erlig, H. Zhang, Y. Chang, C. Zhang, D.H. Chang,D. Bhaltacharay, B. Tsap, W.H. Stier, L.R. Dalton, H.R. Felterman, og publisert i IEEE Microwave og Guided Wave Letters, Vol. 9, No. 9, September 1999, pp. 357 til 359.

De ovenfor angitte artiklene detaljbeskriver ytterligere lære som er kjent på området for å forenkle konstruksjon av de spesielle eksterne optiske modulatorene 60 og 74 og den optiske RF faseskifteren 86 på fig. 2 i samsvar med læren i den foreliggende oppfinnelsen.

Hver optisk spesialmodulator 60,74 på fig. 2 kombinerer en optisk modulator og faseskifter i en optisk krets 60,74. Ved å kombinere teknikker beskrevet i de ovenfor angitte artiklene i samsvar med læren til den foreliggende oppfinnelsen, kan en fagkyndig på området konstruere en frekvensavstembar optisk oscillator for bruk med den aktive rekkeradaren 10 uten overdreven eksperimentering.

Den første optiske oscillatoren 18 innbefatter en første spesiell ekstern optisk modulator 60 (beskrevet ovenfor), forsinkelseslinje 52, fotodiodedetektor 64, filter 66, RF forsterker 68, valgfri RF kobler 70. En første optisk forsterker 72 forsterker det optiske signalet utsendt fra den spesielle eksterne optiske modulatoren 60 til den optiske oscillatoren 18. Den første eksterne spesialoptiske oscillatoren 60 mottar styreinngangssignaler fra styreinnretningen/signalprosessoren 14 og mottar et optisk bærebølgesignal innmatet fra splitteren 30. Den første eksterne spesialoptiske modulatoren 60 tilveiebringer utgangssignal til en første forsinkelseslinje 62 og til den optiske forsterkeren 72. Utgangs signalet fra den første optiske forsterkeren 72 representerer utgangssignalet fra den første optiske oscillatoren 18 og blir innmatet til den første optiske splitteren 50 til den optiske sendemanifolden 36.

Utgangssignalet fra den første forsinkelses linjen 62 blir matet tilbake som inngangssignaler til den første fotodiodedetektoren 64. Utgangssignalet fra den første fotodioden 64 som representerer et RF modulert elektrisk signal, blir innmatet til det første filteret 66, som er et RF filter. Utgangssignalet fra det første filteret 66 blir innmatet til RF første RF forsterkeren 68, hvorfra et utgangssignal blir innmatet til den første valgfrie RF kobleren 70. Den første valgfrie RF kobleren 70 tilveiebringer et RF elektrisk utgangssignal, som kan bli matet tilbake til styreinnretningen/signalprosessoren 14 for å forenkle styring av den optiske oscillatoren 18. Den første valgfrie RF kobleren 70 tilveiebringer også inngangssignal til den første eksterne spesialoptiske modulatoren 60.

Den andre optiske oscillatoren 20 innbefatter en andre ekstern spesialoptisk modulator 74, forsinkelseslinje 76, fotodiodedetektor 78, filter 80, RF forsterker 82, RF kobler 84, optisk RF faseskifter 86 og den andre optiske forsterker 88. Den andre eksterne spesialoptiske modulatoren 74 mottar inngangssignal fra styreinnretningen/signalprosessoren 14 og mottar en optisk bærebølge innmatet fra splitteren 30. Et utgangssignal fra den andre eksterne spesialoptiske modulatoren 74 blir innmatet på den andre forsinkelseslinjen 76, hvorfra et utgangssignal blir innmatet på den andre fotodiodedetektoren 78. Et utgangssignal fra den andre fotodiodedetektoren blir innmatet i det andre filteret 80, som er et RF filter. Et utgangssignal fra det andre filteret 80 blir innmatet i den andre RF forsterkeren 82 hvorfra et utgangssignal blir innmatet til den andre RF kobleren 84. Et første utgangssignal fra den andre RF kobleren blir innmatet i den optiske RF faseskifteren 86, mens et andre utgangssignal fra den andre RF kobleren 84 blir innmatet i den andre eksterne spesialoptiske modulatoren 74. Den optiske RF faseskifteren 86 mottar et optisk bærebølgesignal fra splitteren 30 og tilveiebringer inngangssignal til den andre optiske forsterkeren 88. Utgangssignalet fra den andre optiske forsterkeren 88 representerer utgangssignalet fra den andre optiske oscillatoren 20 og blir innmatet til den andre optiske splitteren 54 av fellesmatingen 34 til den optiske sendemanifolden 36.

I drift modulerer den første optiske oscillatoren 18 et treffsignal, slik som et millimeterbølgesignal, på det optiske bærebølgesignalet tilveiebragt av laseren 24 via splitteren 30. RF modulasjonen blir bestemt plassert på et styresignal mottatt fra styreinnretningen/signalprosessoren 14. Den første eksterne spesialoptiske modulatoren 60 er en kombinert spenningstyrt modulator og RF faseskifter som reagerer på endring av sendinger på styreinngangen.

I den foreliggende spesifikke utførelsen blir spenningen til inngangsstyresignalet selektivt endret, hvilket derved endrer fasen til utgangssignalet fra den eksterne spesialoptiske modulatoren 60. Modulasjonsfrekvensen til signalet utsendt av den optiske oscillatoren 18 endres så basert på faseendringen. RF modulasjonen blir forenklet av forsinkelseslinjen 62, som videresender en forsinket versjon av det optiske utgangssignalet fra den første eksterne spesialoptiske modulatoren 60 til den første fotodiodedetektoren 64. Den første fotodiodedetektoren 64 omformer det optiske utgangssignalet fra den første forsinkelseslinjen 62 til et elektrisk RF signal. Det elektriske RF signalet blir filtrert og forsterket av det første filteret 66 og den første RF forsterkeren 68 før det blir matet tilbake til den eksterne spesialoptiske modulatoren 60 via den første RF kobleren 70. Det optiske utgangssignalet fra den første eksterne spesialoptiske modulatoren 74 blir forsterket av den første optiske forsterkeren 72 før det blir videresendt til den første optiske splitteren 50 til differensialmanifolden 32.

Den andre optiske oscillatoren 20 genererer et RF modulert optisk signal via den andre eksterne spesialoptiske modulatoren 74, den andre forsinkelseslinjen 76, fotodiodedetektor 78, filter 80 og RF forsterker 82, tilsvarende den første optiske oscillatoren 18. Til forskjell fra den første optiske oscillatoren 18 sender imidlertid den andre RF kobleren 84 ut et RF modulert elektrisk signal til den optiske RF faseskifteren 86, som mottar et optisk bærebølgeinngangssignal fra splitteren 30. Den optiske RF faseskifteren 86 forenkler tilføyelsen av spesialmodulasjon, slik som fasekoding, på den optiske bærebølgen med RF frekvensen som blir utsendt fra den optiske oscillatoren 20. Fasekodingen kan bli brukt for å implementere pulskompresjon, hvilket kan forhøye signal til støyforholdet til radarsystemet 10, og kan forbedre rekkeviddeoppløsning og gjennomsnittlig utstrålt effekt. Den optiske RF faseskifteren 86 mottar spenningsinngangssignaler fra styreinnretningen/signalprosessoren 14 for å forenkle fasekoding.

De individuelle komponentene til de optiske oscillatorene 18,20 er kjent på området. En fagkyndig på området med tilgang til den foreliggende læren kan konstruere de optiske oscillatorene 18,20 uten overdreven eksperimentering. De optiske oscillatorene 18, 20 kan oppnå modulasjonsfrekvenser over hele mikrobølgebåndet, innbefattende W-båndet mellom 80 og 100 GHz.

Differensialmatingene 52 og fellesmatingene 56 erstatter konvensjonelle omfangsrike og tapsbeheftede bølgelederstrukturer med plasseffektive optiske bølgeledere 52,56 som innehar minimale signaltap. I tillegg utelater bruken av differensialforsinkelsene 52 behovet for omfangsrike faseskiftere. Videre hjelper bruken av en enkelt optisk laserkilde 24 til å sikre at bare RF signaler modulert på en optisk bærebølge blandes i T/R moduler 28.1 tillegg tillater fellesmatingene 56 ytterligere fasekodemodulasjon å være innbefattet i utgangssignalene fra fellesmatingene. Utgangssignalene fra fellesmatingene 56 har ingen innvirkning på asimuttskanning.

Lengdene til fellesmatingen 56 er lik. Følgelig vil endring av modulasjonsfrekvensen til signalene utsendt fra fellesmatingene 56 ved å endre modulasjonsfrekvensen til den andre optiske oscillatoren 20 ikke resultere i forskjellige relative faser på utgangssignalene til fellesmatingene 56. Følgelig kan den andre frekvensen tilordnet med den andre optiske oscillatoren 20 bli endret uten å påvirke asimuttskanning implementert delvis via styreinnretningen/signalprosessoren 14, den første optiske oscillatoren 18, og differensialmanifolden 32. Dette tillater den ytterligere modulasjonen, slik som fasekoding, og tilføyes på utgangssignalet fra den andre optiske oscillatoren 20.

Videre kan CTS antennerekken 26 bli skannet i elevasjon uten å påvirke asimuttskanningen ved å justere den andre frekvensen uavhenguig av den første frekvensen. Den første frekvensen forskjøvet eller forskjell mellom den første frekvensen og den andre frekvensen, som blir opprettholdt under asimuttskanning, blir ikke nødvendigvis opprettholdt under skanning i elevasjon, og således vil den utstrålte frekvensen endre seg. Det er vel kjent på området at en CTS aktiv antennerekke, slik som antennerekken 26, kan bli skannet i elevasjon ved å endre frekvensen utstrålt av CTS antennerekken 26.

Fellesmatingene 56 kan bli erstattet av differensialmatinger 52 uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen. I dette tilfellet vil imidlertid ikke fellesmatingen være i stand til å endre frekvenser uten å skanne antennen. Følgelig vil fasekoding eller bredbåndmodulasjon på fellesmatingen påvirke asimuttskanning.

I den foreliggende spesifikke utførelsen er den optiske skanningsmatingen, som korresponderer med utgangssignalet til den optiske sendemanifolden 36 konfigurert i to separate seksjoner som korresponderer med differensialmatingene 52 og fellesmatingene 56. Disse matingseksjonene 52, 56 mater CTS rekken 26 og forenkler både asimuttskanning og elevasjonsskanning.

Fagkyndige på området vil forstå at CTS antennerekken 26 kan erstattes med en konvensjonell aktiv rekke uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen. I dette tilfelle kan den aktive rekken kreve en ytterligere optisk sendemanifold for å tillate skanning i elevasjon.

Oscillatorene 18,20 anvender de eksterne spesialoptiske modulatorene 60, 74, som tillater spenningsfrekvensavstemming ac oscillatorene 18,20 via en RF faseskifter innlemmet som del av den optiske modulatoren (ikke vist) i hver av oscillatorene 18,20. Oscillatorene 18,20 tilveiebringer et frekvensskanningsutgangssignal både som RF på en optisk bærebølge og elektrisk som et RF signal. De to oscillatorene 18,20 mater CTS antennerekken 26 og blir spenningsstyrt for å spore hverandre i frekvens med en konstant frekvens forskjøvet for å tilveiebringe antenneskanningen ved skanning i en forutbestemt dimensjon slik som asimutt.

Den første optiske oscillatoren 18 forenkler skanning av antennen 26 ved å endre frekvensen matet gjennom differensialforsinkelsesmatingene 52. De forskjellige optiske forsinkelsene til hver T/R modul 22 av rekken 26 produserer den progressive RF fasen som er nødvendig for antennerekkefaseskanning.

Den andre optiske oscillatoren 20 leverer en annen frekvens via fellesoptiskmatingene 56 til hver rekke T/R modul 22. De to oscillatorene 18,20 sporer hverandre slik at ettersom frekvensen i de differensialoptiske matingene 52 blir endret, sporer flensen i de felles optiske matingene 56 med en konstant frekvensseparasjon slik at blanding av de to frekvensene alltid produserer den samme utgangsfrekvensen. Følgelig er den utstrålte frekvensen fra antennen alltid den samme og er uavhengig av skannefrekvensendringer i de differensialoptiske matingene 52.

Bruken av en av matingene 52, 56 som en fellesmating 56 tillater at signalfrekvensen blir brukt for å endre den utstrålte frekvensen uten å påvirke asimuttskanningen tilveiebragt av den andre matingen 52. Ved å endre sendefrekvensen gjennom CTS rekken 26 blir således rekken 26 frekvensskannet i elevasjon uavhengig av asimuttskanningen. Dette er fordi konstruksjonen av CTS rekken 26 tilveiebringer en frekvensskanningsevne i en dimensjon som kan bli brukt til elevasjonsstråleskanning. Et eksempel på frekvensskanneteknikk er beskrevet i US-patent nr. 5.933.113, med tittel

SIMULTANEOUS MULTIBEAM AND FREQUENCY ACTIVE PHOTONIC

ARRAYRADAR APPARATUS, som er innlemmet her som referanse.

De grunnleggende forskjells (delta) lengder mellom differensialmatingene 52 tilveiebringer skanning når den første oscillatoren 18 endrer frekvens, og derved produseres de progressive faseverdiene for å styre rekken 26 i asimutt. Utførelsen på fig. 2 krever ikke bruk av underrekker. Underrekker kan imidlertid brukes uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen. En fagkyndig på området vil vite hvordan læren til den foreliggende oppfinnelsen kan tilpasses for bruk med underrekker og/eller serpentinlinjer uten overdrevet eksperimentering for å tilfredsstille behovene for en gitt applikasjon.

Den enkle laseren 26 blir brukt for å levere til alle de optiske kretsene 18,20,36 i radarsystemet 10. Dette sikrer at bare RF signalene som er modulert på de optiske bærebølgene blandes i fotodiodedetektorblanderne i T/R modulene 22 og at det unngå direkte optisk signalblanding som lettere kunne finne sted dersom forskjellige laserlyskilder ble brukt.

Når det bare er behov for asimuttantenneskanning, blir de to optiske manifoldene 32, 34 drevet med forskjellige frekvenser som sporer hverandre for å tillate frekvens skanning samtidig som det utstråles den samme frekvensen under asimuttfrekvensskanningen. Når elevasjonsskanning er ønsket, kan utgangssendefrekvensen bli endret uavhengig av asimuttfrekvensskanning ved å endre frekvensen i fellesmanifolden 34 uten at endringen blir sporet i differensialmanifolden 32.

Når en CTS rekke blir brukt, styrer denne endring av sendefrekvens rekken 26 i elevasjon. For kombinert asimutt og elevasjonsskanning, kan frekvensene i de optiske manifoldene 32,34 bli styrt for å tillate denne duale skanningen. Dette skyldes at fellemanifolden 34 ikke vil produsere noen rekkeasimuttfaseendring når dens inngangsfrekvens blir endret.

Bruken av CTS rekken forenkler dual asimutt og elevasjonsskanning via de to optiske manifoldene 32,34 via selektivt å styre RF frekvensen i hver manifold.

Hver mateport 28 av CTS antennerekken 26 sender ut et signal i elevasjonsretningen (vertikal retning i 26 på fig. 1) som er en forplantingbølgemating, hvor RF energien blir utstrålt ved porter langs matingen og hvor det er lik forsinkelse mellom hver elevasjonsutstrålende port 48. Denne konstante deltaforsinkelse mellom elevasjonsutstålingsporter forårsaker at en progressiv fase blir generert og således bli elevasjonsantenneskanning ved bruk av en endring av sendefrekvensen tilveiebragt.

For å tilveiebringe elevasjonsskanning i et konvensjonelt (ikke et CTS) antennerekkesystem som anvender underrekker, kan rekken 26 være delt i hovedelevasjonsunderrekker med en microbølgefaseskifter mellom hver elevasjonsunderrekke for å tilveiebringe elevasjonsskanning. Hver elevasjonsunderrekke blir matet via identiske asimuttmatinger, hver med en microbølgefaseskifter (ikke vist).

Radarsystemet 10 bruker frekvensskanningsteknikker generert ved bruk av optiske oscillatorer 18, 20 snarere enn individuelle faseskiftere for å styre rekken 26. De optiske teknikkene gir fordeler sammenlignet med dagens praksis for elektronisk skannet aktiv rekke og mekanisk skannede rekker. I tillegg kan den optiske skanningen bli kombinert på underrekkenivå med hver underrekke skannet ved bruk av en mikrobølgeserpentinlinje for å tilveiebringe en kombinert asimuttskanning ved bruk av både optiske og elektriske teknikker.

Fig. 3 er et diagram av en alternativ utførelse 32' av den differensialoptiske sendemanifolden på fig. 2. Den alternative differensialmanifolden 32' er tilpasset for bruk med underrekker. I den foreliggende alternative utførelsen blir antennerekken 26 til figurene 1 og 2 behandlet som å omfatte k sekundære underrekker, hvori hver underrekke har j elementer som blir matet av progressiv base generert av progressive lengder av fibre, 1 til j.

Den alternative differensialmanifolden 32' innbefatter en primær optisk underekkemating 100, som mottar det første optiske signalet fra den første optiske oscillatoren 18 på fig. 1 og 2 som inngangssignal og tilveiebringer utgangssignalet til alle k underrekker 102. Den primære optiske underrekkematingen 100 innbefatter en splitter (ikke vist) som deler det optiske inngangssignalet i k optiske bølgeledere med forskjellige progressive lengder. Det er k sekundære underrekker 102 som hver blir matet av en forskjellig fiberlengde fra den primære optiske matingen 100. Hver av de k fiberlengdene er progressive i lengde for å tilveiebringe den korrekte fasen til de k sekundære underrekkene for å tilveiebringe en kontinuerlig progressiv fase over rekken.

Lengdene til k optiske bølgelederne til den primære optiske underrekkematingen 100 blir således justert slik at det ønskede progressive faseforholdet blir opprettholdt mellom utgangssignalet til hver optisk underrekkemating 102 for å forenkle antenneasimuttskanning. Alternativt kan de optiske bølgelederne til et annet sett av k optiske underrekkematinger (ikke vist) alle ha de samme lengdene for å tilveiebringe fellesmatefrekvensen til alle T/R modulene i rekken. Bruk av slike underrekker kan være nyttig i applikasjoner som har store rekker.

De optiske underrekkematingene til den foreliggende oppfinnelsen kan bli implementert via serpentinlinjer istedenfor eller i kombinasjon med de optiske matingene eller serpentinlinjer uten å forlate rammen for den foreliggende oppfinnelsen.

Fig. 4 er et mer detaljert diagram over en av sende T/R modulene 22 til det aktive rekkeradarsystemet 26 på fig. 1. T/R modulen 22 innbefatter en fotodiodedetektor/blander 110, et høypassfilter 112, en bryter 114, en høyeffektforsterker 116, og en bryter 120 forbundet i sekvens i en sendebane. T/R modulen 22 innbefatter også en lavstøyforsterker 122, en nedkonverterblander 118, en videoforsterker 124, som er forbundet i sekvens. MEMS bryteren 114 er også forbundet med nedkonverterblanderen 118.

Fotodiodedetektor/blanderen 110 mottar det første optiske signalet fra den første optiske oscillatoren 18 og det andre optiske signalet fra den andre optiske oscillatoren 20 på fig. 1 og 2 som inngangssignaler. Fotodiodedetektoren/blanderen 110 blander og omformer de mottatte optiske signalene til et RF modulert utgangssignal. Det RF modulerte utgangssignalet representerer både sum og differansefrekvenser som er resultatet av blandingen av de optiske inngangssignalene. På grunn av den relativt høye modulasjonsfrekvensen til RF signalet modulert på de optiske inngangssignalene, er differansfrekvenskomponenten til det resulterende RF modulerte signalet liten i forhold til sumfrekvenskomponenten. Høypassfilteret 112 fjerner den lille differansefrekvenskomponenten. Den resulterende subfrekvenskomponenten blir innmatet på bryteren 114. Bryteren 114 deler utgangssignalet fra høypassfilteret 112 i to separate baner, en til høyeffektforsterkeren 116, og den andre banen til nedkonverterblanderen 118. Subfrekvenskomponentsignalet kan bli brukt av nedkonverterblanderen 118 som et referanseoscillatorsignal for på koherent måte å nedkonvertere mottakssignaler mottatt av antennerekken 26 på fig. 1 og 2 og er overført til nedkonverterblanderen 118 via bryteren 120 og lavstøyforsterkeren 122.

I drift kan bryteren 114 bli styrt via inngangssignaler fra

styreinnretningen/signalprosessoren 14 på fig. 1. Bryteren 114 veksler selektivt utgangssignalet fra høypassfilteret 112 til inngangen til høyeffektforsterkeren 116 eller nedkonverterblanderen 118 som respons på styresignaler fra

styreinnretningen/signalprosessoren 14 på fig. 1.

Høyeffektforsterkeren 116 forsterker subsignalene utsendt fra bryteren 114 og videresender et forsterket signal til bryteren 120. Bryteren 120 virker som en duplexer eller bryter som forenkler deling av ressursene til antennerekken mellom sende og mottaksftinksjoner. Driften av bryteren 120 kan bli styrt via styresignaler mottatt fra styreinnretningen/signalprosessoren 14 på fig. 1.

Med henvisning til fig. 1 og 2 blir det forsterkede sendesignalet utsendt fra høyeffektforsterkeren 116 videresendt til en av antenneportene 28 ved klargjøring for transmisjon fra antennerekken 26.1 den foreliggende illustrative utførelsen tilveiebringer bryteren 120 utgangssignal til antennerekken 26. Mottakssignal entrer T/R modulen 22 ved bryteren 120, som videresender mottakssignalene til lavstøyforsterkeren 122. Lavstøyforsterkeren 122 forsterker det innmatede signalet til å gi et forsterket mottakssignal. Det forsterkede mottakssignalet blir nedkonvertert til basebånd eller til en egnet mellomfrekvens (IF) via nedkonverterblanderen 18 og lokaloscillatorsignalet tilveiebragt av bryteren 114 fra sendebanen. Nedkonverterblanderen 118 tilveiebringer et signal med den konjugerte fasen til det mottatte signalet. Dette konjugerte fasesignalet som blir innmatet til blanderen blir generert ved å veksle RF frekvensen i den optiske manifolden (se 36 på fig. 1) mellom sende og motta. Det resulterende basebånd eller IF signalet blir forsterket av videoforsterkeren 124 før det blir videresendt til mottaksmanifolden 38 på fig. 1.

Blandeteknikken som involverer både detektering og blanding av de innmatede optiske signalene via fotodiode blander/detektoren 110 tillater at den samme optiske manifolden 36 som blir brukt til å generere faser for å styre rekken 26 for sending og blir brukt til å generere de konjugerte fasene som blir påtrykt mottagssignalet for å forenkle koherent addering via mottakssignalsummeren 44 på fig. 1. Siden blanding blir brukt for å oppnå en differansefrekvens på mottak, vil den blandede fasen ut av blanderen 110 ikke være den konjugerte fasen som er nødvendig for å bringe de mottatte signalene til å adderes i fase. For å tilveiebringe den korrekte fasen på mottak, blir oscillatorsignalet utsendt fra bryteren 114 justert i frekvens mellom sende og mottak for å generere den korrekte fasen, dvs. konjugerte fase, for å bringe alle de mottatte signalene til å bli summert koherent for å oppnå sum RF signalet utsendt fra mottakssignalsummeren 44 på fig. 1. Frekvensen tilordnet med den korporate manifolden 34 blir endret for å oppnå den korrekte frekvensverdien som er nødvendig for blanding til basebåndvideo eller IF. Den korporate manifolden 34 blir brukt siden dens frekvens kan bli endret uten å påvirke antenneasimuttskanningen tilveiebragt av differensialmanifolden 32. Denne frekvensveksling kan bli utført hurtig mellom sende og mottak og omvendt.

Mottaksbasebåndvideo eller IF manifolden (mottaksmanifold) 38 på fig. 1, kan være konfigurert til å ha en asimuttsum og differanseutsendt slik at vinkeldata kan bli tilveiebragt. Videre kan et stort antall T/R moduler bli drevet.

På grunn av de effektive optiske komponentene i den foreliggende oppfinnelsen og det store antallet T/R moduler som kan bli drevet, kan forsterkerne 116, 122, 124 bli drevet ved lav effekt, hvilket er fordelaktig, spesielt ved millimeterbølgefrekvenser hvor det er vanskelig å oppnå svært høyeffektforsterkere.

I tillegg kan de optiske matingene 52,56 på fig. 2 bli brukt til å mate underrekker koblet med en serpentinbølgelederunderrekkematinger. I dette tilfellet leverer T/R modulen 22 på fig. 4 en frekvensskannet, optisk generert progressiv fase til hver mikrobølgeserpentinunderrekke (ikke vist). Den optiske underrekken som mater til underrekke T/R moduler 22 blir brukt med den progressive fasen til hver mikrobølgeserpentinunderrekke (ikke vist). Frekvensskanningen og begge matinger (optisk underrekke og mikrobølgeunderrekkeserpentin) er designet slik at en frekvensskanning av hele rekken blir generert ved bruk av en frekvensskanningskilde. Frekvenskilden kan være enten optisk eller elektrisk.

I den foreliggende utførelsen på fig. 4 kan forsterkerkomponentene til T/R modulen 22 være implementert ved bruk av metamorfisk høyenergimobilitettransistor (MHEMT) teknologi. Bryterne 114,120 kan være implementert via mikroelektromekaniske (MEMS) teknologier.

Den foreliggende oppfinnelsen har således blitt beskrevet her med henvisning til en spesiell utførelse for en spesiell applikasjon. Vanlige fagkyndige på området og med tilgang til den foreliggende læren vil erkjenne at ytterligere modifikasjoner, applikasjoner og utførelser vil ligge innenfor rammen av denne. Det er derfor ment at de medfølgende patentkravene skal dekke en hvilke som helst og alle slike applikasjoner, modifikasjoner og utførelser innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelsen.

Claims (2)

1. System (10) for å skanne en antennerekke (26) omfatter en første mekanisme (14, 18, 20,24) for å generere et optisk signal som oscillerer med en forutbestemt frekvens; andre mekanisme (32, 34, 50, 52, 54, 56) for å anvende det optiske signalet til å avlede matesignaler som har forutbestemte faseforhold; tredje mekanisme (22) for å motta matesignalene og utstråle korresponderende sendesignaler som respons på dette til antennerekken (26), hvori den første mekanismen inkluderer flere frekvensavstembare optiske oscillatorer (18,20) inkludert en første optisk oscillator (18) og en andre optisk oscillator (20) som mater henholdsvis en første optisk manifold (32) og en andre optisk manifold (34), av den andre mekanismen (32, 34, 50, 52, 54, 56), den første optiske oscillatoren (18) og den andre optiske oscillatoren (20) sporer hverandre i frekvens med en forutbestemt frekvens forskjøvet når systemet skanner antennerekken (26) i en forutbestemt dimensjon, de optiske oscillatorene (18,20) hver inkluderer et optisk tilbakekoblingssignal som passerer gjennom en forsinkelseslinje (62, 76) og til en detektor (64, 78), detektoren (64, 78) omformer det optiske tilbakekoblingssignalet til et radiofrekvenstilbakekoblingssignal som blir matet tilbake til en optisk modulator (60,74) av den optiske oscillatoren (18,20); den andre optiske manifolden (20) inkluderer en optisk radiofrekvensfaseskifter (86) for selektivt å tilføye koding til et optisk signal som passerer gjennom den optiske manifolden (34); den første mekanismen (14,18, 20,24) inkluderer en frekvensjusterbar optisk oscillator (18,20), og hvor det opstikse signalet er et radiofrekvenssignal modulert på en optisk bærebølge, hvori et forhold mellom er en første frekves generert av den første optiske oscillatoren (18) og en andre frekvens generert av den adre optiske oscillatoren (20) er slik at blanding av den første frekvensen og den andre frekvensen produserer en konstant utgangsfrekvens, uavhengig av den første frekvensen som er en skannefrekvens til antennen (26); den første optiske manifolden (32) inkluderer en optisk mating som tilveiebringer differensialforsinkelser i et signal utsendt fra den første optiske oscillatoren (18) via optiske matinger (52) med forskjellige lengder for å forårsake at det forutbestemte faseforholdet er en progressiv fase; og den andre optiske manifolden (34) innbefatter en korporatmating (56) som har optiske matinger med like lengder slik at endringer i frekvens til optiske signaler som passerer gjennom den andre optiske manifolden (34) ikke påvirker asimutt elevasjonsskanning implementert via signaler som passerer gjennom den første optiske manifolden (32).

2. System (10) ifølge krav 1, hvori antennerekken (26) er en kontinuerlig tverrstubbrekke (26).