[发明专利]全光控相控阵雷达发射机

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波光子学和雷达领域的方法与装置，具体是一种基于多波长光源、光延时网络的光电振荡器和光延时网络为一体的全光控相控阵发射机。

背景技术

相控阵天线系统在诸如雷达、通信、电子对抗系统等领域都有广泛的应用，其中必不可少的组成部分就是高质量的宽带可调谐微波信号源、宽带雷达基带信号源与相位延迟的波束成形网络。传统的电控相控阵天线中，雷达基带信号调制到微波信号后，通过放大、功率均衡等处理，经过在阵列上或单元上放置微波移相器移相，通过改变天线单元之间的相位关系，最后在空间方位形成微波波束信号。然而，一方面，传统电控相控阵雷达受限于相控阵天线的“孔径效应”，限制了在雷达工作带宽、高分辨率测量、雷达成像及扩频信号等领域的应用。另一方面，传统相控阵雷达（包括光控相控阵雷达）存在微波信号源的可调谐范围窄、雷达信号的时间带宽积有限、相位噪声大等限制。如果在某些频偏处，相位噪声性能不好，返回的信号将被隐藏在载波的相位噪声中，从而不能正确检测出探测目标。

随着微波光子学技术的发展及其在雷达领域的广泛研究，通过采用真时延迟线技术有效地克服传统相控阵天线中的孔径渡越时间的限制。使用基于真延时的光控波束形成网络可以实现天线波束的扫描，具有大的瞬时带宽、无波束斜视效应、低损耗、小尺寸、抗电磁干扰、探测距离远等一系列优点，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。同时，光电振荡器在产生低相位噪声、频率大范围可调谐的微波信号方面具有巨大优势，在光信号处理、雷达、通信、以及生物成像检测方面具有广泛潜在用途。

目前研究的光控相控阵雷达主要采用[K.Garenaux,T.Merlet,M.Alouini,et al.,Recent breakthroughs in RF photonics for radar systems,Aerospace and Electronic Systems Magazine,IEEE,vol.22,pp.3-8,2007.]中的类似架构。发射链路主要是电微波信号发生器产生相应的载波信号与调制信号，经过调制器电光转换，再经过延迟网络结构，然后经过光电探测器将光信号恢复成电信号，经过微波T/R组件与天线发射出去。而接收回路主要将反射的信号通过微波天线与T/R组件接收回来，通过混频，重新利用发射链路的延时网络进行相位补偿，最后进行信号处理。

在现有的光控相控阵雷达的系列延时系统中，基于多波长的延时方案更有延时范围大、无色散导致的功率周期衰落等现象，其前端需要激光器阵列或多波长激光器。激光器阵列或多波长激光器与延时网络可以构成微波光子滤波器，当激光器阵列个数比较大或多波长激光器波长数较多时，可以形成Q值比较高的有限响应微波光子滤波器。利用该微波光子滤波器进行闭环，可以形成宽带可调的光电振荡器。

发明内容

本发明的目的在于提出基于光延时单元、同时构建宽带可调谐光电振荡器与光控波束形成网络为一体的全光控相控阵雷达发射机。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于多波长光源、光真延时单元的可调谐光电振荡器与光延时网络为一体的全光控相控阵发射机，特点在于其构成包括：多波长光源、第一波分复用器、第一光分路器、第一电光调制器、第二光分路器、第一光放大器、第一光延时网络、光电探测器、电放大器、隔直器、第二电光调制器、第二光放大器、第二光延时网络、光合路器、第二波分复用器、光纤或光缆、光电探测器阵列、T/R组件阵列、微波天线阵列、1×2光开关与2×2光开关、环形器、第三波分复用器、精确长度的光纤和法拉第旋转镜，沿所述的多波长光源的激光输出方向依次是所述的第一波分复用器、第一光分路器、第一电光调制器、第二光分路器、第二电光调制器、第二光放大器、第二光延时网络、光合路器、第二波分复用器、光纤或光缆、光电探测器阵列、T/R组件阵列、微波天线阵列；所述的第二光分路器的第二输出端依次经第一光放大器、第一光延时网络、光电探测器、电放大器、隔直器接所述的第一电光调制器的射频输入端，所述的第一光分路器的第二输出端接光合路器的第二输入端，所述的第二电光调制器的第二输入端为微波输入端。

所述的第一光延时网络或第二光延时网络的连接关系为：经过第一光放大器或第二光放大器输出的光从1×2的光开关输入，选通之后经过环形器进入到第三波分复用器，该波分解复用器将光信号进行解复用，重新分配到各个波长上，然后经过精确切好的不等长的光纤，最后经过法拉第旋转镜反射回来，重新经过光纤、第三波分解复用器、环形器输出到下一级光开关。