[发明专利]一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法

说明书

本发明公开了一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法，属于微波光子技术领域。该装置及方法采用反谐振工作的级联微环构成延时连续调控子单元，采用光开关切换不同长度的波导构成延时离散调控子单元，二者组合构成的光延时单元为大带宽、大角度、连续扫描的相控阵天线微波信号接收提供所需的延时补偿。采用电光相位调制实现天线接收微波信号的光电转换，避免了偏置点控制电路的使用，简化了系统结构。采用光学单边带滤波降低了对延时单元带宽的要求，采用差分平衡光电探测有效降低共模噪声，提升了系统的性能。

技术领域

本发明属于微波光子技术领域，涉及一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法。

背景技术

光控相控阵天线可克服传统基于电相移器的相控阵天线所固有的孔径效应和渡越时间的限制，在实现大带宽、大角度扫描方面具有显著的优势，在新一代无线通信技术等领域具有广阔的应用前景。在实际应用中，尤其是在微波信号接收过程中，光控相控阵天线应能够在更大的接收角度范围内无空间盲区进行信号接收，这就要求光控相控阵天线中的光延时单元既能够提供足够大的延时补偿量，又能够对延时量进行连续扫描。

在先技术[1](王建，蔡海文，侯培培，王书楠.基于微光学元件堆栈集成技术的收发一体化宽带光控相控阵天线，光子学报，2015，第44卷，第11期，1125002)中，研究了基于棱镜组微光学元件的光控相控阵方案，通过调节相邻棱镜组之间的距离产生光延时，来实现波束指向角的扫描。虽然该方案可以实现波束的准连续扫描，但其系统由诸多微光学元件堆栈构成，结构复杂、体积大、功耗高。

在先技术[2](李曙光，姚庆璐，刘宇，薛峰.波分复用光控相控阵雷达的控制技术.无线电工程，2015，第45卷，第4期，pp.60-64)中，研究了基于光开关切换波分复用反射光路延时的光控相控阵方案，每个阵元与波分复用的一个波长相对应，波分复用每个通道采用Backward方式的延迟线，在通道延迟线尾端利用法拉第旋转镜作为反射镜，波分复用通道间光纤长度按照等差数列递增。该方案只能实现离散扫描，并且随着天线阵元数目的增加，所需的波长数及波分复用通道数也相应增加，这将大大增加系统的复杂度。

在先技术[3](李琳，吴彭生.光控相控阵波束接收网络，现代雷达，2017，第39卷，第10期，pp.72-75)中，研究了基于光纤色散延时机制的光控相控阵方案，利用光纤对不同波长光载波的色散效应，实现在光域上对多通道微波信号的延时。通过控制光载波的波长间隔，可以得到多通道微波信号之间的等间隔的时间延迟，形成波束指向；通过光开关切换不同长度色散光纤实现波束扫描。该方案同样只能实现离散扫描，并且随着天线阵元数目的增加，所需的波长数也相应增加，这将大大增加系统的复杂度。

因此，上述光控相控阵接收技术方案或存在结构复杂、体积大、功耗高的不足，或者只能实现离散扫描，难以实现大规模天线阵的扩展应用等限制。

发明内容

本发明提供一种大带宽、大角度、连续扫描光控相控阵天线接收装置及方法，有效解决背景技术中难以同时满足难以实现连续扫描、结构复杂难以实现大规模天线阵扩展应用等问题。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

所述光控相控阵天线接收装置包括：单波长激光源、光放大器、1×(M+1)光功率分路器、电光转换单元、光延时单元、1×N光功率合路器、1×M光功率合路器、光学边带滤波器和差分光电探测单元。

所述单波长激光源、光放大器、1×(M+1)光功率分路器、电光转换单元、光延时单元、1×N光功率合路器、1×M光功率合路器、光学边带滤波器和差分光电探测单元通过光纤或光波导依次连接。

所述的电光转换单元的微波光调制方式为电光相位调制。