[发明专利]一种数控光波束合成芯片装置

说明书

本发明公开了一种数控光波束合成芯片装置，其包括光色散波导、光非色散波导、二选一光开关，其输入端连接微波光子雷达产生的多波长射频光载波信号，光色散波导具备稳定的光色散，可以对通过不同波长光产生准确的色散延时，光开关具备可编程特性，可以通过数字信号控制其从开关选择路径，0电平代表选择上路，1电平代表选择下路，输入多波长光信号经过光开关不同状态选择后，可以经过不同数量的色散波导，从末端的不同延时输出口产生对应的不同延时。本发明既克服现有技术中使用微波光子波束合成系统进行延时的延时精度不足、色散系数不均匀性以及波束精确控制等问题。

技术领域

本发明属于微波光子技术、雷达相控阵技术领域。

背景技术

在传统相控阵系统中，天线波束扫描是通过调整辐射单元之间的相位关系来实现，然而用微波元器件实现相控阵天线单元的全电子控制系统还存在着许多问题。首先，用微波技术实现的移相器本身具有很高的复杂性，且微波移相器自身的损耗(尤其在毫米波段)和重量也是制约相控阵雷达性能的重要因素之一。其次，相控阵是控制信号的相位来延迟信号，这导致不同频率的信号即使有相同的相位延迟却有不同的时间延时，从而传统相控阵天线在宽带信号情况下存在波束指向偏斜的问题，而导致传统相控阵雷达技术无法获得大瞬时信号带宽，直接影响雷达对目标的分辨、识别和成像能力的提升。

近年来，微波光子技术被应用于雷达、通信及电子战系统中，通过在光域进行实时延迟的方法补偿孔径渡越时间，可实现相控阵雷达的宽带宽角扫描；同时，光学真延时传输具有损耗低、频带宽、抗电磁干扰等固有优势。因此，可满足现代战争对雷达全方位、高性能的发展要求，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。

如公开号为CN111181683A的专利申请公开了一种基于微波光子的超宽带接收机的装置及设计方法，通过光波分复用技术将光控波束合成和光信道化功能模块通过光传输连接起来，实现了光域处理微波射频信号宽带接收的过程。

目前微波光子波束合成技术主要有基于色散延时和基于长度延时两种体制，上述公开的专利文献采用的为和基于长度延时的合成体制。基于色散延时体制微波光子波束合成一般采用光纤作为延时单元，利用色散效应对不同波长激光信号延时的不同实现天线单元对应通道信号延时。基于色散光纤技术实现延时处理的系统设备量需求小，不同指向的波束通过不同长度的色散光纤即可实现，但其对光载波波长需要精确控制，同时色散光纤的色散系数不均匀性而造成的延时不一致限制了其实用性。基于长度延时体制微波光子波束合成采用对应不同通道的光载射频信号经过不同的光路而产生的延时差来实现天线单元对应通道信号延时。基于长度延时体制的波束合成系统结构简单，但当天线阵元数较多时，其设备量庞大，同时当相控阵系统在高频段工作时，特别是毫米波以上频段，每个通道延时长度的精确控制要求很高，在实际工程应用中难度很大。

发明内容

为克服现有技术中使用微波光子波束合成系统进行延时的延时精度不足、色散系数不均匀性以及波束精确控制等问题，本发明提出了一种数控光波束合成芯片装置。本发明中不同天线列的微波信号被调制到不同波长的光载波上，通过光波长切换选择不同的延时路径实现不同的波束指向；通过多波长光频率梳实现携带不同列路的射频信号信息并直接光传输进入到微波光子信道化模块中去，在模块中通过解波分复用将不同波长光分配到不同的信道化单元中去，通过不同的信道化单元获取到对应列的中频信道化信号，并最终合束到一起，实现了波束合成的目标。

本发明通过以下技术手段实现：一种数控光波束合成芯片装置，所述光芯片上集成多级光色散波导、光非色散波导和多个二选一光开关，通过切换光开关的状态，实现输入光选择不同通道输出，其中所述光色散波导具备稳定的光色散，可以对通过不同波长的输入光产生准确的色散延时。光开关具备可编程特性，可以通过数字信号控制其从开关选择路径，0电平代表选择上路，1电平代表选择下路。

进一步的，所述光色散波导可以通过埋入电极来控制调整色散值，当输入信号为多波长光载波，可实现微调的色散延时，对应于不同的波束指向。