[发明专利]一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片

说明书

本发明公开了一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片。所述芯片包括N个光输入端口，N个光电探测器，N个光开关，N‑1个可调光延时线，分束/合束器。本发明利用2×2光开关的路径选择性，当光载微波信号从芯片左侧第一光输入端口输入时，通过第一、第二、第三、第四、至第N光开关选择对应路径可以实现波束的发射功能；当光载微波信号从芯片右侧第二、第三、第四、至第N光输入端口输入时，通过第一、第二、第三、第四、至第N光开关选择对应路径可以实现波束的接收功能。该芯片可实现具有大带宽、避免波束斜视效应、抗电磁干扰的微波光子波束发射与波束接收。

技术领域

本发明属于集成光子技术和微波光子技术领域，涉及一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片。

背景技术

波束形成技术在雷达和无线通信领域有着广泛的应用，通过控制天线单元间的相位，可以实现天线阵列发射和接收波束的扫描，从而在特定方向收发微波信号并改善信噪比。传统电子相控阵天线系统，波束形成一般采用电学移相器方案，会产生宽带信号收发导致的所谓波束“斜视”效应；也可采用电学延时波导方案，但通常其具有损耗较大、带宽窄的不足。同时，电学移相器和电学延时波导都易受电磁干扰。为了解决这些问题，随着集成光子技术和微波光子技术的发展，具有大带宽、无波束“斜视”效应、且抗电磁干扰的基于可调光延时线的波束形成芯片逐渐成为研究热点。

目前，基于可调光延时线的波束形成芯片在应用于发射端和接收端时，结构通常是不同的。在实际应用中，需要对波束发射和波束接收芯片的结构进行分别设计制作，导致芯片尺寸大、成本高。若同一块芯片能实现波束发射和波束接收的动态可切换，则可以有效解决这些不足。

发明内容

针对现有技术的以上问题或改进需求，本发明提供了一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片，实现大带宽、无波束“斜视”效应、且抗电磁干扰的同时，实现波束发射与波束接收功能的可切换。

本发明所述一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片，具体通过以下技术方案实现：利用2×2光开关的路径切换功能，选择芯片上不同的光输入端口和不同的波导传输路径，在芯片上实现波束发射和波束接收功能的可切换。当光载微波信号从芯片左侧的第一光输入端口输入时，第一光开关设置为交叉态，光载微波信号经过分束器分成N-1路进入第一、第二、第三、至第N-1可调光延时线进行对应的延时处理，第二、第三、第四、至第N光开关设置为直通态，各通道延时后的光载微波信号便会进入片上的第二、第三、第四、至第N光电探测器下变频至微波信号输出，以实现波束发射功能；当N-1通道的光载微波信号从芯片右侧的第二、第三、第四、至第N光输入端口输入时，第二、第三、第四、至第N光开关设置为交叉态，N-1路光载微波信号进入第一、第二、第三、至第N-1可调光延时线进行对应的延时处理，然后通过合束器合束，第一光开关设置为直通态，合束后的光载微波信号便会进入片上的第一光电探测器下变频至微波信号输出，以实现波束接收功能；

根据上述发明思路，一种基于光开关的收发可切换波束形成芯片，其特征在于包括：第一光输入端口(1)、第二光输入端口(2)、第三光输入端口(3)、第四光输入端口(4)、第N光输入端口(5)、第一光电探测器(6)、第二光电探测器(7)、第三光电探测器(8)、第四光电探测器(9)、第N光电探测器(10)、第一光开关(11)、第二光开关(12)、第三光开关(13)、第四光开关(14)、第N光开关(15)、第一可调光延时线(16)、第二可调光延时线(17)、第三可调光延时线(18)、第N-1可调光延时线(19)、分束/合束器(20)；其中：

所述第一、第二、第三、第四、至第N光输入端口用于将芯片外的光载微波信号耦合进芯片，所述第一、第二、第三、第四、至第N光电探测器用于将芯片处理后的光载微波信号下变频，转换为微波信号；