用于相控阵天线的光纤真延时技术

光真延时是对相控阵天线进行光控的一种重要手段.文章介绍用于相控阵天线的光纤真延时技术和各种真延时结构.     

基于OTTD的宽带相控阵空间色散补偿技术研究

从理论上分析了普通相控阵天线空间色散产生的原因,数值模拟了工作频率、波控角对空间色散的影响,对采用子阵光学真延时补偿相控阵天线空间色散的技术进行了理论分析和数值模拟。结果表明对于普通相控阵天线,当工作频率为8GHz、波控角为40°时,对应的波束偏移为13.5°,远远不能满足宽带、宽角度工作的要求,而采用光学真延时(OTTD)技术的相控阵天线,在工作频率为8GHz、波控角为60°时,波束偏移量不到2°,满足了宽带、宽角度工作的要求。     

光控相控阵雷达中的真延时技术

在介绍光控相控阵雷达相对于传统相控阵雷达的优势所在及其发展历程的基础上,阐述了光控相控阵雷达工作的基本原理和实现光控相控阵雷达的手段——真延时。介绍了现阶段国内外实现真延时的方法,通过归纳将真延时结构分为两类,具体分析了两类结构中各种真延时结构的组成、实现方法、工作原理以及现阶段运用在光控相控阵雷达中能够达到的性能指标。     

光学延时物理机质及最新进展研究

分析了光学延时相控阵雷达（天线）国内外研究现状、研究机构及最新研究进展,提炼出普通和色散光纤延时线、波分复用技术结合多波长激光器光学延时、自由空间段结合液晶开关光学延时、布拉格、啁啾光纤光栅光学延时、平面波导技术光学延时、声光技术光学延时的相控阵分类及关键技术和代表性图示,评述了光学延时相控阵雷达（天线）国内外研究概貌。     

啁啾光纤光栅移相器在相控阵天线中的应用

本文首先介绍了相控阵天线中的移相器和延时线，然后从啁啾光纤光栅的相位匹配条件出发推导出这种光栅的时延特性近似表达式，并提出将啁啾光纤光栅作为延时线应用于相控阵开线，然后给出了不同光波波长条件下的相移特性。     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。     

基于光纤拉锥的光波束形成网络研究

光控相控阵雷达天线阵列间的相位关系由光真延时实现,这意味着光纤长度的准确性决定了波束的相位一致性等参数.光真延时制备通常采用光纤切割方法,精度为0.5 mm.随着现代雷达载频和带宽的提升,光纤加工精度要求为0.1 mm,甚至更小,目前光纤切割的精度无法高效地满足这一要求.文中研究了基于光纤拉锥的方法制备光延时线以形成波...     

相控阵雷达天线延时技术的发展

介绍了相控阵雷达天线在大扫描角及大瞬时带宽应用场景下延时补偿技术的发展概况。对天线阵列的波束色散现象以及延时补偿技术对天线方向图的影响进行了分析,并介绍了国内外的一些延时方案。依据延时实现架构,将其分为微波延时、表面声波延时、光延时以及数字延时四类。重点对微波延时的几种不同类型的实现形式进行了描述,并根据微波延时线实现载体的不同,分为GaAs 芯片、射频电缆、印制板和微同轴四种。另外,针对延时拓扑电路进行理论推导分析,说明单延时路径在电路设计上的优势,并分析了基态链路对延时路径的幅度、相位补偿和介质材料对延时量的误差引入。对相控阵雷达天线在大扫描角及大瞬时带宽应用场景下的延时补偿技术研究有一定参考价值。     

L波段宽带相控阵天线真延时网络的设计

论述了宽带相控阵天线渡越时间对天线性能的限制,介绍了消除渡越时间影响的方法,设计了具体的实现方案,即真延时网络,并对该方案进行了仿真和测试。测试结果表明,在1.1~1.5 GHz的带宽内,功分器各端口驻波比小于1.22;微带线和同轴线的群时延具有良好的线性规律。该设计可以实现最小步进250 ps、最大延迟3 750ps的延时,可有效克服渡越时间的不利影响。     

L波段宽带相控阵天线真延时网络的设计

论述了宽带相控阵天线渡越时间对天线性能的限制,介绍了消除渡越时间影响的方法,设计了具体的实现方案,即真延时网络,并对该方案进行了仿真和测试。测试结果表明,在1.1~1.5 GHz的带宽内,功分器各端口驻波比小于1.22;微带线和同轴线的群时延具有良好的线性规律。该设计可以实现最小步进250 ps、最大延迟3 750ps的延时,可有效克服渡越时间的不利影响。     

光控相控阵天线在卫星通信领域的应用前景（特邀）

简要回顾了光控相控阵天线的发展历程,介绍了光控相控阵天线的工作原理,探讨了光控相控阵天线在卫星载荷领域的应用优势。指出高通量卫星超宽带应用和多功能载荷多频段应用是卫星通信的发展趋势之一,光控相控阵天线在大口径、超宽带、宽角扫描方面的应用优势明显。     

一种宽带光控相控阵天线实验系统

本文介绍了一种宽带光控相控阵天线实验系统,阐述了采用光学技术控制的S波段96单元阵列的系统设计与性能,重点说明该系统的宽带特性.该系统采用了一种基于RF开关的五位光延迟网络实现宽的瞬时带宽.实验结果表明,在2.5GHz~3.5GHz频带内,波束指向未出现偏移.     

光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术

本文讨论了光控相控阵雷达的原理和发展现状,介绍了光控技术在宽带宽角扫描相控阵雷达中的应用和优点,详细阐述了不同光实时延迟线(OTTD)的主要构成原理和技术特点,讨论了雷达微波信号的光调制技术和探测技术现状,指出了光控相控阵雷达技术可能的应用方向.文中重点讨论了光控相控阵雷达实现中需解决的关键技术,包括总体设计方案中的系统指标分配,雷达阵面结构设计时光器件温度特性的考虑,微波信号光纤传输中的幅相一致性、动态范围、非线性相位等,OTTD设计加工中的波束切换时间、插入损耗、隔离度、延时精度等.针对OTTD加工中难免存在的加工误差,文中提出了子阵OTTD与阵元移相器联合波控的方法.     

The use of optically coherent detection techniques for true-timedelay phased array and systems

We analyze a true-time-delay, optically controlled phased array antenna system whereby beam forming is accomplished using a large number of antenna elements that can receive any of several different microwave true-time-delays via the use of coherent optical carriers transmitted through a single fiber. The transmitter and receiver architectures are described in detail. We present calculations for the signal-to-noise ratio (SNR), the signal-to-interchannel interference ratio (SIR) and dynamic range (DR) of one channel for various modulation-demodulation schemes (i.e., AM-heterodyne, FM, PM). We show for an example system that can accommodate 128 antenna elements and provide 128 different delays (7 bits), assuming AM modulation with a bandwidth of 1 MHz, a transmitter power of -5 dBm and a laser linewidth of 10 MHz, we can obtain DR≃50 dB for one channel using a channel separation twelve times of that of the microwave frequency (f_m). For the FM scheme, DR≃60 dB can be obtained for one channel with a laser linewidth of 1 MHz, a FM modulation index of one, and a channel spacing of about 13f_m. With a local oscillator laser tuning range of 100 Å, the system can provide seven-bit resolution for a 128 element antenna array. It is found that coherent optically controlled phased array antennas provide improved controllability over direct detection method, and can have the SNR, SIR and DR that meet the stringent requirements of modern high resolution microwave antenna systems     

光控相控阵天线中的光实时延时技术

讨论了光电子技术在宽带宽角扫描相控阵雷达中的应用和优点,介绍了光控相控阵天线的工作原理和发展状况,详述了不同光实时延时线(OTTD)的主要实现方法和技术特点,着重分析了一种可实用的基于光纤和光开关切换的OTTD的设计方法,并讨论了OTTD的性能指标对天线系统性能的影响,最后给出了在子阵OTTD和阵元移相器联合波控方法下的近场实验测试结果,验证了OTTD对相控阵天线宽带宽角扫描性能的改善.     

Tunable Chirped Fiber Grating Based Variable Time-Delay Network for Phased-Array Antenna Beamforming

In this paper, we present a photonics continuous beamforming system for optically controlled phased-array antenna based on a tunable fiber ring laser source and a novel variable true-time delay network consisting of one single-mode fiber delay line and four tunable chirped grating delay lines. The chirp rate of each chirped grating is tuned by bending a uniform fiber Bragg grating (FBG) bonded at a slant onto the lateral surface of a simply supported beam. This kind of variable true-time delay network can provide five-channel time-delayed signals that can be fed to an antenna array to achieve continuously beam scanning. The proposed true-time-delay unit with 5-element phased array steerer is suitable for phased-array antenna beamforming at frequencies up to 12 GHz.     

一维液晶全息编码相控阵天线设计与实现

针对小型极化相控阵雷达精确信号目标探测应用背景,为降低传统T/R相控阵天馈系统设计及调试复杂度,满足低功耗、低损耗、低成本制造、轻薄等应用需求,提出了一种液晶全息编码相控阵天线.主体采用小型化全息辐射单元、慢波结构、平行板波导馈电系统构成的一维全息电控扫描相控阵天线,利用成熟液晶面板制造工艺,通过控制全息辐射单元下方液晶分子的偏转状态调节天线谐振频点,组成全息编码相控阵天线.天线结构通过仿真优化确定,并在实物加工和测量基础上通过全息优化算法及电压灰度控制降低由耦合作用引入的副瓣性能恶化度,用梯度递减的搜索算法结合适当的目标函数优化算法实现方向图的最优控制.实测结果表明,该天线的波束扫描角度达到±49°,经过算法优化后,波束指向角准确度改善3°,旁瓣抑制电平改善1.7 dB.     

Comparative Study on Beam Broadening in Optically Controlled and Conventional Phased Array

The bandwidth characteristic of phased array antenna can be represented by the extent of beam broadening as signal bandwidth is increased. By using two kinds of bandpass signals, the beam 3dB-width values for a variety of instantaneous bandwidths in conventional phased array and wide band optically phased array are respectively analyzed and simulated based on both of their models. And some corresponding curves are given.     

统计模式识别在相控阵天线故障诊断中的应用研究

相控阵天线已广泛应用于雷达系统,而阵列单元的快速诊断日益成为难题。针对相控阵天线阵元故障难以检测的问题,提出了一种基于统计模式识别的方法。首先阐述了相控阵诊断原理,用矩量法构建了仿真环境,并提取了时域特征和小波特征。为增大类间平均距离,建立了故障树诊断模型以减小判别问题的规模,在时域特征空间中用投影聚类算法划分了子空间,在叶节点处用小波特征进行判别,实现了故障阵元的定位。仿真实验表明,该方法在信噪比较低时,比非层次方法优势明显,信噪比大于8时,识别率达到95%以上,且随着规模的增加,识别率并未明显下降,证明该方法理论上能够有效诊断相控阵阵元故障。实际应用中,只须对阵列的行或列逐次诊断即可获知整个阵面的故障信息。