寬帶光延遲移相網絡波束形成技術研究.pdf

1、光控相控陣天線具有寬帶寬角的技術特點,成為相控陣天線領域的研究熱點。光延遲移相網絡作為相控陣天線波束形成的核心部件,實現了對微波信號在光域的延遲移相和合波,克服了“孔徑效應”和“渡越時間”對帶寬的限制。光延遲移相網絡的技術指標將直接影響相控陣天線空間波束形成的性能,因此,研究寬帶、高精度、多波束的光延遲移相網絡對實現高性能的光控相控陣天線具有重要意義。
　　論文詳細分析研究了光延遲移相網絡的各種拓撲結構和實現方案,針對光控相控陣天

2、線的工程應用,采用磁光開關、單模光纖、光分路器、波分復用器等器件,提出了滿足寬帶、高精度、多波束要求的光延遲移相網絡拓撲結構,完成了實施方案的設計和關鍵技術參數的分析計算。
　　采用相控陣波束形成理論和統(tǒng)計理論,推導了光延遲移相網絡延遲誤差和幅度誤差與空間波束電平指標之間的理論關系式。基于光傳輸鏈路噪聲理論,推導了模擬光收發(fā)模塊噪聲系數、輸出信噪比、鏈路關鍵光電參數與空間波束電平之間的理論關系式。對上述理論推導結果進行了仿真研究,

3、仿真結果表明:光延遲移相網絡延遲誤差對空間波束指標劣化起主導作用,幅度誤差僅對副瓣電平影響較為明顯;光載波傳輸鏈路中,束指向誤差均方差與鏈路噪聲系數的1/2次方成正比,與陣元數的3/2次方成反比;鏈路中激光器相對強度噪聲、鏈路插入損耗、激光器輸出平均光功率是導致空間波束指標劣化的主要因素,這些參量劣化均會導致波束主瓣指向誤差增大和增益降低,副瓣出現電平升高,其中激光器相對強度噪聲影響最為明顯。當激光器相對強度噪聲低于-140dB/Hz,

4、鏈路插入損耗小于10dB,系統(tǒng)性能較佳。
　　針對光延遲移相網絡延遲時間的精確測量,采用相干長度包絡頂點檢測技術,設計了基于M-Z干涉儀相干零位檢測的光纖長度測量系統(tǒng),測量精度達到亞皮秒量級。同時,研制了高精度光纖切割工藝平臺,實現10μm級切割精度。基于上述測量平臺和工藝平臺,完成了高延遲精度的波分復用延遲線和5bit磁光開關延遲線的研制,其中延遲誤差均方差分別達到0.14ps和0.62ps,幅度一致性達到0.13dB和0.32

5、dB。
　　針對16陣元寬帶(2~6GHz)相控陣接收線陣,研制了高精度寬帶多波束光延遲移相網絡。該網絡包含256條延遲鏈路,在空間形成了15個固定波束和1個可變波束,主要技術指標為:固定波束和可變波束無源網絡延遲誤差均方差分別優(yōu)于0.16ps和0.63ps,插入損耗誤差均方差優(yōu)于0.18dB和0.34dB,波束內光收發(fā)模塊幅度誤差均方差優(yōu)于0.65dB,相位誤差均方差優(yōu)于1.96°。光延遲移相網絡實現了高精度的延遲時間和幅度一致