寬帶光延遲移相網(wǎng)絡(luò)波束形成技術(shù)研究.pdf

1、光控相控陣天線具有寬帶寬角的技術(shù)特點(diǎn),成為相控陣天線領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。光延遲移相網(wǎng)絡(luò)作為相控陣天線波束形成的核心部件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波信號(hào)在光域的延遲移相和合波,克服了“孔徑效應(yīng)”和“渡越時(shí)間”對(duì)帶寬的限制。光延遲移相網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)指標(biāo)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(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能的光控相控陣天線具有重要意義。
　　論文詳細(xì)分析研究了光延遲移相網(wǎng)絡(luò)的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方案,針對(duì)光控相控陣天

2、線的工程應(yīng)用,采用磁光開關(guān)、單模光纖、光分路器、波分復(fù)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(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),完成了實(shí)施方案的設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的分析計(jì)算。
　　采用相控陣波束形成理論和統(tǒng)計(jì)理論,推導(dǎo)了光延遲移相網(wǎng)絡(luò)延遲誤差和幅度誤差與空間波束電平指標(biāo)之間的理論關(guān)系式?；诠鈧鬏旀溌吩肼暲碚?推導(dǎo)了模擬光收發(fā)模塊噪聲系數(shù)、輸出信噪比、鏈路關(guān)鍵光電參數(shù)與空間波束電平之間的理論關(guān)系式。對(duì)上述理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行了仿真研究,

3、仿真結(jié)果表明:光延遲移相網(wǎng)絡(luò)延遲誤差對(duì)空間波束指標(biāo)劣化起主導(dǎo)作用,幅度誤差僅對(duì)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(shù)的1/2次方成正比,與陣元數(shù)的3/2次方成反比;鏈路中激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲、鏈路插入損耗、激光器輸出平均光功率是導(dǎo)致空間波束指標(biāo)劣化的主要因素,這些參量劣化均會(huì)導(dǎo)致波束主瓣指向誤差增大和增益降低,副瓣出現(xiàn)電平升高,其中激光器相對(duì)強(qiáng)度噪聲影響最為明顯。當(dāng)激光器相對(duì)強(qiáng)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(duì)光延遲移相網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間的精確測(cè)量,采用相干長(zhǎng)度包絡(luò)頂點(diǎn)檢測(cè)技術(shù),設(shè)計(jì)了基于M-Z干涉儀相干零位檢測(cè)的光纖長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng),測(cè)量精度達(dá)到亞皮秒量級(jí)。同時(shí),研制了高精度光纖切割工藝平臺(tái),實(shí)現(xiàn)10μm級(jí)切割精度?；谏鲜鰷y(cè)量平臺(tái)和工藝平臺(tái),完成了高延遲精度的波分復(fù)用延遲線和5bit磁光開關(guān)延遲線的研制,其中延遲誤差均方差分別達(dá)到0.14ps和0.62ps,幅度一致性達(dá)到0.13dB和0.32

5、dB。
　　針對(duì)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(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)包含256條延遲鏈路,在空間形成了15個(gè)固定波束和1個(gè)可變波束,主要技術(shù)指標(biāo)為:固定波束和可變波束無(wú)源網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了高精度的延遲時(shí)間和幅度一致