[发明专利]光控微波波束形成器

说明书

技术领域

本发明涉及宽带光控相控阵雷达，特别是一种光控微波波束形成器。 

背景技术

波束形成器(BFN-Beam Forming Networks)是相控阵雷达和智能天线的核心，它通过控制阵列中各个微波链路的相位差或真延时差，使各微波辐射源的辐射场在远场的特定方向产生干涉极大，达到能量定向发射(或接收)的目的。改变各微波链路间的相位差或真延时差，以对波束的指向进行控制。 

波束形成，本质上是通过处理多阵元接收（发射）以得到特定的方向图，是现代雷达和电子对抗装备具有良好战术和性能的前提和基础。 

光控微波波束形成器(简称为OBFN)，是一种将光纤无线电(RoF)技术与光控相控阵天线(简称为OPAA)技术相结合的技术。其中RoF技术利用光电子器件实现电信号的调制、传输和频率变换等；其中光电子器件和系统以其体积小、重量轻、损耗小、抗电磁干扰、带宽大、信道容量高等优点，可以解决传统微波毫米波系统存在的诸多问题，满足未来无线通信系统的需要；可应用于射频信号传输、远程天线、无线接入等领域；OPAA技术包括宽带微波信号的功率分配、定向发射等，主要应用于智能天线和相控阵雷达。采用微波移相器的波束形成器工作在宽频带下会出现波束倾斜现象，而采用真时延（True Time Delay，简称为TTD）的波束形成网络则可以克服宽频带下的波束倾斜效应；早期的TTD网络采用电学结构实现，体积大、易受电磁干扰。随着宽频带、体积小、重量轻的光学器件及光学信息处理技术的发展，人们开始寻求应用光学的方法解决波束形成的设计。 

传统的采用移相器的波束形成网络存在波束倾斜效应[参见文献[1]Michael Y.Frankel and Ronald D.Esman,True Time-Delay Fiber-optic Control of an ultrawideband Array Transmitted Receiver with Multibeam Capability]，，采用宽谱光源的光学多波束形成器相对于采用单频光源的外调制链路的噪声系数高30dB以上，严重影响系统的信噪比，限制系统的动态范围，不适用于传输矢量信号等对噪声有较高要求的场合（参见文献[2]Reconfigurable Optical Beamformer for  Simplified Time Steered Arrays，US2002/0181874A1,Dec.5,2002），因此本系统采用单频光源，信号调制方式采用外调制方式；已经面世的波束形成器的时延网络部分较多采用介质的色散特性（参见文献[3]Photonic dual RF beam reception of an X band phased array antenna using a photonic crystal fiber-based true-time-delay beamformer,Harish subbaraman,Applied Optics,47,6448,2008）和光开关产生时延（参见文献[2]Reconfigurable Optical Beamformer for Simplified Time Steered Arrays，US2002/0181874A1,Dec.5,2002；文献[4]Optical beam former for high frequency antenna arrays）,对于采用色散特性的时延网络，存在不易有效快速控制波束扫描，波束扫描速度慢，响应速度慢，延时精度不高，实时性差，可操作性不强等缺点；由于光开关较为昂贵，对4x4光学波束形成器，需采用的光开关数目为16个产生不同的时延，且不能实现时延的连续可调，采用光开关组成时延阵列，则会造成成本昂贵，控制结构复杂，只能实现部分波束的扫描，实用化价值不高； 

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种光控微波波束形成器，该波束形成器具有信噪比高、动态特性好、延时精度高、连续可调、稳定性好等优点，而且便于进行系统阵列规模的扩展。 

本发明技术解决方案如下：