[发明专利]光学地接收来自相控天线阵列的信号的装置和天线系统

说明书

本发明涉及一种用于从天线阵列(12)接收信号的光接收装置(16)，该光接收装置包括：‑光源(62)，该光源生成光学载波和相对于光学载波发生频移的M个相控光束；‑采集电路(64)，该采集电路包括连接到天线(18)的N条路径(74)，并且包括入射信号的调制器(78)；以及‑波束成形网络(66)，该波束成形网络将(M+1)个第一端口(86)连接到N个第二端口(88)，这些第二端口连接到一条路径(74)，M个第一端口(90)连接到光束和控制端口(92)，该控制端口连接到其它端口(86、88)，使得控制端口(92)上的最大光强度对应于N个第二端口(88)上的相位信号。

【技术领域】

本发明涉及一种光收发器装置，该装置能够发送或接收来自相控天线阵列的信号。本发明还涉及一种包括这种装置的天线系统。

【背景技术】

相控天线阵列是一组供有射频信号的基元天线，调节这些信号的相位，以便获得期望的辐射图。这种天线阵列特别用于雷达或电信领域。

对于前述两个应用，期望增加天线阵列的容量，以便例如允许雷达能够一次跟踪若干目标。为此，已知相控天线阵列的每个基元天线都能够发射若干射频波束，每个射频波束对应于特定的电信信道。

为此，已知直接在射频域中执行空分复用。在这种情况下，使用波束成形电路，这些波束成形电路包括射频延迟线、射频功率分配器以及射频定向耦合器。通过选择延迟线的长度，获得相移，这允许天线阵列的期望扫描。类似地，由射频功率分配器控制的功率分配比使得可以控制打开幅度分布。为了获得这种操作，延迟线和定向耦合器的所述布置被称为布拉斯(Blass)、巴特勒(Butler)或诺兰(Nolen)布置。

由此，在电力线的输入处施加的信号通过穿过多个交叉点直至电力线的一端，来穿过电源线。在每个交叉点处，一部分信号经由定向耦合器耦合在对应的控制线中，以控制关联的基元天线。输入与每个交叉点之间的长度差使得可以控制由基元天线发射的波束的方向。发射图由每个定向耦合器的耦合系数控制。然而，为了避免每条线末端处的杂散反射，自适应电荷在末端处耦合到每条控制线和每条供电线。阵列的设计包括选择适当的延迟和耦合值来获得期望的波束。

然而，在定义延迟(延迟线的长度)和耦合系数时，发射图案被冻结。此外，在实践中，可用耦合系数值的范围有限，这限制了可访问的发射图案的数量。

光学领域中同一概念的换位(称为光束成形阵列)已经进行了许多研究。实际上，光学连接的使用使得可以减少几个数量级的电缆或射频电路的损耗。

所做的研究与体积中或光子集成电路上的光学配置有关。光子集成电路也使用首字母缩略词PIC来指代，并且使得可以获得具有改善的紧凑性的实施方案。

在每种情况下，类似于在射频场中直接进行空分复用的实施方式版本，光束成形阵列设置有M个输入端口和N个输出端口，并且包括延迟线或光学移相器、光学定向耦合器的组合，以便分配光功率。注入到输入端口中的光被分离并以特定于所考虑的光学输出端口的相位或延迟和振幅朝向N个光学输出端口重定向。由此，在每个输出端口上，若干光束与不同的频率、相位以及特定射频信息叠加。复合光输出束由光电二极管检测，该光电二极管提供与光电二极管关联的基元天线。

延迟由在体积中的光学配置中缠绕的光纤来获得，并且在光子集成电路的情况下由螺旋来获得。由此，类似于在射频域中直接进行空分复用的实施方式的情况，在定义延迟(延迟线的长度)或相位以及耦合系数时，发射图案被冻结。

为了获得至少部分可调节的发射图案，已知使用光环谐振器来产生可调节的光学延迟线。为此，使用以下事实：当光学载波使用射频信号调制并传播穿过光波导时，射频信号的实际传播时间由光波导的群延迟确定。群延迟是光波导的相位响应的导数。为了使用这种特性，光束的频率应适于谐振器的谐振频率。这使得整个系统的实施和控制相当复杂。