专利名称：滤波器反馈复用的毫米波副载波光控微波波束形成网络的制作方法
技术领域：
滤波器反馈复用毫米波副载波光控微波波束形成网络是一种对毫米波副载波做真延时的信号处理系统，属于光通信和微波结合领域，特别是涉及到宽带光控相控阵雷达，光控波束形成智能天线等领域。
背景技术：
光控微波波束形成网络(OBFN)是微波光子学领域的一个重要研究方向，它是利用光波技术对宽带微波信号进行功率分配，相位控制，以及功率合成，从而实现对微波信号空间分布的控制。最早的波束形成主要应用于相控阵雷达当中，主要是应用移相器实现波束指向。但当雷达需要同时对多个目标进行高精度的探测、跟踪、定位等功能时，这就需要更高的带宽和频率，基于移相器的波束形成网络在宽带工作时就会产生波束偏斜现象，而基于真延时(TTD)的波束形成网络则可以克服宽带系统中的波束偏斜问题。早期的TTD模块都是用同轴电缆等电设备构成的，当相控阵天线阵元很多时，波束形成部分体积庞大，重量大，损耗大，而且也容易受到电磁干扰。在二十世纪八十年代初，光学处理技术的宽带宽、低损耗、体积小、重量轻等优点吸引人们应用光学手段进行波束形成的设计，这就是光控微波波束形成网络。随着光纤技术的发展和宽带多业务无线通信需求的增加，光控微波波束形成网络已经成为近年来的研究热点，在军事、无线通信、经济、科学研究等领域已经呈现出诱人的应用前景。
目前，基于宽谱光源的光控微波波束形成网络是当前微波波束形成网络的一个重要实现方案，它有延时精度高，稳定性好，抗串扰和多径效果好，延时可以连续可调等优点。但是它也面临光源能量应用效率较低，阵列规模扩展性不强等问题。
本发明为了解决上述的技术问题，提出了一种新型的基于滤波器复用的宽谱光源光控微波波束形成网络，能够有效的提高系统的能量利用效率，方便的扩展系统阵列规模。
发明内容
本发明的目的在于解决目前的基于宽谱光源的光控微波波束形成网络所面临的光源能量应用效率较低，阵列规模扩展性不强等问题，提出一种新型的基于滤波器复用的宽谱光源光控微波波束形成网络，有效的提高系统的能量利用效率，方便的扩展系统阵列规模。
本发明的特征在于含有宽谱光源、波长选择复用模块、反馈复用环行器、第一掺铒光纤放大器、M-Z调制器、第二掺铒光纤放大器、色散元件以及第三掺铒光纤放大器，其中 宽谱光源，波长为1534nm-1560nm，误差±1dB，总功率为100mW； 波长选择复用模块，由一个1:N的分束器、N条波长选择复用支路以及一个N:1的合路器依次接连构成，其中 1:N的分束器，输入是所述宽谱光源发出的宽谱光，输出为N路宽谱光； N条波长选择复用支路，每一条波长选择复用支路由一个支路环行器和一个支路可调谐滤波器串联构成，所述的支路环行器接收由所述1:N分束器输出的一束宽谱光，所述支路可调谐滤波器输出对应于该支路的信号光谱； N:1合路器，是一个N:1的耦合器，将所述的N条波长选择复用支路输出的N个信号光谱合为梳状光谱，作为所述波长选择复用模块的输出； 反馈复用环行器，接收从所述N:1合路器输出的梳状光谱再输出到第一掺铒光纤放大器放大； 第一掺铒光纤放大器，把放大后梳状光谱输出到一个M-Z调制器； M-Z调制器，把一个需要传输的微波信号调制到所述的梳状光谱上，其需要传输的微波信号由一个微波源输入； 第二掺铒光纤放大器，接收由M-Z调制器输出的受所述需传输的微波信号调制后的梳状光谱，并加以放大，再输出到所述的色散元件； 色散元件是一个啁啾光纤光栅，对接收到的所述的梳状光谱进行色散延时后，再输出到所述的第三掺铒光纤放大器进行放大； 第三掺铒光纤放大器，把先经过所述的需传输的微波信号调制、再色散延时的梳状光谱放大，再反馈到所述的反馈复用环行器后，再由该反馈复用环行器反向反馈到所述的N:1合路器，合路器将收到的所述反馈复用环行器输出的能量都集中在梳状光谱中的各个峰值波长处的光谱，分为N束光谱反向输入到所述N条波长选择复用支路中的各个可调谐滤波器的反馈输入端口进行反馈滤波，滤波后的光谱进入到所述各波长选择复用支路中的环行器的反向输入端口后输出N路具有不同延时的信号供自动功率均衡所用。
发明效果本发明中，通过滤波器和环行器组成的波长选择复用模块，可以减少光路中无用光谱分量，使得系统放大能量都集中在有用波长的光信号上面，能够大大提高系统能量的利用效率，提高进入PD前的光信号水平，从而获得更好的信噪比。经过实验证实，能够提高PD前端光功率达8dB。提高信噪比16dB。另外由于系统能量利用效率提高，同样规模的系统能够支持更大的阵列规模，使得系统扩展性增强。
图1滤波器反馈复用的毫米波副载波光控微波波束形成网络的基本结构。
具体实施例方式 本发明的基本原理为通过对滤波器正反方向的复用，使得波束形成网络中的宽谱光源谱型得到整形优化，使其在EDFA中的放大效率得到很大提高，进而提高整个链路中有效光谱的功率水平，达到提高能量利用效率，在相同的系统功率下新方案能够有效提高信噪比，能支持比普通延时网络更大规模的阵列。此波束形成网络的基本结构如图1所示。
图1中由宽谱光源发出的宽谱光，首先进入波长选择复用模块，此模块由一个1:N的分束器、N条波长选择复用支路以及一个N:1的合路器依次接连构成，宽谱光通过1:N分束器分为N个支路，每一支路都进入该支路环行器的1端口，通过环行器后从环行器的2端口输出进入滤波器，得到该路的信号光谱，然后把每一路的信号光谱通过N:1的合路器合为一路得到梳状光谱后由波长选择复用模块输出。输出后梳状光谱输入一个环行器的2端口。梳状光谱经过环行器的3端口输出后进入EDFA放大，放大后的光谱经过一个M-Z调制器被调制上微波信号。该调制后的梳状光谱通过色散元件后，不同的光谱峰值获得了不同的色散群延时。通过色散元件后的梳状光谱再一次被EDFA放大后，进入环行器的1端口，由2端口输出后重新再输入到波长选择复用模块。在波长选择复用模块中梳状光谱被分配到每一个滤波器上反向滤波，通过后剩下的光谱进入到支路环行器的2端口，由3端口输出至功率均衡器，均衡各路光功率，使得到达光电探测器的光功率相等。经过光探测器的探测，光微波信号被还原为延时后的微波信号并且经过天线阵列发射。
我们采用的宽谱光源为1530nm到1560nm，总功率为100mW，波长起伏不大于1dB。这样的宽谱光进入波长选择复用模块，被1:N耦合器分为N路。每一路中由于环行器和可调谐滤波器的作用，宽谱的一部分光谱被滤出进入N:1耦合器合路。合路后的光谱成为我们需要的N个峰值的梳状谱。实验时N＝4，得到的梳状光谱的4个峰值波长分别为1553.1nm，1555.2nm，1557.3nm和1559.4nm，各波长间的功率起伏不大于1dB。
在通过波长选择复用模块后，梳状光谱通过EDFA放大后进入到一个电光调制器，被需要传输的微波信号调制。调制了微波信号的梳状光谱被送入色散元件，不同的光谱分量获得不同的色散群延时。这里色散器件可以是高色散啁啾光纤光栅，高色散光子晶体光纤等多种高色散波导。获得了不同色散延时的梳状光谱再次进入EDFA被放大。这里EDFA是一个功率放大EDFA，它为梳状谱再入波长选择复用模块提供足够的能量。由于EDFA放大的是梳状光谱，它的放大能量都集中在梳状光谱中的各个峰值波长处。由于传统的宽谱光源光控微波波束形成网络中EDFA放大的是均匀光谱，所有能量都平均的分配到整个波段上面，绝大部分会被后面滤波去滤除，与传统的方案相比，新方案中EDFA的能量都集中在了有用的峰值波长上，绝大部分EDFA的能量都用于放大了滤波器带内的有用光信号，他们在再次通过滤波器的时候绝大部分都会被保留下来，使得系统能量利用效率大大提高。实验时N＝4，由于EDFA增益谱型的非平坦性，第三EDFA放大后梳状光谱各个光谱分量的功率已经不再相等，需要在系统后级用自动功率均衡器来均衡。
光谱再次进入波长选择复用模块后，通过1:N的耦合梳状谱被分为N路，每一路进入滤波器再次滤波。滤波后得到每一路所需要的光谱分量。此分量被送入到光功率均衡模块中均衡为一个固定功率值。均衡后的光信号被送入PD中探测，还原成我们延时后的微波信号，实验得到了清晰的眼图。
我们的系统也能够方便的扩展阵列数量，只需要加上新的波长选择复用模块就可以完成。实验中成功的扩展成了N＝8的滤波器反馈复用的毫米波副载波光控微波波束形成网络，并得到了第一EDFA放大前和第三EDFA放大后的光谱图。
权利要求
1.滤波器反馈复用的毫米波副载波光控微波波束形成网络，其特征在于，含有宽谱光源、波长选择复用模块、反馈复用环行器、第一掺铒光纤放大器、M-Z调制器、第二掺铒光纤放大器、色散元件以及第三掺铒光纤放大器，其中
宽谱光源，波长为1534nm-1560nm，误差±1dB，总功率为100mW，
波长选择复用模块，由一个1:N的分束器、N条波长选择复用支路以及一个N:1的合路器依次接连构成，其中
1:N的分束器，输入是所述宽谱光源发出的宽谱光，输出为N路宽谱光，
N条波长选择复用支路，每一条波长选择复用支路由一个支路环行器和一个支路可调谐滤波器串联构成，所述的支路环行器接收由所述1:N分束器输出的一束宽谱光，所述支路可调谐滤波器输出对应于该支路的信号光谱，
N:1合路器，是一个N:1的耦合器，将所述的N条波长选择复用支路输出的N个信号光谱合为梳状光谱，作为所述波长选择复用模块的输出，
反馈复用环行器，接收从所述N:1合路器输出的梳状光谱再输出到第一掺铒光纤放大器放大，
第一掺铒光纤放大器，把放大后梳状光谱输出到一个M-Z调制器，
M-Z调制器，把一个需要传输的微波信号调制到所述的梳状光谱上，其需要传输的微波信号由一个微波源输入，
第二掺铒光纤放大器，接收由M-Z调制器输出的受所述需传输的微波信号调制后的梳状光谱，并加以放大，再输出到所述的色散元件，
色散元件是一个啁啾光纤光栅，对接收到的所述的梳状光谱进行色散延时后，再输出到所述的第三掺铒光纤放大器进行放大，
第三掺铒光纤放大器，把先经过所述的需传输的微波信号调制、再色散延时的梳状光谱放大，再反馈到所述的反馈复用环行器后，再由该反馈复用环行器反向反馈到所述的N:1合路器，合路器将收到的所述反馈复用环行器输出的能量都集中在梳状光谱中的各个峰值波长处的光谱，分为N束光谱反向输入到所述N条波长选择复用支路中的各个可调谐滤波器的反馈输入端口进行反馈滤波，滤波后的光谱进入到所述各波长选择复用支路中的环行器的反向输入端口后输出N路具有不同延时的信号供自动功率均衡所用。
全文摘要
滤波器反馈复用的毫米波副载波光控微波波束形成网络属于毫米波副载波光控微波波束形成技术领域，其特征在于，用一个波长选择复用模块把宽谱光源输出的宽谱光转换为一个梳状光谱，经过所需传输的微波信号的调制后，再经色散延时、放大后形成一个大部分能量集中在各峰值波长处的梳状光谱，再利用所述波长选择复用模块中的可调谐滤波器反向滤波后，得到所需的各路信号，掺铒光纤放大器中的放大效率得到很大提高从而提高了整个链路的有用光谱的功率水平，与传统的宽谱光经光控微波波束形成网络相比，提高了能量利用率。
文档编号H04B10/12GK101359962SQ200810222809
公开日2009年2月4日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者郑小平, 宋怡桥, 薛晓晓, 张汉一, 周炳琨 申请人:清华大学