一种微波移相器的制作方法

本发明涉及微波领域，特别涉及到一种特别涉及到一种用于通信、遥控遥测、仪器仪表、航空航天装备、雷达成像，医疗仪器等领域的微波移相器。

背景技术：

移相器是一种对微波信号的相位进行控制调节的一种装置或器件，在相控阵雷达、通信、微波信号测量等领域有广泛应用。任何传输介质对在其中传到的波动都会引入相移，这是早期模拟移相器的原理。现代电子技术发展后，利用A/D，D/A实现了数字相移。但是微波领域，移相器主要采用微带形式么铁氧体材料形式。随着雷达、电子对抗和毫米波微波测量技术的发展，高精度、宽带的工作要求使得现有的微波移相器严重限制了高频段微波应用领域的发展。

现有技术中的微波移相器主要以铁氧材料的移相器为主，应用最广泛。铁氧体移相器的相移位数一般为4-6位，相移范围为1800或3600，并且很难实现工作带宽大于40GHz。存在相移精度低，相移量小的技术问题。因此，提供一种相移精度高，宽带宽，相移量大的微波移相器就很有必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的相移精度低，相移量小的技术问题。提供一种新的基于光电互转装置的微波移相器，该微波移相器具有相移精度高，宽带宽，相移量大的技术特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种基于光电互转装置的微波移相器，包括用于输出偏振光的窄线宽分布式反馈激光器101；与窄线宽分布式反馈激光器101依次连接的用于耦合输出光控制信号的保偏光纤耦合器102，用于将射频输入信号转换为光载射频信号的强度型光调制器104，用于耦合输出光控制信号的单模光纤耦合器106，磁光开关108；与所述磁光开关108并联连接的电动光纤延迟线201及电控压电陶瓷光纤延迟线109；与所述电动光纤延迟线201及电控压电陶瓷光纤延迟线109共同连接的单模光纤耦合器202；与所述单模光纤耦合器202连接的用于相移信号光电转换的高速光电探测器203；所述微波移相器还包括与强度型光调制器104连接的强度型光调制器控制单元及射频信号输入端口，所述强度型光调制器控制单元用于控制强度型光调制器104线性工作；所述电动光纤延迟线201包括两个相对距离可变的自聚焦透镜；所述电控压电陶瓷光纤延迟线109包括伸缩量和折射率随压电陶瓷电压规律变化的单模光纤。

上述方案中，为优化，进一步地，所述强度型光调制器控制单元包括调制器驱动器105，与所述调制器驱动器105连接的光电探测器103及光电探测器107；所述光电探测器103还与保偏光纤耦合器102的次输入端相连，光电探测器107还与单模光纤耦合器106的次输入端相连。

进一步地，所述保偏光纤耦合器102耦合比为1:99。

进一步地，所述单模光纤耦合器106耦合比为1:99。

进一步地，所述磁光开关108切换速度不大于10us。

进一步地，所述电动光纤延迟线201包括固定在电动光纤延迟线的壳体上的第一自聚焦透镜，电动平移台及固定于电动平移台的第二自聚焦透镜。

进一步地，所述电动光纤延迟线201延迟量不低于2000ps。

进一步地，所述电控压电陶瓷光纤延迟线109包括圆筒型压电陶瓷，绕制于圆筒型压电陶瓷上的单模光纤绕制。

进一步地，所述电控压电陶瓷光纤延迟线109时延精度不低于10fs。

本发明采用电光互转技术设计微波移相器，具有大于40GHz的工作带宽，并且无色散效应，相移精度可达0.10。相移范围可根据相移控制速度的快慢设计成几十至几百个周期。与现有的微波移相器相比，本发明提出的微波移相器具有相移精度高，超大带宽和超大相位移动量等特点。具体地，窄线宽DFB激光器101输出的偏振光经过耦合比为1:99的保偏光纤耦合器。该耦合器大功率输出的端口的输出光经过强度型光调制器104后进入一耦合比为1:99的单模光纤耦合器106中。该耦合器大功率输出端口的输出光经过磁光开关108。通过控制磁光开关，使其输出光可分别通过电控压电陶瓷光纤延迟线109或电动光纤延迟线201，延迟线输出光经过一单模光纤耦合器202后入射进高速光电探测器203。保偏光纤耦合器102和单模光纤耦合器106小信号输出端口输出的光信号分别进入光电探测器103和107中，这两个光电探测器将光信号转变成电信号并通过调制器驱动器105来使得强度型光调制器的工作点始终处于线性调制范围内。微波信号加载到强度型光调制器104上，将该射频信号调制到光波上而输出一光载射频信号。该光载射频信号通过光开关选择进入任意一种延迟线后最终进入高速光电探测器203，高速光电探测器203将光信号转换成相移后的微波信号。本发明提出的微波移相器的相移原理为：式中为移相器的相位变化量，f为微波信号的频率，τ为电控压电探测光纤延迟线或电动光纤延迟线的时延变化量。

本发明的有益效果：

效果一，提高了移相精度；

效果二，增大了工作带宽；

效果三，增大了移相量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，基于光电互转装置的微波移相器的系统框架图。

图2，强度型光调制器控制单元原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，基于光电互转装置的微波移相器的系统框架如图。

如图2所示，强度型光调制器控制单元的结构原理如图。

一种基于光电互转装置的微波移相器，包括用于输出偏振光的窄线宽分布式反馈激光器101；与窄线宽分布式反馈激光器101依次连接的用于耦合输出光控制信号的保偏光纤耦合器102，用于将射频输入信号转换为光载射频信号的强度型光调制器104，用于耦合输出光控制信号的单模光纤耦合器106，磁光开关108；与所述磁光开关108并联连接的电动光纤延迟线201及电控压电陶瓷光纤延迟线109；与所述电动光纤延迟线201及电控压电陶瓷光纤延迟线109共同连接的单模光纤耦合器202；与所述单模光纤耦合器202连接的用于相移信号光电转换的高速光电探测器203；所述微波移相器还包括与强度型光调制器104连接的强度型光调制器控制单元及射频信号输入端口，所述强度型光调制器控制单元用于控制强度型光调制器104线性工作；所述电动光纤延迟线201包括两个相对距离可变的自聚焦透镜，改变第一自聚焦透镜及第二自聚焦透镜之间的相对距离来改变光载射频信号中携带的微波信号的相位，这种延迟线具有很高的延迟量，对应40GHz微波频率时，相移量远超过现有的微波移相器的相移量；所述电控压电陶瓷光纤延迟线109包括伸缩量和折射率随压电陶瓷电压规律变化的单模光纤，这种延迟线的最小时延精度可达fs级，对应40GHz微波频率时，相移精度远超过现有的微波移相器的相移精度。

所述强度型光调制器控制单元包括调制器驱动器105，与所述调制器驱动器105连接的光电探测器103及光电探测器107；所述光电探测器103还与保偏光纤耦合器102的次输入端相连，光电探测器107还与单模光纤耦合器106的次输入端相连。选用的强度型光调制器104和高速光电探测器203的3dB带宽大于40GHz，能够满足超宽带的工作需求。

所述保偏光纤耦合器102耦合比为1:99。选用次输出端信号较好的保偏光纤耦合器，能够在不影响主输出的基础上，耦合小信号到强度型光调制器控制单元。

所述单模光纤耦合器106耦合比为1:99。选用次输出端信号较好的保偏光纤耦合器，能够在不影响主输出的基础上，耦合小信号到强度型光调制器控制单元。

所述磁光开关108切换速度不大于10us，用于快速切换。该磁光开关可选用切换速度更快的高速磁光开关。

所述电动光纤延迟线201选用包括固定在电动光纤延迟线的壳体上的第一自聚焦透镜，电动平移台及固定于电动平移台的第二自聚焦透镜。该电动光纤延迟线201的延迟量按需设计。

本实施例中，所述电动光纤延迟线201延迟量为2000ps，对应40GHz微波频率，相移量高达288000，远超过现有的微波移相器的相移量。

所述电控压电陶瓷光纤延迟线109包括圆筒型压电陶瓷，绕制于圆筒型压电陶瓷上的单模光纤绕制。电控压电陶瓷光纤延迟线的时延精度能够通过对电压的步进控制予以提高。

本实施例中，所述电控压电陶瓷光纤延迟线109时延精度为10fs。对应40GHz微波频率时，相移精度高达0.140，远超过现有的微波移相器的相移精度。同时，加载到压电陶瓷上的工作电压的变化频率为KHz级，从而使得本发明提出的微波移相器的相位控制速度达到KHz级。

制作微波移相器的方法步骤如下：

步骤A.根据移相器的相移范围和精度，经过计算选用合适的电动光纤延迟线和电控压电陶瓷光纤延迟线；

步骤B.制作电动光纤延迟线，将第一自聚焦透镜固定在电动光纤延迟线的壳体上，将第二自聚焦透镜固定在电动平移台上，通过电动平移台的移动来改变两个自聚焦透镜之间的距离，从而来改变光载射频信号的相位。

步骤C.制作电控压电陶瓷光纤延迟线，将单模光纤绕制在圆筒型压电陶瓷上，圆筒型压电陶瓷施加可变电压，通过控制压电陶瓷的电压来改变绕制在上面的单模光纤的伸缩量和折射率，从而改变光纤中传输的微波信号的相位。

微波移相器的工作流程如下：

1、将该微波移相器接入系统中，给移相器上电，调制器驱动器接收到保偏光纤耦合器102及单模光纤耦合器106的控制信号，控制强度型光调制器工作在线性工作点。

2、高速磁光开关对电控压电陶瓷光纤延迟线及电动光纤延迟线进行切换，移动电控压电陶瓷光纤延迟线或电动光纤延迟线产生一个延时，高速光电探测器的输出微波信号的相位就对应发生一个相位偏移。

3、电控压电陶瓷光纤延迟线可以产生高精度，快速调节的相移，而电动光纤延迟线可以产生大量程的相移量，通过两者结合实现移相器的高精度、快速和大量程。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本发明，但是本发明不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本发明精神和范围内，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。