一种m比特位光学延时器的制作方法

[0001]
本发明属于相控阵技术领域，具体涉及一种m比特位光学延时器。


背景技术：

[0002]
现代相控阵雷达随着观测对象(空间碎片，隐身飞机等)需求的变化，工作频率逐渐提高，瞬时工作带宽不断扩大，尤其在毫米波段，随着带宽的扩大，传统移相器做波束扫描的方式无法满足相控阵系统工作需求，而毫米波段宽带甚至超宽带微波延时器研制难度大，性能指标差，延时量小，严重阻碍了宽带毫米波相控阵系统的发展。
[0003]
近年来，利用光学传输带宽大、损耗小、质量轻、体积小、抗电磁干扰等优点，微波光子技术被广泛应用于雷达、通信及电子战系统中，成为相关领域的研究热点。光控相控阵雷达采用微波光子技术，通过光实时延迟的方法来补偿孔径渡越时间，可以实现相控阵雷达的宽带宽角扫描。
[0004]
在多种延时方案中，一种基于色散光纤的色散效应对不同波长光载波进行延时处理，具有成本低，易于实现等特点，在光控多波束网络中应用较广泛。但其对光载波波长需要等间隔、色散光纤的色散系数不均匀性造成延时不一致等缺点限制了其实用性。


技术实现要素：

[0005]
本发明目的在于如何解决在色散光纤的色散延时方式中由于光纤色散系数不均匀性带来的延时误差和等波长间隔的限制的问题。
[0006]
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
[0007]
一种m比特位光学延时器，包括：1个1*2光开关、1个2*1光开关、(m-1)个2*2光开关、m个延时单元；所述的1*2光开关包括一个输入端和两个输出端、所述的2*1光开关包括两个输入端和一个输出端、所述的2*2光开关包括两个输入端和两个输出端，所述的延时单元包括一个输入端和一个输出端；1个1*2光开关、(m-1)个2*2光开关以及1个1*2光开关首尾依次连接形成两条支路，分别为上支路和下支路；m个所述的延时单元分别串接在相邻的两个光开关之间的上支路中；每个所述的延时单元包括1个解波分复用、1个合波分复用和n个不同长度的延时线；前一个光开关的输出端与解波分复用的输入端连接，解波分复用的输出端通过n个不同长度的延时线与合波分复用的输入端连接，合波分复用的输出端与后一个光开关的输入端连接；所述的光开关用于光路选择，通过控制1*2光开关、2*1光开关以及(m-1)个2*2光开关的状态，将输入的多波长合成光载波选择输入到不同的延时单元或多个延时单元的组合，从而形成不同的延时路径；其中m为正整数。
[0008]
作为本发明技术方案的进一步改进，所述延时单元用于对多波长合成光载波进行不同的延时处理，所述的解波分复用用于将多波长合成光载波分解成多通道单一波长光载波；所述的合波分复用用于将多通道单一波长光载波合成为一路合成多波长光载波；所述的n个不同长度的延时线用于对不同波长光载波进行不同的延时处理；多波长合成光载波经过延时单元时，先通过解波分复用将多波长合成光载波分成多路不同波长的光载波，然
后分别通过一段不同长度的延时线进行延时处理后，再通过合波分复用合成为一路多波长合成光载波，从而完成对多波长合成光载波的延时处理。
[0009]
作为本发明技术方案的进一步改进，每个延时单元内部的n个不同长度的延时线之间的延时满足首项为0、末项为(n-1)τ、公差为τ的等差数列，其中τ为设置的延时时间、n为正整数。
[0010]
作为本发明技术方案的进一步改进，延时单元所对应的通道之间的延时满足首项为(n-1)τ、末项为2
m-1
*(n-1)τ、公比2的等比数列。
[0011]
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的光开关采用磁光开关、电光开关、机械开关、mems开关或硅基集成开关中的一种。
[0012]
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的解波分复用和合波分复用的波长与输入的多波长合成光载波的波长一一对应。
[0013]
一种光控相控阵多波束接收网络，包括相控阵天线、多个电光转换、光纤合束器、光纤分束器、多个m比特位光学延时器、多个光电转换；所述的多个电光转换连接在相控阵天线与光纤合束器之间，所述的光纤分束器输入端与光纤合束器的输出端连接，每路光纤分束器的输出端分别依次串接1个m比特位光学延时器与1个光电转换；所述的m比特位光学延时器包括：1个1*2光开关、1个2*1光开关、(m-1)个2*2光开关、m个延时单元；所述的1*2光开关包括一个输入端和两个输出端、所述的2*1光开关包括两个输入端和一个输出端、所述的2*2光开关包括两个输入端和两个输出端，所述的延时单元包括一个输入端和一个输出端；1个1*2光开关、(m-1)个2*2光开关以及1个1*2光开关首尾依次连接形成两条支路，分别为上支路和下支路；m个所述的延时单元分别串接在相邻的两个光开关之间的上支路中；每个所述的延时单元包括1个解波分复用、1个合波分复用和n个不同长度的延时线；前一个光开关的输出端与解波分复用的输入端连接，解波分复用的输出端通过n个不同长度的延时线与合波分复用的输入端连接，合波分复用的输出端与后一个光开关的输入端连接；所述的光开关用于光路选择，通过控制1*2光开关、2*1光开关以及(m-1)个2*2光开关的状态，将输入的多波长合成光载波选择输入到不同的延时单元或多个延时单元的组合，从而形成不同的延时路径；其中m为正整数。
[0014]
作为本发明技术方案的进一步改进，所述的相控阵天线用于接收微波信号；所述的多通道电光转换将天线接收的微波信号转换为不同波长的光载波信号；光纤合束器将多路不同波长光载波合成为一路合成多波长光载波；光纤分束器将一路多波长合成光载波功分成多路多波长合成光载波；m比特位光学延时器将各路合成光载波进行延时处理；光电转换将合成光载波进行光电转换，并输出微波信号。
[0015]
作为本发明技术方案的进一步改进，所述延时单元用于对多波长合成光载波进行不同的延时处理，所述的解波分复用用于将多波长合成光载波分解成多通道单一波长光载波；所述的合波分复用用于将多通道单一波长光载波合成为一路合成多波长光载波；所述的n个不同长度的延时线用于对不同波长光载波进行不同的延时处理；多波长合成光载波经过延时单元时，先通过解波分复用将多波长合成光载波分成多路不同波长的光载波，然后分别通过一段不同长度的延时线进行延时处理后，再通过合波分复用合成为一路多波长合成光载波，从而完成对多波长合成光载波的延时处理。
[0016]
作为本发明技术方案的进一步改进，每个延时单元内部的n个不同长度的延时线
之间的延时满足首项为0、末项为(n-1)τ、公差为τ的等差数列；延时单元所对应的通道之间的延时满足首项为(n-1)τ、末项为2
m-1
*(n-1)τ、公比2的等比数列；其中τ为设置的延时时间、n为正整数。
[0017]
本发明的优点在于：
[0018]
(1)本发明通过级联光开关与多波长波分复用和解复用技术，实现对多波长光载波的延时控制，该方式可解决基于色散光纤的色散延时方式由于光纤色散系数不均匀性带来的延时误差和等波长间隔的限制，在多波束光控相控阵接收网络中具有重要的应用价值。
[0019]
(2)本发明抛弃传统色散光纤方式，利用解波分复用、不同长度延时线与合波分复用结构代替色散光纤，有利于后期片上集成方式的实现。
[0020]
(3)本发明的方案利用解波分复用、等间隔长度延时线与合波分复用器，够成多比特延时线延时单元，替换传统的色散光纤。相比于色散光纤，本方案将不受输入多波长的间隔限制，利用解波分和合波分的方式，对任意单一波长光载波进行延时处理，不再是传统色散光纤对多个波长同时延时处理，不再利用光纤的色散效应对不同光载波进行延时，从而可以实现多个任意波长的延时处理。
附图说明
[0021]
图1是m比特位光学延时器结构示意图；
[0022]
图2是采用m比特位光学延时器的相控阵多波束接收网络结构示意图。
具体实施方式
[0023]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]
下面结合说明书附图以及具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述：
[0025]
实施例一
[0026]
如图1所示，为本发明实施例的m比特位光学延时器结构示意图，多个光开关和多个延时单元构成m比特位光学延时器，每个延时单元包含一个解波分复用、合波分复用和多通道延时线；整个模块包含1个1*2光开关、1个2*1光开关和多个2*2光开关。1个1*2光开关、1个2*1光开关分别位于延时器的两端，多个2*2光开关通过多个延时单元相连接，通过控制1个1*2光开关、1个2*1光开关以及多个2*2光开关的状态，控制光信号经过的延时单元数量，形成不同的延时路径。
[0027]
所述m比特位延时器同时输入n个不同波长的光载波，经过光开关选通不同的路径，形成不同的延时，以经过延时单元1为例，对该延时器的工作原理进行说明。
[0028]
n个不同波长光载波经过1*2光开关选通与其连接的延时单元1，与延时单元1连接的2*2光开关进行交叉选通，后续2*2光开关保持平行选通，末端2*1光开关与不接延时单元m连接的一端选通，则通过延时单元1的光载波不经过其他延时单元，从末端2*1光开关输出。
[0029]
n个波长光载波通过延时单元1时，先通过其内部解波分复用将n各波长分解成n个单一波长的光载波，经过相对延时为τ的延时线后，n个波长的光载波形成相对τ的延时量，经过合波分复用后输出，完成对n个波长的光载波的延时处理。通过控制光开关的状态，使光载波经过不同延时单元或多个延时单元，从而形成n个波长间不同的相对延时量，达到相对延时量的切换作用。
[0030]
所述光开关可以是磁光开关，电光开关，机械开关，mems开关或硅基集成开关，包含1*2光开关、2*1光开关和2*2光开关；
[0031]
所述延时单元包含一个解波分复用、多通道延时线和一个合波分复用，其中解波分复用和合波分复用的波长与输入的多波长光载波波长一一对应。
[0032]
光开关用于光路选择，将输入到延时器的多波长合成光载波选择输入到不同的延时单元或多个延时单元的组合；延时单元用于对不同光载波进行不同的延时处理，包含一个解波分复用、合波分复用和多通道延时线。多波长合成光载波经过延时单元时，先通过解波分复用，将多波长合成光载波分成多路不同波长的光载波，然后各通过一段不同长度的延时线，进行延时处理后，通过合波分复用合成为一路多波长光载波，完成对多波长光载波的延时处理过程。
[0033]
各延时单元内部各通道延时为等差数列，延时单元间对应通道的延时是以2为公比的等比数列，即延时单元1对应的各通道延时为0，τ，2τ，3τ，
…
，(n-1)τ；延时单元m对应的各通道延时为0，2
m-1
τ，
…
，2
m-1
*(n-1)τ。
[0034]
如图2所示，为本发明实施例的光控相控阵多波束接收网络示意图，包括以下组成部分：相控阵天线，电光转换，光纤合束器，光纤分束器，m比特位光学延时器，光电转换；所述的多个电光转换连接在相控阵天线与光纤合束器之间，所述的光纤分束器输入端与光纤合束器的输出端连接，每路光纤分束器的输出端分别依次串接1个m比特位光学延时器与1个光电转换。
[0035]
其中，相控阵天线用于接收微波信号；多通道电光转换将天线接收的微波信号转换为不同波长的光载波信号；光纤合束器将多路不同波长光载波合成为一路合成多波长光载波；光纤分束器将一路合成多波长光载波功分成多路合成多波长光载波；m比特位光学延时器将各路合成光载波进行延时处理；光电转换将合成光载波进行光电转换，并输出微波信号。
[0036]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。