光學(xué)真延時(shí)裝置及光控波束形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學(xué)真延時(shí)（OTTD）裝置及光控波束形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中，該OTTD裝置包括：上級(jí)延時(shí)單元，包括第一級(jí)光分束器和設(shè)置有光纖光柵的N條上級(jí)延時(shí)線，其中N條上級(jí)延時(shí)線的每一條被配置成一端從第一級(jí)光分束器接收調(diào)制后的光載波；以及分別通過光環(huán)行器與N條上級(jí)延時(shí)線的每一條的另一端相對(duì)應(yīng)耦合的N個(gè)下級(jí)延時(shí)單元，其中每個(gè)下級(jí)延時(shí)單元包括第二級(jí)光分束器和設(shè)置有色散光纖和/或補(bǔ)償光纖的M條下級(jí)延時(shí)線，其中M條下級(jí)延時(shí)線的每一條被配置成一端通過光環(huán)行器及第二級(jí)光分束器從對(duì)應(yīng)的上級(jí)延時(shí)線接收光載波；以及其中，M和N為正整數(shù)，光載波在相鄰兩條上級(jí)延時(shí)線之間的延時(shí)差Δτ1i為光載波在相鄰兩條下級(jí)延時(shí)線之間的延時(shí)差Δτi的M倍。
【專利說明】光學(xué)真延時(shí)裝置及光控波束形成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，具體地，涉及一種光學(xué)真延時(shí)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)因其具有體積小、損耗低、抗電磁干擾等特點(diǎn)，在微波電子學(xué)中占有重要地位。OBFN中是通過對(duì)各陣元延時(shí)的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)對(duì)波束掃描方向的控制的，因此，延時(shí)模塊是OBFN的核心技術(shù)。延時(shí)模塊中的真延時(shí)(TTD)模塊(或裝置)由于其可以克服寬帶微波信號(hào)下傳統(tǒng)相移技術(shù)引起的波束偏斜問題，而成為OBFN領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中提供有一種基于光纖光柵的光學(xué)真延時(shí)(OTTD)模塊,但是由于光柵重疊問題，該模塊無法支持大于3GHz的高頻信號(hào)。另一種基于色散介質(zhì)的OTTD模塊使用了啁啾光纖光柵，但是啁啾光纖光柵的抖動(dòng)問題也影響了它的應(yīng)用。目前國內(nèi)外提出的基于光子晶體光纖的OTTD模塊，具有光子晶體光纖長(zhǎng)/光源多的弊端。隨著通道增多，光源的數(shù)量也增多，光纖的長(zhǎng)度成倍的增加，耗資巨大。
[0004]針對(duì)上述問題，現(xiàn)有技術(shù)中尚無解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)真延時(shí)(OTTD)裝置和一種光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)系統(tǒng)以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)中使用的光學(xué)真延時(shí)(OTTD)裝置，其中，該OTTD裝置包括:上級(jí)延時(shí)單元，包括第一級(jí)光分束器和設(shè)置有光纖光 柵的N條上級(jí)延時(shí)線，其中該N條上級(jí)延時(shí)線的每一條被配置成一端從所述第一級(jí)光分束器接收調(diào)制后的光載波；以及分別通過光環(huán)行器與所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條的另一端相對(duì)應(yīng)耦合的N個(gè)下級(jí)延時(shí)單元，其中每個(gè)所述下級(jí)延時(shí)單元包括第二級(jí)光分束器和設(shè)置有色散光纖和/或補(bǔ)償光纖的M條下級(jí)延時(shí)線，其中該M條下級(jí)延時(shí)線的每一條被配置成一端通過所述光環(huán)行器及所述第二級(jí)光分束器從對(duì)應(yīng)的上級(jí)延時(shí)線接收所述光載波；以及其中，M和N為正整數(shù)，所述光載波在相鄰兩條上級(jí)延時(shí)線之間的延時(shí)差Λ τ Ii為所述光載波在相鄰兩條下級(jí)延時(shí)線之間的延時(shí)差Λ τ i的M倍。
[0007]進(jìn)一步地，所述光纖光柵為以下至少之一者:光纖布拉格光柵(FBG)、高斯型光柵以及取樣光柵。
[0008]進(jìn)一步地，所述光纖光柵為光纖布拉格光柵(FBG)，其中，所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條上對(duì)應(yīng)于掃描方向?yàn)?°的波長(zhǎng)λ ^的FBG的光柵位置相同，并且第k+Ι條上級(jí)延時(shí)線中波長(zhǎng)λ i的FBG的光柵位置di(k+1)與第k條上級(jí)延時(shí)線上波長(zhǎng)λ i的FBG的光柵位置dik符合以下關(guān)系:di(k+1) = CliJAdi，其中Adi為波長(zhǎng)λ i的FBG的位置增量，i為整數(shù)，I≤k≤M，以及Λ Cli = Mc Λ τ ^neffa其中，c為光速，neff為所述FBG的有效折射率。
[0009]進(jìn)一步地,所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條上的FBG數(shù)量相同。
[0010]進(jìn)一步地，所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條上的FBG數(shù)量依據(jù)需要掃描的角度的數(shù)量來設(shè)置。
[0011]進(jìn)一步地，所述下級(jí)延時(shí)單元中的第j條下級(jí)延時(shí)線由長(zhǎng)度為U-DLtl的色散光纖和長(zhǎng)度為(M-j) Lsmf的補(bǔ)償光纖組成，其中，j為整數(shù)，I ^ j ^ M,并且滿足nSMF ( λ 0) Lsmf =η ( λ J Ltl，其中Ltl為所述色散光纖的單位長(zhǎng)度，Lsmf為所述補(bǔ)償光纖的長(zhǎng)度，nSMF( λ 0)為所述補(bǔ)償光纖在波長(zhǎng)λ ^的折射率以及η( λ 0)為所述色散光纖在波長(zhǎng)λ ^的折射率。
[0012]進(jìn)一步地，所述色散光纖包括以下至少之一者:光子晶體光纖或色散補(bǔ)償光纖。
[0013]進(jìn)一步地，所述光環(huán)行器為三端光環(huán)行器。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種使用光學(xué)真延時(shí)(OTTD)裝置的光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)系統(tǒng)，其中，該OBFN系統(tǒng)還包括:可調(diào)激光器、偏振控制器、光電調(diào)制器以及光電探測(cè)器，其中所述可調(diào)激光器，被配置成產(chǎn)生單一波長(zhǎng)的光；所述光電調(diào)制器，經(jīng)由所述偏振控制器從所述可調(diào)激光器接收所述單一波長(zhǎng)的光作為光載波，所述光電調(diào)制器被配置成將輸入的無線電頻率信號(hào)調(diào)制到所述光載波上，輸出調(diào)制后的光載波到所述第一級(jí)光分束器；以及所述光電探測(cè)器，與所述M條下級(jí)延時(shí)線的每一條的另一端相耦合，被配置成將所述無線電頻率信號(hào)從所述光載波中解調(diào)。
[0015]通過上述技術(shù)方案，每一條上級(jí)延時(shí)線通過單條光纖光柵能夠控制多條下級(jí)延時(shí)線的延時(shí)，進(jìn)而控制相控陣中多個(gè)陣元的延時(shí)，減小因光纖光柵的制作精度不高造成的掃描角度的誤差；同時(shí)，采用上級(jí)延時(shí)線控制多條下級(jí)延時(shí)線的控制方式，能夠減少光纖光柵的使用；采用色散光纖與補(bǔ)償光纖相組合的方式，能夠減少延時(shí)線使用的光纖長(zhǎng)度。
[0016]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]附圖是用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光學(xué)真延時(shí)(OTTD)裝置示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)系統(tǒng)示意圖；
[0020]圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的輻射陣元微波信號(hào)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射強(qiáng)度極坐標(biāo)圖；以及
[0021]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的輻射陣元微波信號(hào)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射強(qiáng)度極坐標(biāo)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]從【背景技術(shù)】的介紹中可以看出現(xiàn)有技術(shù)中提出的基于光子晶體光纖的OTTD模塊，具有光子晶體光纖長(zhǎng)/光源多的弊端。隨著通道增多，光源的數(shù)量也增多，光纖的長(zhǎng)度成倍的增加，耗資巨大。
[0023]在相控陣天線中，各輻射陣元之間均勻排列，相鄰陣元的間距為Λ，微波(或光波)頻率為fm，微波波長(zhǎng)為Xm，Θ為微波信號(hào)的福射方向或掃描角度，c為光速。其中,相
鄰陣元的間距通常為
【權(quán)利要求】
1.一種光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)中使用的光學(xué)真延時(shí)(OTTD)裝置，其特征在于，該OTTD裝置包括: 上級(jí)延時(shí)單元，包括第一級(jí)光分束器和設(shè)置有光纖光柵的N條上級(jí)延時(shí)線，其中該N條上級(jí)延時(shí)線的每一條被配置成一端從所述第一級(jí)光分束器接收調(diào)制后的光載波；以及 分別通過光環(huán)行器與所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條的另一端相對(duì)應(yīng)耦合的N個(gè)下級(jí)延時(shí)單元，其中每個(gè)所述下級(jí)延時(shí)單元包括第二級(jí)光分束器和設(shè)置有色散光纖和/或補(bǔ)償光纖的M條下級(jí)延時(shí)線，其中該M條下級(jí)延時(shí)線的每一條被配置成一端通過所述光環(huán)行器及所述第二級(jí)光分束器從對(duì)應(yīng)的上級(jí)延時(shí)線接收所述光載波；以及 其中，M和N為正整數(shù)，所述光載波在相鄰兩條上級(jí)延時(shí)線之間的延時(shí)差Λ τ Ii為所述光載波在相鄰兩條下級(jí)延時(shí)線之間的延時(shí)差△倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OTTD裝置，其特征在于，所述光纖光柵為以下至少之一者:光纖布拉格光柵(FBG )、高斯型光柵以及取樣光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OTTD裝置，其特征在于，所述光纖光柵為光纖布拉格光柵(FBG),其中，所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條上對(duì)應(yīng)于掃描方向?yàn)?°的波長(zhǎng)λ。的FBG的光柵位置相同，并且第k+Ι條上級(jí)延時(shí)線中波長(zhǎng)λ i的FBG的光柵位置di(k+1)與第k條上級(jí)延時(shí)線上波長(zhǎng)λ i的FBG的光柵位置dik符合以下關(guān)系: di(k+1) = dik+Adi，其中Adi為波長(zhǎng)λ i的FBG的位置增量，i為整數(shù)，1≤k≤M，以及 Δ Cli = Mc Δ τ ^neffa其中，c為光速，neff為所述FBG的有效折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的OTTD裝置，其特征在于，所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條上的FBG數(shù)量相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的OTTD裝置，其特征在于，所述N條上級(jí)延時(shí)線的每一條上的FBG數(shù)量依據(jù)需要掃描的角度的數(shù)量來設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的OTTD裝置，其特征在于，所述下級(jí)延時(shí)單元中的第j條下級(jí)延時(shí)線由長(zhǎng)度為U-DLtl的色散光纖和長(zhǎng)度為(M-j)LSMF的補(bǔ)償光纖組成，其中1 ≤ j≤M，并且滿足IIsmfUci)Lsmf = Ii(Atl)Ltl，其中Ltl為所述色散光纖的單位長(zhǎng)度，Lsmf為所述補(bǔ)償光纖的長(zhǎng)度，I1smfUci)為所述補(bǔ)償光纖在波長(zhǎng)Xtl的折射率以及η( λ0 ）為所述色散光纖在波長(zhǎng)λ ^的折射率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的OTTD裝置，其特征在于，所述色散光纖包括以下至少之一者:光子晶體光纖或色散補(bǔ)償光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OTTD裝置，其特征在于，所述光環(huán)行器為三端光環(huán)行器。
9.一種使用根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的光學(xué)真延時(shí)(OTTD)裝置的光控波束形成網(wǎng)絡(luò)(OBFN)系統(tǒng)，其特征在于，該OBFN系統(tǒng)還包括:可調(diào)激光器、偏振控制器、光電調(diào)制器以及光電探測(cè)器，其中 所述可調(diào)激光器被配置成產(chǎn)生單一波長(zhǎng)的光； 所述光電調(diào)制器經(jīng)由所述偏振控制器從所述可調(diào)激光器接收所述單一波長(zhǎng)的光作為光載波，所述光電調(diào)制器被配置成將輸入的無線電頻率信號(hào)調(diào)制到所述光載波上，輸出調(diào)制后的光載波到所述第一級(jí)光分束器；以及 所述光電探測(cè)器與所述M條下級(jí)延時(shí)線的每一條的另一端相耦合，被配置成將所述無線電頻率信號(hào)從所述光載波中解調(diào)。
【文檔編號(hào)】H04B10/2525GK103580752SQ201210278306
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月7日
【發(fā)明者】高欣璐, 黃善國, 周靜, 魏永峰, 張旭鍇, 顧畹儀 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué), 北京師范大學(xué)