光控相控阵中的真时延技术
相控阵天线延时计算公式
相控阵天线延时计算公式相控阵天线是一种能够通过调节每个天线元件的相位来实现波束的控制的天线系统。
在通信、雷达、无线电和其他领域中，相控阵天线都有着广泛的应用。
在相控阵天线系统中，延时的计算是非常重要的，因为它直接影响到波束的形成和指向。
本文将介绍相控阵天线延时计算的基本原理和公式。
相控阵天线延时计算的基本原理是根据波束的指向和形成来确定每个天线元件的相位延时。
在相控阵天线系统中，波束的指向是通过调节每个天线元件的相位来实现的。
因此，每个天线元件的相位延时需要根据波束的指向来计算。
在实际应用中，相控阵天线系统通常是由一个阵列组成的，每个阵列都包含多个天线元件。
因此，延时的计算需要考虑到每个天线元件的位置和波束的指向。
相控阵天线延时计算的基本公式可以表示为：Δt = dsin(θ)/c。
其中，Δt表示每个天线元件的相位延时，d表示天线元件之间的距离，θ表示波束的指向角度，c表示光速。
在这个公式中，dsin(θ)表示波束的指向在天线元件之间的投影距离，而c表示光速。
因此，通过这个公式可以计算出每个天线元件的相位延时，从而实现波束的指向和形成。
在实际应用中，相控阵天线延时计算的精度和效率是非常重要的。
因为相控阵天线系统通常需要实时调节波束的指向和形成，所以延时的计算需要尽可能地准确和快速。
在这方面，现代的计算机和算法技术可以帮助我们更好地实现相控阵天线延时计算。
除了基本的延时计算公式外，还有一些其他因素需要考虑。
例如，天线元件之间的互相干扰、波束的形成和指向的精度要求、系统的实时性等等。
这些因素都会对延时的计算和系统的性能产生影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素，以实现相控阵天线系统的高效性能。
总之，相控阵天线延时计算是相控阵天线系统中非常重要的一部分。
通过合理的延时计算，可以实现波束的指向和形成，从而实现系统的高效性能。
在未来，随着计算机和算法技术的发展，相控阵天线延时计算将会变得更加精确和高效，为相控阵天线系统的应用带来更多的可能性。
用于相控阵雷达的啁啾光纤光栅延迟技术
Ｂｙ ｔ ｎ ｎ ｈ ｈ ｒ ｅ ｂ ｒｇ ａ ｉｇ ｉ ｅ ｅ ｔｔｍ ｅｄ ｌｙ ｉ ｅ ｕ ｌ ｙ ｆｏ ３ ．０ ｓｔ ５６ ｐ ｒ ｃ ｅ ｅ ｕ ｉ ｇｔ ｅｃ ｉｐ ｄ ｆ ｅ ｒ ｔｎ ，ｄｆ ｒ ｎ ｉ ｅａ ｎ ｑ ａｉ ｒ ｍ ３ ６ ｐ ｏ ４ ．８ ｓａ ｅａ ｈｉｖ ｄ． ｉ ｔ
范围 内波 束指 向角从 ４ ． 。 ９． 。的连 续控 制。 ７２到 ００ ３ ０ 关键 词：啁啾 光纤光栅 ；延迟 线 ；调 制 ’
中图分 类号 ： Ｔ ０ 文献 标识码 ： Ａ ２２
Ｃｈｉ ｐｅ ｂｅ ｒ ｔ ｎｇ Ｔ ｉ ｅ Ｄ ｅ ａ ｃ ｒ ｄ Ｆｉ ｒ Ｇ ａ ｉ ｍ ｌ ｙ Ｔｅ ｈｎｉ ｑｕｅ
维普资讯
文 章 编 号 ： １７—７５２０ ）６ ０ １ ４ ６２８８ （０７０— １— ０ ０
用 于 相 控 阵 雷 达 的啁 啾 光 纤 光 栅 延 迟 技 术
任 国荣 ，周 晓军 ，周 建 华
（ 电子 科 技 大 学 光 电信 息学 院 ，四川 成 都 ６０５） １０ ４
延时误差对光控相控阵天线性能影响的研究
延时误差对光控相控阵天线性能影响的研究摘要：针对光控相控阵天线中光延时链路的延时误差问题，从子阵划分角度建立了一维均匀线阵最大波束偏移角的简化解析模型，分析结果表明延时误差最大允许值与波束目标指向角、阵元数无关，随工作频率的增大而减小。
关键词：光控相控阵延时误差工作频率传统的相控阵天线由于采用了电移相器，天线的瞬时带宽受到了极大的限制[1]。
光控相控阵天线通过采用光实时延技术（Optical True Time Delay，OTTD），增大了相控阵天线的工作带宽，同时光延时线有着抗电磁干扰、低损耗和易于集成等优点[2]。
自20世纪80年代以来，已经提出并实验验证了多种光实时延的技术方案[2]。
光实时延技术的本质是将微波/射频信号调制到光载波上，在光域内实现时间延迟，因此光链路的延时误差必然会影响到光控相控阵天线的性能[3]。
该文从一维均匀线性光控阵列的方向图出发，由简化解析模型得出了确定延时误差最大允许值的方法，研究结果拟为光控相控阵天线的设计提供一个参考。
1 光控相控阵天线的方向图如图1所示，对于N单元一维均匀线性光控发射阵列，分成m个子阵，子阵上采用光实时延技术；每个子阵内有n个阵元，子阵内采用移相器控制，即N=m×n。
天线的工作频率为f，阵元间距为d，设计波束指向为；上述线阵的天线方向图函数可以表示为[1]：2 延时误差分析2.1 简化模型的建立及结果天线方向图性能可以通过波束偏斜角和旁瓣电平值来评价[1]；考虑到旁瓣电平值可以通过幅度加权等方式进行抑制[4]，在此我们主要关注主瓣偏斜角的大小。
假设m条光延时链路的延时误差都在某一范围内随机变化；如，通过对（2）式计算机模拟可以得出：当前m/2个为，后m/2个为（假定m为偶数，≥0）；波束指向偏移最大；≤0时相反。
由此将相控阵天线模型进行简化为两个子阵构成，每个子阵均含有N/2个阵元，第一个子阵的延时误差量为，第二个子阵的延时误差量为。
光控相控阵雷达中的光纤延迟线
延迟精度 τns
≤0 .040
≤0 .0 05
方案 2 中采用了激光器阵列 , 由于激光器性能 的离散性 , 故带内平坦度较差 , 但采用了精密可调延 迟器 , 提高了其延迟精度 。
4 光控相控阵雷达现状
光纤特有的工作频率高 、带宽大 、质量轻 、抗干 扰能力强和损耗低等优点 , 使其在相控阵雷达的应 用中有着无可替代的优势 , 且具有强大的吸引力 。
光控相控阵雷达结构如图 1 所示 。 将经微波调 制后的激光信号分路后注入特定的延迟阵列 , 各路 经过不同延迟后的激光信号间产生了延时差 , 解调 延时后的光载波信号就得到具有不同相位的微波信 号 , 因此用它们来驱动发射单元 , 就可以实现一定角 度的波束扫描 。
图 1 光控相控阵雷达系统结构的示意图
种 , 一种是单纯的通过物理长度的改变来实现延时 , 另一种是多波长法 。本文着重介绍通过改变光纤长 度实现延时的技术 。FDL 的工作机理是利用光纤本 身的固定延迟 , 通过控制光纤的长度来实现所需的 延时 。 2 .2 光纤延迟阵列
目前 , 实现相控阵雷达所需的光纤延迟阵列有 多种 , 基于实际使用的需求和现有的技术 , 我们设计 了两种方案 。 设计的方案是针对 5 b 延迟 , 步长(相 邻两条延迟线的时延差 Δt )为 0 .25 ns , 延迟误差为 5 ps , 工作在 S 波段 , 延迟时间为 0 ～ 7 .75 ns不等 。
5 b 延迟对应 25 =32 个离散延迟点 , 我们将射 频信号通过功分器后分别调制两个光发射模块 , 光 发射模块 1 的光信号经 1 ×16 光分路器后分别通过 16 条 FDL , 在该条光路中 , 最小时延 t 0 =0 ns , 最长
相控阵宽带抗干扰中真实时间延迟技术的应用
１ 真实时间延迟技术概述
所 谓 真 实时 间 延迟 技 术 所 指 的是 ，在 进行 相 控 阵 设 计 过 程 中 ，可 以有 效提 升 宽带 抗 干扰 能力 。此 技 术 主要 是 将 附加 天 线 应用 于 相 控 阵列 宽 带 中 ，从 而可 以有 效减 小其 边 缘形 成 的截 断效 应 。直 实 时 间延 迟 技术 的使 用可
２ ０ １ ７ 年第 １ ２ 期 （ 总第３ ９ ９ 期）
中｛ 高新竣李姓
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ＮＯ． １ ２． ２ ０ １ ７
（ Ｃｕ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｙ Ｎ Ｏ． ３ ９ ９）
相控 阵宽带抗干扰 中真实时 问延迟技 术的应用
更 安 全 ， 而 且 提 升 了 电 力 传 输 过 程 的 工 作 效 率 和 工 作
质量 。
３ ． ３ ． ３ Ｅ Ｐ Ｏ Ｎ（ 以太 无源 光 网络 ） 。全新 型 的光 纤接
入 网技 术 Ｅ Ｐ Ｏ Ｎ ， 多点 结 构 、无 源光 纤 进 行传 送 ， 利用 其 优 势 ，不 同 的业 务 ，可 以在 太 网上 提供 ， 出现 的Ｅ Ｐ Ｏ Ｎ 拓 扑技 术 ，加速 业 务 开通 能力 ， 并且 更 便捷 ，对 于其 后 期
且 在 系 统运 行 过程 中，传 播 中的 电力 信 息 数据 ，整合 信
进 行 大规 模 的 改造 ，在 电力 通 信 网 中能够 最大 限 度地 提
相控阵雷达天线延时技术的发展
相控阵雷达天线延时技术的发展摘要：上世纪末，随着对抗和隐身技术的日益重要，以及低成本GaAs单片集成电路、微波表贴器件、低成本高速数字处理器等的发展，人们开始倾向于使用有源相控阵来实现快速波束扫描。
关键词：相控阵天线；延时技术；发展随着应用需求的不断发展，开发高分辨率、宽覆盖、大瞬时带宽的相控阵雷达已提上日程。
在宽带相控阵天线中，为提高天线频率响应以获得更好波束指向特性，要在天线射频链路中接入一个可调实时延时器，以补偿天线扫描孔径效应。
天线延时器选择往往需从提高天线整体性能、系统复杂性与成本等方面进行综合权衡。
当前，具有固定参考周期的实时延时器方案是相控阵天线在工程实现中插入实时延时器的常用方案。
一、相控阵雷达概述相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，其快速而精确转换波束的能力使雷达能在1min内完成全空域的扫描。
其是由大量相同的辐射单元组成的雷达面阵，每个辐射单元在相位和幅度上独立受波控及移相器控制，能得到精确可预测的辐射方向图和波束指向。
雷达工作时发射机通过馈线网络将功率分配到每个天线单元，通过大量独立的天线单元将能量辐射出去并在空间进行功率合成，形成需要的波束指向。
此外，相控阵雷达分为有源和无源两类。
其实，有源和无源相控阵雷达的天线阵基本相同，二者主要区别在于发射/接收单元的多少。
无源相控阵雷达仅有一个中央发射机、接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射单元，目标反射信号经接收机统一放大。
而有源相控阵雷达的每个天线单元都配装有一个发射/接收组件，每个组件都能自己产生、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。
正因如此，也使有源相控阵雷达的造价昂贵，工程化难度加大，但有源相控阵雷达在功能上有独特优点。
二、子阵延时器和延迟补偿技术子阵延迟器阵列天线接收到的信号经T/R通道放大后通过合成网络，然后进入子阵延时器进行增益补偿和延时，一定数量的有源子阵接收信号在合成后进入接收机。
光控相控阵光延时线的设计与测量的开题报告
光控相控阵光延时线的设计与测量的开题报告一、研究背景与目的光控相控阵是一种利用光学和电子控制技术实现电子波束形成和指向控制的技术。
它具有波束指向快速可变、较高的控制精度、低成本、易于集成等优点，在雷达、通信、光学雷达等领域有着广泛的应用。
而光控相控阵中的相位调节器是其关键组成部分之一，光延时线则是相位调节器中最常用的模块。
因此，对于光延时线的设计与测量具有重要的意义。
本论文的研究目的在于探讨光控相控阵中的光延时线设计与测量技术，通过实验与仿真探究光延时线性能与参数对光控相控阵性能的影响，为光控相控阵系统的优化实现提供理论与实验支持。
二、研究内容与方法1. 研究内容（1）光延时线的设计与制备。
根据光控相控阵系统的需要，设计光延时线的主要参数，包括光路长度、材料选择、尺寸、反射、消光等，利用MEMS或者传统光纤等制备实验所需的光延时线。
（2）光延时线的测量。
对设计制备的光延时线进行实验测量，主要包括光路长度、反射损耗、消光比等性能参数的测量。
（3）光延时线参数对光控相控阵性能的影响。
通过仿真实验，探究光延时线的性能与参数对光控相控阵的波束指向精度、波束宽度、功率损耗等性能指标的影响规律。
2. 研究方法（1）理论分析。
根据光延时线的电光特性和光学设计原理，分析光延时线的设计要点和影响因素。
（2）实验测量。
设计制备实验所需的光延时线，利用光学测量仪器对光延时线进行性能测试。
（3）数值模拟。
通过FDTD或者MODE模拟工具对光控相控阵系统进行仿真模拟，探究光延时线参数对光控相控阵性能的影响。
三、研究意义及创新点本论文的研究意义在于探讨光控相控阵中光延时线的设计与测量技术，为光控相控阵性能优化提供参考。
本论文采用理论分析、实验测量以及数值模拟相结合的方法，通过不同角度的研究，充分探究了光延时线性能参数对光控相控阵性能的影响规律，为光控相控阵的优化设计提供了理论与实验支持。
本论文的创新点主要体现在以下几个方面：（1）采用MEMS或者传统光纤等制备光延时线，并对其性能参数进行实验测量，为光延时线的实际应用提供了实验数据。
光控相控阵雷达的光学真延时技术
光控相控阵雷达的光学真延时技术从近代战争来看,雷达是空战、陆战和海战中极为重要的作战“软”武器,在几十年的发展历程中,始终存在着雷达与反雷达的斗争。
雷达系有源探测技术,又称无线电定位仪,它是利用电磁波来探测目标的距离、方位及其运动状态的。
世界上第一台雷达诞生于20世纪30年代末期;然后一直到60年代,常规雷达由于二战的刺激以及60年代新革命浪潮的推动而飞速发展。
其中,60年代初引入移相器和阵列天线而发展出相控阵雷达,解决了常规雷达由于机械扫描和天线惯性造成的扫描速度缓慢以及精度低、可靠性不高等问题,顿时成为国际研究热点,目前美、日、英、法、俄等各的军事装备中已广泛应用;但是由于其波束出射角受到微波频率的影响而造成波束偏斜的现象,无法满足宽带宽的要求。
1985年,美国GardoneLeo最早提出了光学真延时相控阵雷达的思想,真延时技术可以很好地解决宽带宽的问题,并且将光引入相控阵雷达还解决了电缆馈电带来的尺寸和重量的限制以及导电电缆干扰发射单元辐射方向的问题、提高雷达性能、降低成本等;到90年代中后期随着光电技术的日益成熟,相控阵雷达中的光学真延时技术得到了快速发展。
1 相控阵雷达雷达在搜索目标时,需要不断改变波束的方向。
改变波束方向的传统方法是转动天线,使波束扫过一定的空域、地面或海面,称为机械扫描。
利用机械扫描方式工作的雷达即常规雷达,由于天线的惯性,扫描速度缓慢、精度低、可靠性不高。
现代通信和军事技术的发展对雷达和天线提出了越来越高的要求,传统的机械扫描雷达已经无法满足实际应用的需要;随着60 年代初移相器和相位-相位扫描体制的发展,相控阵雷达应运而生。
相控阵即“相位控制阵列天线”,由许多辐射单元排列而成,辐射单元少的有几百,多的则可达几千、甚至上万,其天线排列可以是线阵、平面阵、共形阵,相控阵雷达因其天线为相控阵型而得名。
相控阵雷达是一种新型的有源电扫描阵列多功能雷达,每个阵元(或一组阵元)后面接有一个可控移相器,其扫描原理是利用控制这些移相器相移量的方法来改变各阵元间的相对馈电相位,从而改变天线阵面上电磁波的相位分布,使得波束在空间按一定规律扫描。
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光控相控阵中的真时延技术
摘要：20世纪80年代随着计算机技术、信号处理技术、光电子技术以及器件、
材料、工艺的发展,相控阵技术的研究取得了实质性的进展,采用光学控制手段实
现雷达波束扫描的光控相控阵雷达的研究也被提到日程上来。
它不仅能克服传统
相控阵雷达的缺点,还具有低损耗、无波束偏斜、扫描角度大、瞬时带宽等优点。
同时这一领域的研究对无线通信技术、光通信技术、光存储技术、天文学也将产
生深远的影响。
本文分析了光控相控阵中的真时延技术。
关键词：光控相控阵；雷达；真时延技术；
为了提高相控阵雷达的抗干扰能力, 相控阵天线必须具有尽量大的带宽。
要提
高雷达对目标的分辨、识别能力, 解决多目标的雷达的成像问题, 相控阵雷达必须
采用具有大瞬时信号带宽的信号。
一、工作原理
雷达微波信号外调制激光，将微波信号加载到光波上，之后，加载有微波信
号的光波通过光纤传输，实现低损耗的天馈线。
光波经过光环形器进入光延迟网络。
进入光延时网络的光波，在经过波分复用器后，不同波长的光会进入不同的
延迟通道。
加载有微波信号的光波经过光／电转换后，微波信号即被解调出来，
经过电放大后，由天线阵列发射出去。
接收时，天线接收到的微波信号经过低噪
放大之后，进行电／光转换，将微波调制到光载波，再进入光延时网络实现波束
形成。
进入光／电转换器，然后到达预处理单元。
主要包括对微波信号的低噪放大、滤波及下变频处理，将Ｘ波段的微波信号下变频到中频，然后进行采样及量化。
之后进入数据处理单元，完成雷达对目标的检测、识别等功能。
在光控相控
阵雷达的核心单元光延时网络部分，每一级延迟线包含Ｋ个光通道。
单级延迟线
结构由光开关、光环形器、波分复用器、光纤延迟线和光纤反射镜组成。
假设进入波分复用延时网络的波长为，波长间隔均匀且为常
数Δλ。
第一级光纤延迟线通道线间真时延迟为ΔＴ（１）＝Δτ。
通过设计并
精确制作光纤延迟线长度，使第二级延迟线单元通道间间形成的真时延迟为ΔＴ（２）＝２Δτ。
依此类推，在第Ｎ级延迟线单元中通道间形成的真时延迟为ΔＴ（Ｎ）＝２Ｎ－１Δτ。
将基本单元通过环形器和光开关串联起来，形成连续、快
速可调的多波长光波束成形延时网络。
很显然，这种级数增长的延迟间隔，可以
实现０～２（Ｎ－１）逐次变化的共２Ｎ种延迟组合，大幅增加了延迟能力和形
成波束的数目。
二.光控相控阵中的真时延技术
1.轻质低功耗的波束合成。
光控微波波束形成器是下一代相控阵雷达和智能
天线的核心技术，它通过控制阵列中各微波链路的相位差或真延时差，使各微波
辐射源的辐射场在远场的特定方向产生干涉极大，达到定向发射(或接收)的目的，它具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、带宽大、无波束倾斜等优点。
人们对于相
控阵雷达和智能天线的研究催生了光控微波波束形成技术的相关研究。
光控微波
波束形成技术是未来无线通信和军事领域的重要支撑技术，已成为各国研究计划
的前沿课题与重点项目。
目前，光波束形成技术应用主要包括以下几个方面:一是
利用光电子和光纤传输技术简化阵列(相控阵) 天线控制信号的传输或实现阵列天
线的分体设计。
二是利用光电子技术对阵列天线的辐射单元或子阵进行幅度和相
位控制。
三是固态相控阵天线是相控阵天线技术的发展方向，T/Ｒ模块的实现是
关键。
利用光电子技术实现接收多波束网络。
四是用于形成接收阵的 DBF 网络。
五是利用光纤实现实时延时。
六是用于常规阵列实现天线辐射孔径的幅相综合，
尤其是高精度的相位综合，从而达到设计单脉冲阵列、超低旁瓣阵列、宽带阵列
以及特殊赋形波束阵列的目的。
2.射频信号的光分配技术。
射频信号的光分配技术是指ＲF 信号输入到 T/Ｒ
组件之间的传输链路是通过光纤来实现的，特别是单模光纤网络在相控阵天线信
号的分配中可以带来很多好处，比如说布局灵活，易于构造三维; 在同一光纤中
将微波和数字信号混合传输，并且能够实现实时延迟兼容，具有非常宽的带宽;
再次，对多种阵列信号是否能以波分复用技术用同一网络来分配，这是光控相控
阵雷达要解决的关键问题。
3.模拟信号传输技术。
利用光子技术实现模拟信号的远距离传输，在满足低
损耗要求的同时，能够避免相位漂移，实现大的动态范围以及低的噪声系数。
对
器件和制造工艺的要求比较高。
要实现连续可调就必须有能实现多波长连续可调
的高性能激光器,而且对色散光纤、平面波导的制作以及光栅本身的刻制、精确定位、连接都要求有较高的工艺和操作水平。
通过波分复用和解复用器或者一个定
时单元就可以将光载波传送到天线的发射端。
4.利用光子技术完成快速可调谐ＲF滤波。
相控阵雷达工作频点可能需要根据
战场实况进行自适应调整，为此可以选择滤波器组来实现，但是，一般的滤波器
组具有体积大、质量大、功耗高等缺点不适于无人机等平台。
希望基于光子技术
的可调谐滤波器可以满足无人机的需求。
另外，如何利用光纤的灵活性在天线部
署时实现相位稳定性，并且获得网内的低损耗和低色散也是光控相控阵雷达的关
键技术之一。
希望在光的频域内实现天线波束形成所要求的移相操作，如此可以
设想是否在将来能够实现在 L 和 X 两个波段同时工作的光电馈送的相控阵天线。
国外的一些机构已经开始了这方面的研究可以预测采用集成光学技术的真延时结
构必将成为研究的一个热点。
光控相控阵天线由于具有尺寸小、重量轻、功耗低、大带宽、高精度、高隔
离度、小型化和高密度的优点，未来将可能适用于天基预警平台、太阳能无人机、舰载多功能射频系统等。
宽带、大动态射频光链路，时钟、本振信号阵面光传输，射频光纤拉远和超宽带相控阵阵面光传输都将是光控相控阵发展的关键技术，这
将大大提高未来雷达的性能。
参考文献
[1]张光义.相控阵雷达瞬时带宽的几个问题[J].现代雷达,2014,4:1- 10.
[2]黄章勇.光纤通信用新型光无源器件[M].北京: 北京邮电大学出版社,2014.
[3]何子述,金林,韩蕴洁,等. 光控相控阵雷达发展动态和实现中的关键技术[J].电子
学报, 2015, 33(12):2191- 2195.。