光控相控阵天线光纤实时延时线设计与测试

摘要

近年来，光实时延迟线技术因其尺寸小、重量轻、抗电磁干扰能力强、延时精度高等特点而受到广泛关注。传统相控阵天线由于受到孔径渡越时间的限制，只能在相对较窄的信号带宽下进行扫描，限制了其宽带宽角度扫描方面的性能，从而制约了相控阵天线在复杂环境和高性能领域的应用。随着光子学技术的发展及其在雷达领域的广泛应用，光控相控阵天线通过采用光实时延迟线延迟时间的方法有效地抵消孔径渡越时间的限制，使用光控波束形成网络实现的光控相控阵天线波束的形成与扫描，具有大的瞬时带宽、无波束斜视效应、低损耗、小尺寸、抗电磁干扰、探测距离远等一系列优点，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。 本论文主要围绕应用于光控相控阵天线的光纤实时延时线的设计与测量开展工作。包括光纤延时线形成方案初步设计及测量，测量数据处理方法研究以及测量精度改善等方面内容。 首先简单地介绍了雷达天线的发展历史，结合雷达天线理论对相控阵天线扫描的基本理论进行了详细地论述，以及光纤延时线改善相控阵天线性能的理论基础。接下来，介绍了当今国内外几种光纤延时线技术及其形成方式，分析其各自的优缺点，设计了基于项目要求的光纤延时线基本结构.同时，简要的讨论了光纤延时线的抗辐射性能。其次，详细介绍几种现代延时测量原理及方法，分析其优缺点，结合矢量网络分析仪测量原理，论证了最小二乘线性拟合改进频域法的数据处理方法为适合我们处理数据的最佳方法。本文重点研究了延时测量方法的改进，以降低延时测量不确定度，提高其测量精度。 在本文中，以矢量网络分析仪为主要的测试设备，结合理论设计并搭建延时测量系统，测量不同长度光纤的延时量，对延时测量的方法进行实验验证，采用最小二乘改进频域法处理测试相频特性数据，分析测量结果及不确定度，找到影响测量误差的因素，进一步改进测量方法，最后获得了对于十几ns延时量的测量不确定度为0.013ns左右，实现了测量不确定度的进一步优化。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 雷达的发展及相控阵雷达产生的必然性

1.2光实时延迟线对提高相控阵雷达天线性能的重要性

1.3提高延迟线测量精度的意义

1.4本文研究内容和目的

2相控阵天线

2.1相控阵天线的工作原理

2.2相控阵天线的技术特点

2.3 实时延时线对提高相控阵天线带宽性能的作用

2.4光控相控阵天线

2.4.1 光控相控阵天线的产生

2.4.2光控相控阵天线工作原理

2.4.3现代光控相控阵天线技术及研究意义

3光纤实时延迟线设计

3.1 光纤实时延迟线(OTTD)延时原理

3.2光纤实时延迟线的优点及实现方法分析

3.3 基于光纤物理长度及开关选择的二元光纤延迟线

3.4光纤延迟线设计

4现代延时测量原理及方法

4.1 延迟信号测量原理及优缺点分析

4.1.1模拟微分法

4.1.2静态测量法

4.2矢量网络分析仪(VNA)时间延迟测量原理及误差校准

4.2.1 矢量网络分析仪测量时间延迟原理

4.2.2矢量网络分析仪误差及其校准方法

5光纤延迟线延时测量及精度改进

5.1测量分析方法研究

5.2测量系统组成

5.4延时测量数据分析

5.5延时测量精度优化

5.5.1扩大测量带宽测试

5.5.2增加测量mark点测试

5.6光纤延时线长度对测量精度的影响

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢