光控相控阵光延时线的设计与测量

摘要

传统相控阵雷达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工作，不能实现宽带宽角度扫描，从而限制了相控阵雷达在复杂环境和高性能领域的应用。而光控相控阵雷达采用光电子技术，通过光实时延时的方法抵消孔径渡越时间的限制，使用光控波束形成网络实现相控阵雷达的波束形成与扫描，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。 本论文主要围绕光控相控阵光实时延时线开展工作，进行了聚合物集成光波导延时线的优化设计、射频光纤传输特性分析以及光实时延时测量三方面的研究工作。 首先介绍了相控阵天线波束扫描的基本理论，比较分析了实现光控相控阵的几种常见光控波束形成网络方案，给出了各自的优缺点。接下来，以课题组最新研发的光子聚合物PSQ-Ls为波导制各材料，结合波导制备工艺条件，采用波导仿真软件进行聚合物集成光波导延时线设计，重点研究了波导横截面尺寸、波导弯曲半径、相邻波导间距等参数对延时线特性的影响，获得了光波导延时线优化结构参数，并制备出光刻掩模版。 以矢量网络分析仪为主要测试设备，设计并搭建了光实时延时测量系统，测量了不同长度光纤的延时量，分析了误差来源和测量不确定度，提出了减小误差和改进不确定度的方法，最后获得了对于几十纳秒延时量的测量不确定度为0.17ns左右。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1相控阵雷达的发展、特点与应用

1.2传统相控阵雷达的局限与光控相控阵雷达的产生

1.3光控相控阵雷达国内外研究进展和现状

1.4论文的主要内容安排

2光控相控阵雷达的基本理论及其波束形成网络的常见类型

2.1相控阵雷达的基本理论

2.1.2线性阵列相控阵雷达波束扫描的基本理论

2.1.2平面阵列相控阵雷达波束扫描的基本理论

2.2传统相控阵雷达对瞬时信号带宽的限制

2.3光控相控阵雷达的系统组成

2.4光控相控阵雷达的几种常见光控波束形成方式及分析

2.4.1基于开关选择光纤物理长度的光控波束形成

2.4.2基于色散机制的光控波束形成

2.4.3基于阵列波导光栅(AWG)和色散光纤的光控波束形成

2.4.4基于集成光波导的光控波束形成

3聚合物基光波导延时线设计

3.1聚合物基光波导延时线的优势

3.2聚合物基光波导延时线的国内外进展

3.3聚合物PSQ-Ls基光波导延时线的设计

3.3.1波束传输法(BPM)

3.3.2材料及折射率的选择

3.3.3波导截面尺寸

3.3.4损耗的计算及弯曲半径的确定

3.3.5波导间距

3.3.6减小模式不匹配损耗的结构优化

3.3.7掩膜版layout

4光控波束形成网络延时测量系统的搭建及光纤延时的测量

4.1测试原理及系统组成

4.2矢量网络分析仪

4.2.1矢量网络分析仪的组成和原理

4.2.2矢量网络分析仪的误差来源及校准

4.3光纤延时的测量结果及测量不确定度分析

4.3.1测量结果

4.3.2测量不确定度分析

4.3.3测量不确定度的改善

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢