技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明的一個(gè)目的是用于執(zhí)行具有N個(gè)天線元件的相控陣列天線所接收的無(wú)線電
信號(hào)的波束成形的光子系統(tǒng)。
[0002] 本發(fā)明的光子系統(tǒng)執(zhí)行相控陣列天線所接收的無(wú)線
電信號(hào)的波束成形。系統(tǒng)提供具有周期性
頻率響應(yīng)的、通過(guò)可調(diào)諧光延遲線實(shí)現(xiàn)的真時(shí)間延遲波束成形。在可能
實(shí)施例中的一個(gè)中，
馬赫-曾德?tīng)栄舆t干涉儀能夠提供這種操作。
[0003] 這種干涉儀在其臂/分支之間有預(yù)設(shè)的差分時(shí)間延遲，以及還有施加到其臂的功率之間的可調(diào)節(jié)耦合比率?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)這種耦合比率來(lái)配置時(shí)間延遲。在所提出系統(tǒng)的第一階段中，通過(guò)使用電光
調(diào)制器的陣列將由相控陣列天線的所有天線元件輸出的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換到光域。經(jīng)調(diào)制的
光信號(hào)的幅度可通過(guò)使用可變光
衰減器和/或
光放大器來(lái)調(diào)節(jié)；經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)的
相位可通過(guò)使用
移相器來(lái)調(diào)節(jié)；并且它們的時(shí)間延遲通過(guò)使用所提出的可調(diào)光延遲線來(lái)限定。然后將經(jīng)調(diào)節(jié)信號(hào)組合成單個(gè)信號(hào)，然后通過(guò)使用從用于供給電光調(diào)制器的同一激
光源獲得的頻移的光
本振信號(hào)來(lái)相干檢測(cè)該單個(gè)信號(hào)。由于系統(tǒng)所執(zhí)行的功能是線性的，所以可以在光域中或電域中執(zhí)行不同的功能。此外，某些功能還可具有簡(jiǎn)化的實(shí)現(xiàn)方式。在不同實(shí)施例中對(duì)此進(jìn)行探索。
[0004] 本發(fā)明提供了四個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)：光子RF
相移；利用本征光子頻率下轉(zhuǎn)換的高靈敏度相干檢測(cè)；
相位噪聲消除，因?yàn)轭l移的光本振信號(hào)可從用于供給電光調(diào)制器的同一激光源獲得；以及僅需要單個(gè)延遲線的可能性，該單個(gè)延遲線在所有可調(diào)諧光延遲線之間共享。這些優(yōu)點(diǎn)的集合使所提出系統(tǒng)對(duì)于高端無(wú)線接收機(jī)極其有吸引
力，高端無(wú)線接收機(jī)是諸如衛(wèi)星通信系統(tǒng)和寬帶無(wú)線
信號(hào)傳輸的高要求應(yīng)用所需要的。
現(xiàn)有技術(shù)[0005] 相控陣列天線包括多個(gè)天線元件，這些天線元件常常以諸如正方形的二維配置來(lái)布置。為了在給定方向上發(fā)送信號(hào)，調(diào)節(jié)被供給到每個(gè)天線元件的射頻(RF)信號(hào)的相位和幅度，使得相控陣列天線的
輻射圖在目標(biāo)方向上被最大化。對(duì)供給到每個(gè)天線元件的信號(hào)的相位和幅度進(jìn)行個(gè)體調(diào)節(jié)，允許完全地定制相控陣列天線的輻射圖，從而能夠進(jìn)行更精密的應(yīng)用，諸如其中對(duì)于多于一個(gè)方向?qū)⑤椛鋱D最大化的多波束操作。由于相控陣列天線是雙向的，所以上述的操作原理也應(yīng)用于接收無(wú)線電信號(hào)。相比于使用單個(gè)天線(常常比相控陣列天線的天線元件精密得多)，使用相控陣列天線的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要天線的物理移位或旋轉(zhuǎn)來(lái)操控輻射圖，還有由相控陣列天線給出的整形其輻射圖的特有靈活性。
[0006] 為了整形具有N個(gè)天線元件的相控陣列天線的輻射圖，需要波束成形系統(tǒng)來(lái)處理由天線元件輸出的N個(gè)RF信號(hào)。這種系統(tǒng)應(yīng)該接收N個(gè)
輸入信號(hào)，各自控制它們的幅度和相位，并將所得信號(hào)組合成單個(gè)輸出。為了執(zhí)行信號(hào)的相位控制，典型的解決方案是使用相移器，相移器為廣范圍的頻率提供恒定的相移。然而，向給定信號(hào)施加的相移僅對(duì)于單個(gè)頻率是正確的。這意味著，利用包括相移器的波束成形系統(tǒng)的相控陣列天線僅對(duì)單個(gè)頻率提供正確操作，該單個(gè)頻率通常是輸入無(wú)線電信號(hào)的
載波頻率。對(duì)于任何其他頻率，相移是不正確的，意味著輻射圖僅對(duì)于操作頻率而言是如期望的那樣準(zhǔn)確的。該問(wèn)題通常被命名為波束偏斜。雖然對(duì)于準(zhǔn)單頻信號(hào)而言這并不是問(wèn)題，但對(duì)于在
光譜上豐富的信號(hào)(諸如RADAR信號(hào)、承載高比特率數(shù)據(jù)的無(wú)線信號(hào)和射電天文信號(hào))而言是嚴(yán)重的限制。
[0007] 可通過(guò)使用相移與頻率成正比變化的相移器來(lái)避免波束偏斜。通過(guò)使用時(shí)間延遲替代恒定頻率的相移器，由此提供真時(shí)間延遲波束成形，實(shí)現(xiàn)這種性質(zhì)。理想的真時(shí)間延遲波束成形系統(tǒng)提供與操作頻率無(wú)關(guān)的一致輻射圖，由此是理想的解決方案。然而，可調(diào)諧電延遲線的實(shí)現(xiàn)具有挑戰(zhàn)性，特別是對(duì)于高的RF頻率(例如，30GHz)而言。在這種高頻率下，這種裝置的衰減和頻率相關(guān)響應(yīng)是應(yīng)考慮的。這些裝置的體積也大并且通常具有長(zhǎng)的調(diào)諧時(shí)間。
[0008] 可通過(guò)光子技術(shù)，特別是通過(guò)
微波光子技術(shù)來(lái)克服
電子技術(shù)的這些典型限制。微波光子是跨學(xué)科領(lǐng)域，微波光子通過(guò)使用光子技術(shù)來(lái)在光域中應(yīng)對(duì)RF信號(hào)的處理。光子技術(shù)給出了具有寬帶寬(大約THz)且非常低損耗、輕重量、低功耗以及對(duì)于太空相關(guān)應(yīng)用而言非常重要的不受
電磁干擾影響的
波導(dǎo)。光子系統(tǒng)的操作帶寬常常受電光轉(zhuǎn)換器和光電轉(zhuǎn)換器的帶寬限制，雖然如此，該帶寬現(xiàn)在可容易地超過(guò)30GHz。在光子波束成形系統(tǒng)中，首先，通過(guò)調(diào)制一個(gè)或多個(gè)輸入激光信號(hào)，將相控陣列天線所接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換到光域。然后，每個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)被可調(diào)諧光延遲線(TODL)延遲，并且通過(guò)可變光衰減器和/或通過(guò)
光放大器來(lái)調(diào)節(jié)該光信號(hào)的幅度。然后，將所得光信號(hào)組合成單個(gè)光信號(hào)，該單個(gè)光信號(hào)然后通過(guò)使用
光接收器而被轉(zhuǎn)換到電域。還可以至少部分地在電域中進(jìn)行由光子波束成形系統(tǒng)執(zhí)行的功能中的一些(特別是時(shí)間延遲、幅度調(diào)節(jié)和信號(hào)組合)。
[0009] 已經(jīng)提出了許多不同的光子波束成形系統(tǒng)。以下的現(xiàn)有技術(shù)描述了與本發(fā)明中公開(kāi)的技術(shù)相關(guān)的技術(shù)。
[0010] 美國(guó)
專(zhuān)利No.5,428,218公開(kāi)了基于空間復(fù)用的TODL。在這種自由空間實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)反射鏡的調(diào)節(jié)將光信號(hào)引導(dǎo)至給定的光纖中。因?yàn)椴煌墓饫w具有不同的長(zhǎng)度，所以可實(shí)現(xiàn)被添加至光信號(hào)的時(shí)間延遲的離散調(diào)諧。該實(shí)現(xiàn)方式還包括具有多波束系統(tǒng)(即，系統(tǒng)可被多個(gè)光信號(hào)同時(shí)使用)的可能性。提出了采用若干可調(diào)節(jié)反射鏡的TODL的多波束實(shí)現(xiàn)方式作為用于相控陣列天線接收機(jī)的真時(shí)間延遲波束成形系統(tǒng)。
[0011] 美國(guó)專(zhuān)利No.5,461,687公開(kāi)了基于反射色散介質(zhì)的TODL。通過(guò)調(diào)諧輸入光信號(hào)的
波長(zhǎng)，傳播信號(hào)的路徑長(zhǎng)度改變，從而得到可調(diào)諧的時(shí)間延遲。在第一實(shí)施例中，在使用衍射光柵和傾斜的反射鏡的自由空間設(shè)備中實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散介質(zhì)。在第二實(shí)施例中，具有不同中心波長(zhǎng)的光纖布拉格光柵位于光纖的不同點(diǎn)處。提出了使用所公開(kāi)TODL的真時(shí)間延遲光子波束成形系統(tǒng)。
[0012] 美國(guó)專(zhuān)利No.7,558,450?B2公開(kāi)了由耦合到波導(dǎo)的諧振元件構(gòu)成的TODL。諧振元件是基于環(huán)形
諧振器。該實(shí)現(xiàn)方式限于包括光載波和單個(gè)邊帶的光信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)諧振元件的頻率諧振的對(duì)稱(chēng)移動(dòng)使得能夠調(diào)節(jié)被引起到邊帶中的時(shí)間延遲，該邊帶承載RF信號(hào)。第三諧振元件調(diào)節(jié)光載波的相位，以限定輸出RF信號(hào)的相位。比諧振方法更重要的是，在光載波和邊帶之間沒(méi)有任何光譜內(nèi)容的情況下，所提出TODL適用于RF信號(hào)。因此，TODL的頻率響應(yīng)與位于邊帶和光載波之間的頻率是不相關(guān)的。提出了為使用更多諧振元件來(lái)增加功能性的其它實(shí)施例。提出了使用所公開(kāi)TODL的真時(shí)間延遲光子波束成形系統(tǒng)。
[0013] 專(zhuān)利No.WO2012005618?A1公開(kāi)了用于相控陣列天線發(fā)送機(jī)的真時(shí)間延遲光子波束成形系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于TODL，TODL進(jìn)而是基于具有可調(diào)諧耦合比率的馬赫-曾德?tīng)栄舆t干涉儀(MZDI)(MZDI-TCR)。這種干涉儀包括輸入光分離器、兩個(gè)延遲線和輸出光
耦合器。兩個(gè)延遲線具有在其之間的差分時(shí)間延遲。輸入光分離器和/或輸出光耦合器具有可調(diào)諧耦合比率，這意味著干涉儀的兩個(gè)臂之間的功率比率是可調(diào)節(jié)的?？赏ㄟ^(guò)改變可調(diào)諧耦合比率來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)這種TODL設(shè)置的時(shí)間延遲。這種TODL的周期性頻率響應(yīng)需要光信號(hào)的光載波和邊帶必須以MZDI的幅度響應(yīng)的最大處為中心。這暗示了限定干涉儀的頻率響應(yīng)的周期的干涉儀的延遲線之間的差分時(shí)間延遲必須取決于RF信號(hào)的頻率來(lái)限定。在第一實(shí)施例中，首先，將要由相控陣列天線輻射的RF信號(hào)轉(zhuǎn)換到光域。然后，將經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)分離成N個(gè)拷貝，并且每個(gè)拷貝被基于MZDI-TCR的TODL延遲。然后，將經(jīng)延遲的光信號(hào)轉(zhuǎn)換到電域，并且將所得信號(hào)供給到相應(yīng)的天線元件。在第二實(shí)施例(圖3)中，所有MZDI-TCR共享同一輸入光耦合器和延遲線。僅使用兩個(gè)延遲線，這兩個(gè)延遲線由雙折射介質(zhì)的兩個(gè)偏振軸組成。第二實(shí)施例公開(kāi)了使用波分復(fù)用激光信號(hào)，每個(gè)天線元件一個(gè)激光信號(hào)。在僅對(duì)于單邊帶光信號(hào)合適的另一個(gè)實(shí)施例中，MZDI-TCR的輸出耦合器被部分地在光域且部分地在電域?qū)崿F(xiàn)。通過(guò)可變光衰減器在光域中調(diào)節(jié)可調(diào)諧耦合比率，而通過(guò)使用單個(gè)光接收器同時(shí)對(duì)
正交偏振信號(hào)進(jìn)行光電檢測(cè)來(lái)執(zhí)行正交偏振信號(hào)的相加。在科技論文Drummond,Miguel?V.,Paulo?P.Monteiro,and?Rogério?N.Nogueira."Photonic?true-time?delay?beamforming?based?on?polarization-domain?interferometers."Lightwave?Technology,Journal?of?28.17(2010):2492-2498,DOI:10.1109/JLT.2010.2057408中詳細(xì)研究了第一實(shí)施例。
[0014] PCT/PT2010/000061中提出的光子波束成形系統(tǒng)對(duì)相控陣列天線接收機(jī)的簡(jiǎn)單適應(yīng)將是要用電－光轉(zhuǎn)換器來(lái)取代光－電轉(zhuǎn)換器，反之亦然。在圖1中展示了這種方法?？紤]具有N個(gè)天線元件(4)的相控陣列天線。單個(gè)激光源(1)提供激光信號(hào)，該激光信號(hào)被光分離器(2)分離成N個(gè)拷貝。每個(gè)拷貝被對(duì)應(yīng)的天線元件的經(jīng)放大RF信號(hào)調(diào)制。電放大器(3)被用于放大，以及電光調(diào)制器(5)被用于電光調(diào)制。然后，通過(guò)TODL(6)處理每個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)，TODL(6)包括具有可調(diào)諧分離比率的輸入光耦合器、臂之間的差分時(shí)間延遲τ以及輸出光耦合器。然后，通過(guò)光組合器(7)將經(jīng)延遲的光信號(hào)組合成單個(gè)信號(hào)。通過(guò)使用光接收器(8)將所得信號(hào)轉(zhuǎn)換到電域。這種方案，雖然簡(jiǎn)單，但展示了一些不足。
[0015] 考慮到被視為最接近的所述技術(shù)解決方案，它具有三點(diǎn)不足。第一，它不包括將大幅改善系統(tǒng)的靈敏度的相干檢測(cè)。第二，它不包括光子頻率下轉(zhuǎn)換，這意味著輸出電信號(hào)將仍然具有高的載波頻率，由此需要高頻電子裝置。第三，由于TODL的周期性響應(yīng)，所以這種系統(tǒng)僅適應(yīng)于一組離散的RF頻率，因?yàn)門(mén)ODL的周期性頻率響應(yīng)需要光信號(hào)的光載波和邊帶必須以MZDI的幅度響應(yīng)的最大處為中心。本發(fā)明應(yīng)對(duì)了這些不足。
發(fā)明內(nèi)容
[0016] 本發(fā)明因此公開(kāi)了一種用于執(zhí)行相控陣列天線所接收的無(wú)線電信號(hào)的真時(shí)間延遲波束成形的光子系統(tǒng)。
[0017] 本發(fā)明的一個(gè)目的是一種用于具有N個(gè)天線元件(4)的相控陣列天線的光子波束成形系統(tǒng)，在第一實(shí)施例中，該光子波束成形系統(tǒng)包括：
[0018] ●用于生成第一光載波和第二光載波的部件，其中，第一光載波和第二光載波具有不同的頻率；
[0019] ●用于光學(xué)處理來(lái)自N個(gè)天線元件的N個(gè)信號(hào)的部件，該部件包括：
[0020] ○N個(gè)電光調(diào)制器(5)的陣列，每個(gè)電光調(diào)制器用第一光載波的拷貝作為輸入并且由N個(gè)天線元件中的一個(gè)所生成的RF信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)；
[0021] ○N個(gè)可調(diào)諧光延遲線(TODL)(6)的陣列，每個(gè)可調(diào)光延遲線用N個(gè)電光調(diào)制器(5)中的一個(gè)的
輸出信號(hào)作為輸入，其中，每個(gè)TODL(6)具有周期性頻率響應(yīng)；
[0022] ○光組合器(7)的陣列，用N個(gè)TODL的陣列的輸出信號(hào)作為輸入，并且產(chǎn)生至少一個(gè)輸出信號(hào)；
[0023] ●用于將來(lái)自用于光學(xué)處理來(lái)自N個(gè)天線元件(4)的N個(gè)信號(hào)的所述部件的至少一個(gè)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸出信號(hào)的部件，該部件包括：
[0024] ○相干接收器(14)的陣列，每個(gè)相干接收器用光組合器(7)的陣列的輸出信號(hào)中的一個(gè)作為第一輸入，以及用充當(dāng)光本振信號(hào)(OLO)的第二光載波的拷貝作為第二輸入；
[0025] ●電組合器(15)的陣列，用相干接收器(14)的陣列的輸出信號(hào)作為輸入，并且產(chǎn)生至少一個(gè)輸出信號(hào)，該至少一個(gè)輸出信號(hào)是該光子波束成形系統(tǒng)的電輸出信號(hào)。
[0026] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種通過(guò)先前描述的系統(tǒng)(以其實(shí)施例中的任一個(gè))實(shí)現(xiàn)的將具有N個(gè)天線元件的相控陣列天線所接收的無(wú)線電信號(hào)波束成形的方法，該方法包括以下步驟：
[0027] ●生成第一光載波和第二光載波；
[0028] ●將該第一光載波的N個(gè)拷貝輸入到用于光學(xué)處理來(lái)自N個(gè)天線元件的N個(gè)信號(hào)的部件中，具體地，輸入到所述部件包括的電光調(diào)制器陣列的每個(gè)電光調(diào)制器(5)中；
[0029] ●利用該N個(gè)天線元件中的一個(gè)所生成的RF信號(hào)來(lái)調(diào)制第一光載波的每個(gè)拷貝；
[0030] ●處理每個(gè)在N個(gè)TODL中的一個(gè)中得到的信號(hào)；
[0031] ●將經(jīng)處理的信號(hào)光組合成至少一個(gè)輸出光信號(hào)；
[0032] ●將所述至少一個(gè)輸出光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電輸出信號(hào)，該步驟包括：
[0033] ○使用第二光載波的拷貝作為OLD，對(duì)相干接收器(14)的陣列中的每個(gè)得到的信號(hào)進(jìn)行外差相干檢測(cè)；
[0034] ●將得到的信號(hào)組合成至少一個(gè)電輸出信號(hào)，該至少一個(gè)電輸出信號(hào)中的一個(gè)是該光子波束成形系統(tǒng)的電輸出信號(hào)。
[0035] 通過(guò)使用具有周期性頻率響應(yīng)的TODL，實(shí)現(xiàn)真時(shí)間延遲波束成形。這種TODL(6)基本上是具有有限或(準(zhǔn))無(wú)限脈沖響應(yīng)的可調(diào)諧光
濾波器。在本發(fā)明的兩個(gè)具體實(shí)施例中，具有周期性頻率響應(yīng)的每個(gè)TODL(6)是：
[0036] ●具有可調(diào)諧耦合比率的馬赫-曾德?tīng)栄舆t干涉儀(MZDI-TCR)
[0037] 或者
[0038] ●具有可調(diào)諧耦合比率的環(huán)形諧振器。
[0039] MZDI-TCR是有限脈沖響應(yīng)光濾波器的一個(gè)示例，而在波導(dǎo)和環(huán)本身之間具有可調(diào)諧耦合比率的環(huán)形諧振器充作準(zhǔn)有限脈沖響應(yīng)光濾波器的一個(gè)示例。不失一般性地，該描述是基于MZDI-TCR。MZDI-TCR具有在其臂之間的預(yù)設(shè)差分時(shí)間延遲(這里被定義為值τ)，并且還具有一個(gè)臂相對(duì)于另一個(gè)臂的
平均功率之間的可調(diào)節(jié)比率?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)這種耦合比率來(lái)配置時(shí)間延遲。這種TODL(6)在專(zhuān)利
申請(qǐng)WO2012005618A1中被公開(kāi)，并在用于相控陣列天線發(fā)送機(jī)的真時(shí)間延遲光子波束成形系統(tǒng)中被采用。
[0040] 所有先前提到的三點(diǎn)不足被因使用相干檢測(cè)而得到的所呈現(xiàn)的創(chuàng)新集合克服。第一，為了進(jìn)行相干檢測(cè)，必須使用OLO。應(yīng)該在光電檢測(cè)之前將波束成形系統(tǒng)的輸出光信號(hào)與OLO組合。相干檢測(cè)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)比直接檢測(cè)更高的靈敏度，而且它還允許使用除了強(qiáng)度調(diào)制以外的調(diào)制方案(諸如，幅度調(diào)制、相位調(diào)制或幅度與相位調(diào)制)。
[0041] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，可使用幅度調(diào)制來(lái)產(chǎn)生光載波(OC)被抑制的光信號(hào)。這在使用馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器作為電光調(diào)制器時(shí)特別有利，因?yàn)檫@種調(diào)制器在被偏置處于最小傳輸點(diǎn)時(shí)給出最大線性度，這是調(diào)制OC被抑制的光信號(hào)的情況。使用OC被抑制的光信號(hào)之所以重要的另一個(gè)原因是，它還允許光放大器的最優(yōu)使用，因?yàn)橛晒夥糯笃魈峁┑脑鲆嬷苯油ㄏ蚪?jīng)調(diào)制的光信號(hào)的邊帶，所有信息被包含在該邊帶中。對(duì)于OC未被抑制的光信號(hào)，增益將必須與OC共享，這沒(méi)有帶來(lái)任何優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)闆](méi)有信息被OC承載。對(duì)于低調(diào)制率而言，這將是特別不利的，因?yàn)镺C的功率將相當(dāng)多地高于邊帶的功率。
[0042] 另一方面，如果不需要進(jìn)行光放大，則可替代地采用相位調(diào)制，這帶來(lái)需要簡(jiǎn)單
相位調(diào)制器的優(yōu)點(diǎn)?？梢缘弥辔徽{(diào)制示出了與OC被抑制的幅度調(diào)制相同的線性表現(xiàn)。使用相位調(diào)制器還避免了需要用相移器來(lái)控制每個(gè)路徑的光相位，因?yàn)檫@種功能還可由相位調(diào)制器通過(guò)向供給到調(diào)制器的RF信號(hào)中添加緩慢變化的DC偏移來(lái)執(zhí)行。相干檢測(cè)還帶來(lái)避免在將輸入光信號(hào)轉(zhuǎn)換到電域時(shí)的任何信息丟失的重要優(yōu)點(diǎn)。此優(yōu)點(diǎn)可用于使用模擬裝置(諸如功率組合器)或使用
數(shù)字信號(hào)處理器來(lái)進(jìn)一步處理所檢測(cè)到的電信號(hào)。數(shù)字
信號(hào)處理可用于增強(qiáng)系統(tǒng)的線性度，或者更重要地，用于執(zhí)行數(shù)字波束成形，在數(shù)字波束成形中，來(lái)自不同光子波束成形系統(tǒng)的輸出可被組合成單個(gè)輸出。
[0043] 第二，存在許多執(zhí)行光子頻率下轉(zhuǎn)換的方式。一種可能將是使用多音激光信號(hào)，使得在光電檢測(cè)這些音與邊帶的差拍時(shí)將生成頻率下轉(zhuǎn)換的RF信號(hào)。然而，這將增加信號(hào)的光譜內(nèi)容，鑒于基于MZDI-TCR的TODL的有限操作帶寬，這是不期望的。充分利用相干檢測(cè)的簡(jiǎn)單方式是使用如圖2中例示并且在本發(fā)明的目的中實(shí)施的頻移OLO。替代使OLO的中心在OC的同一頻率處(即，設(shè)定fOLO＝fOC，由此檢測(cè)位于fOC±fRF處的兩個(gè)邊帶，并且產(chǎn)生在頻率fRF處的電信號(hào))，使OLO的中心更靠近一個(gè)邊帶，該邊帶在圖中是最高頻率為fOLO＝fxC+fIF的邊帶。因此，檢測(cè)到的信號(hào)具有與輸入光信號(hào)的邊帶對(duì)應(yīng)的兩個(gè)分量。一個(gè)邊帶位于下轉(zhuǎn)換頻率fRF-fIF處，而另一個(gè)位于上轉(zhuǎn)換頻率fRF+fIF處?？赏ㄟ^(guò)使用
帶通濾波器對(duì)頻率下轉(zhuǎn)換信號(hào)濾波，該濾波理論上等同于對(duì)具有最低頻率的邊帶執(zhí)行單邊帶(SSB)濾波。對(duì)于外差檢測(cè)，如本發(fā)明的情況下那樣，最小的下轉(zhuǎn)換頻率被邊帶的光譜寬度以及頻率
波動(dòng)限制。
[0044] 基本上存在三個(gè)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)頻移OLO，三個(gè)選項(xiàng)提供了本發(fā)明的三個(gè)可能的實(shí)施例。
[0045] 第一個(gè)選項(xiàng)是使用獨(dú)立于輸入激光源(1)的自由運(yùn)轉(zhuǎn)激光源(1)，其中輸入激光源(1)供給光子波束成形系統(tǒng)。為了使OLO頻率和相位
鎖定到輸入激光信號(hào)，需要控制回路，諸如，模擬光鎖相回路，或在處理下轉(zhuǎn)換電信號(hào)的
數(shù)字信號(hào)處理器中實(shí)現(xiàn)的數(shù)字載波頻率和相位恢復(fù)。然而，這兩種控制回路的實(shí)現(xiàn)都很復(fù)雜。
[0046] 第二個(gè)選項(xiàng)是使用生成具有給定頻率間隔的至少兩個(gè)音的多音激光源(1)。這些音中的兩個(gè)被光
梳狀濾波器(optical?interleaver)分開(kāi)，并且一個(gè)音供給光子波束成形系統(tǒng)，而另一個(gè)音被用作OLO。該選項(xiàng)具有以下不足：在至少兩個(gè)音之間分離激光輸出功率，以及需要波長(zhǎng)相關(guān)的光梳狀濾波器將一個(gè)音與另一個(gè)音分開(kāi)。
[0047] 第三個(gè)選項(xiàng)是從輸入激光信號(hào)獲得OLO。在這種情況下，從所述第一光載波生成所述第二光載波。一種可能的實(shí)現(xiàn)方式將是調(diào)制信號(hào)激光源(1)的拷貝，使得經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)將包含處于頻率fOLO的單個(gè)音。另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式將是調(diào)制輸入激光信號(hào)的拷貝，使得經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)將具有處于頻率fOLO的音。這種經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)將然后注入鎖定被調(diào)諧到頻率fOLO的第二激光源(1)，由此產(chǎn)生具有頻率為fOLO的單個(gè)音的光信號(hào)。
[0048] 所有的實(shí)現(xiàn)方式都產(chǎn)生頻率和相位被鎖定到輸入激光信號(hào)并且還被從fOC頻移到fOLO的OLO信號(hào)。使波束成形系統(tǒng)的輸入激光信號(hào)以及進(jìn)而輸出光信號(hào)與頻移OLO相位鎖定的非常重要的優(yōu)點(diǎn)在于，存在相位噪聲消除，由此大幅放松對(duì)輸入激光源(1)的線寬要求。使輸出電信號(hào)處于更低頻率帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是：例如通過(guò)有可能省去高頻模擬或數(shù)字頻率下轉(zhuǎn)換器，放松剩余的電子
電路。由此，輸出電信號(hào)可立即通過(guò)
模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，并且在數(shù)字信號(hào)處理器中被進(jìn)一步處理。
[0049] 第三，還是由于如由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的那樣頻移了OLO，因?yàn)閮H光信號(hào)的邊帶中的一個(gè)被相干檢測(cè)，所以?xún)H需要延遲此邊帶。因此，TODL僅需要處理邊帶中的一個(gè)，即，TODL的頻率響應(yīng)僅需要與所處理的邊帶對(duì)準(zhǔn)。作為結(jié)果，不再需要取決于fRF來(lái)離散限定每個(gè)干涉儀的延遲線之間的差分時(shí)間延遲，即，TODL(6)的頻率響應(yīng)的周期不再需要與fRF相關(guān)。僅檢測(cè)光信號(hào)的邊帶中的一個(gè)還使得能夠有可能使光子RF相移。通過(guò)將光信號(hào)相對(duì)于經(jīng)頻移的OLO相移給定值，所得的相干檢測(cè)的頻率下轉(zhuǎn)換電信號(hào)的相位被移動(dòng)相同值。如果檢測(cè)兩個(gè)邊帶，將不是這種情況。
[0050] 由于系統(tǒng)所執(zhí)行的功能是線性的，可以在光域、在電域或在這兩個(gè)域中執(zhí)行不同的功能。例如，可使用光組合器(7)的陣列僅在光域中、使用電組合器(15)的陣列僅在電域中或者使用這兩種組合器的陣列在這兩個(gè)域中執(zhí)行信號(hào)組合。此外，系統(tǒng)的某些部件可彼此組合，使得完整系統(tǒng)得以簡(jiǎn)化。例如，并且如實(shí)施例中的一個(gè)所探索的，通過(guò)將光組合器(7)的陣列嵌入N個(gè)TODL(6)的陣列中，則僅需要單個(gè)光延遲線(17)。
[0051] 參照?qǐng)D7的實(shí)施例，其中，所有在相干檢測(cè)中被用作OLO的光載波(由激光信號(hào)實(shí)施)被頻移fIF(圖7中的點(diǎn)B)。圖7的實(shí)施例可以使得用于產(chǎn)生光載波的部件由兩個(gè)均用于生成單個(gè)光載波的不同部件組成。這里，相干檢測(cè)現(xiàn)在得到中心在±fRF-fIF處的兩個(gè)信號(hào)，而不是中心在fRF-fIF的一個(gè)單個(gè)信號(hào)。低通濾波造成中心在-fRF-fIF處的信號(hào)被抑制。實(shí)際上，這意味著在相干檢測(cè)期間執(zhí)行單邊帶(SSB)濾波。除了在相干檢測(cè)期間同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻率下轉(zhuǎn)換由此使平衡接收器的帶寬從～fRF放松降至～fRF-fIF外的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在還可僅僅通過(guò)改變OLO和/或經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)的相位而在光域中實(shí)現(xiàn)RF相移。
[0052] 總之，本發(fā)明提出了國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/PT2010/000061中公開(kāi)的可調(diào)諧光延遲線的用于在接收模式下操作的相控陣列天線的新應(yīng)用，由此也能夠?qū)崿F(xiàn)真時(shí)間延遲操作。然而，應(yīng)該注意，在本發(fā)明中引入了進(jìn)一步創(chuàng)新，從而能夠?qū)崿F(xiàn)RF信號(hào)的光子頻率下轉(zhuǎn)換、光子RF相移以及減輕與RF-光信號(hào)轉(zhuǎn)換相關(guān)的若干損害。
[0053] 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/PT2010/000061之間的不同可總結(jié)如下。在本發(fā)明的所述優(yōu)選實(shí)施例中：
[0054] 1.光子波束成形網(wǎng)絡(luò)在接收模式下操作，即，相控陣列天線接收無(wú)線信號(hào)而不是生成無(wú)線信號(hào)；
[0055] 2.主要的創(chuàng)新性在于使用相干檢測(cè)來(lái)檢測(cè)由所有天線元件提供的組合信號(hào)，其中，光本振信號(hào)源自同一激光源，但是經(jīng)歷了頻移。這得到如以下看到的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)；
[0056] 3.延遲線可支持任何RF頻率，因?yàn)椴辉傩枰抻贛ZDI的
自由光譜范圍。
[0057] 4.提供MZDI的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)方式，該實(shí)現(xiàn)方式與光子集成電路完全兼容。這是非常相關(guān)的，因?yàn)閮H在光子集成電路中有可能實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)。
[0058] 5.提供不僅在光域中而且在電域中從多個(gè)天線元件(4)執(zhí)行信號(hào)組合的完整系統(tǒng)的描述。
附圖說(shuō)明
[0059] 以下，更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
[0060] 圖1示出使用單個(gè)激光源(1)的用于相控陣列接收機(jī)的光子波束成形系統(tǒng)的基本實(shí)現(xiàn)方式，其中，所有經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)被各自延遲，并且然后被組合成單個(gè)光信號(hào)。
[0061] 圖2例示相干接收器(14)的輸入處的光譜，包括輸出光信號(hào)和頻移光本振信號(hào)二者。
[0062] 圖3示出用于相控陣列接收機(jī)的所提出的波束成形系統(tǒng)的第二實(shí)施例，其中在光域中進(jìn)行信號(hào)組合，由此需要單個(gè)相干接收器(14)。通過(guò)使輸入激光信號(hào)的拷貝頻移來(lái)獲取光本振信號(hào)。
[0063] 圖4示出所提出的波束成形系統(tǒng)的第三實(shí)施例。僅在電域中進(jìn)行信號(hào)組合，由此需要N個(gè)相干接收器(14)。
[0064] 圖5示出使用單個(gè)光延遲線(17)的所提出的波束成形系統(tǒng)的第四實(shí)施例。為了實(shí)現(xiàn)這樣，來(lái)自所有MZDI的具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的上輸出的信號(hào)被組合成單個(gè)光信號(hào)，這個(gè)光信號(hào)被供給到光延遲線(17)。來(lái)自所有MZDI的具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的下輸出的信號(hào)被同樣組合成單個(gè)光信號(hào)，這個(gè)光信號(hào)被供給到輸出光耦合器(18)。
[0065] 圖6示出第五實(shí)施例，第五實(shí)施例與第三實(shí)施例相同，不同之處在于使用了單個(gè)電延遲線(19)，即，延遲線被從光域移到電域中。為了實(shí)現(xiàn)這樣，使用兩個(gè)相干接收器(14)，一個(gè)相干接收器(14)用于檢測(cè)所有MZDI的具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的上輸出的組合信號(hào)，而另一個(gè)相干接收器(14)用于檢測(cè)所有MZDI的具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的下輸出的組合信號(hào)。
[0066] 圖7示出第六實(shí)施例，第六實(shí)施例與第一實(shí)施例相同，不同之處在于使用了兩個(gè)激光源(1)。所有激光源(1)應(yīng)該具有不同波長(zhǎng)，并且每個(gè)激光源(1)供給至少一個(gè)電光調(diào)制器(5)。所有激光信號(hào)在底部分支處頻移，由此生成波分復(fù)用頻移OLO。僅使用一個(gè)相干接收器(14)來(lái)同時(shí)檢測(cè)所有波分復(fù)用信號(hào)。
[0067] 圖8示出圖7的不同點(diǎn)處的光譜。具體實(shí)施例
[0068] 在本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容中定義了本發(fā)明的基本系統(tǒng)架構(gòu)和操作原理。在以下的行中詳述若干配置。
[0069] 在本發(fā)明的系統(tǒng)的第七實(shí)施例中，光組合器(7)的陣列被嵌入N個(gè)TODL的陣列中，其中：
[0070] ●每個(gè)MZDI-TCR包括具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器，該輸入光耦合器具有第一輸出和第二輸出；
[0071] ●光組合器(7)的陣列包括三組光組合器，使得：
[0072] ○第一組光組合器(16)被布置成使得它將來(lái)自N個(gè)具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的第一輸出的信號(hào)組合；
[0073] ○第二組光組合器(16)被布置成使得它將來(lái)自N個(gè)具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的第二輸出的信號(hào)組合；
[0074] ○第一組光組合器(16)的至少一個(gè)輸出被連接到光延遲線(17)；
[0075] ○第三組光組合器(18)被布置成使得它將來(lái)自第二組光組合器(16)的至少一個(gè)輸出信號(hào)與來(lái)自光延遲線(17)的輸出信號(hào)組合。
[0076] 在該實(shí)施例中，N個(gè)TODL的陣列被簡(jiǎn)化使得所有TODL共享同一光延遲線(17)。優(yōu)點(diǎn)在于，僅需要單個(gè)光延遲線(17)。然而，此優(yōu)點(diǎn)的代價(jià)是需要兩組光組合器(16)，該實(shí)施例由此可以需要與第一實(shí)施例相比高達(dá)兩倍數(shù)量的監(jiān)視點(diǎn)(13)。如果光延遲線(17)是可調(diào)諧的，則實(shí)現(xiàn)了增加的靈活性。
[0077] 在本發(fā)明的系統(tǒng)的第八實(shí)施例中，作為先前描述的配置的替換方式，光組合器(7)的陣列、相干接收器(14)的陣列和電組合器(15)的陣列被嵌入N個(gè)TODL的陣列中，使得：
[0078] ●每個(gè)MZDI-TCR包括具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器，該輸入光耦合器具有第一輸出和第二輸出；
[0079] ●光組合器(7)的陣列包括兩組光組合器，使得：
[0080] ○第一組光組合器(16)被布置成使得它將來(lái)自N個(gè)具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的第一輸出的信號(hào)組合；
[0081] ○第二組光組合器(16)被布置成使得它將來(lái)自N個(gè)具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的第二輸出的信號(hào)組合；
[0082] ●相干接收器(14)的陣列包括兩組相干接收器(14)，使得：
[0083] ○第一組相干接收器(14)中的每個(gè)相干接收器(14)用第一組光組合器(16)的輸出信號(hào)作為第一輸入，并且用充當(dāng)OLO的第二光載波的拷貝作為第二輸入；
[0084] ○第二組相干接收器(14)中的每個(gè)相干接收器(14)用第二組光組合器(16)的輸出信號(hào)作為第一輸入，并且用充當(dāng)OLO的第二光載波的拷貝作為第二輸入；
[0085] ●電組合器(15)的陣列包括三組電組合器(15)，使得：
[0086] ○第一組電組合器(15)被布置成使得它組合來(lái)自第一組相干接收器(14)的信號(hào)；
[0087] ○第二組電組合器(15)被布置成使得它組合來(lái)自第二組相干接收器(14)的信號(hào)；
[0088] ○第一組電組合器(15)的至少一個(gè)輸出被連接到電延遲線(19)；
[0089] ○第三組電組合器(15)被布置成使得它將來(lái)自第二組電組合器(15)的至少一個(gè)輸出信號(hào)與來(lái)自電延遲線(19)的輸出信號(hào)組合。
[0090] 該實(shí)施例與前述實(shí)施例類(lèi)似，但是這里系統(tǒng)僅具有單個(gè)電延遲線(19)。
[0091] 在可以與前面實(shí)施例中的任一個(gè)組合的本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的特定實(shí)施例中，它還包括被連接到用于生成第一光載波和第二光載波的部件的光分離器(2)，以生成第一光載波的N個(gè)拷貝。
[0092] 在可以與前面實(shí)施例中的任一個(gè)組合的本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的特定實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括光放大器(10)的陣列，其中，每個(gè)光放大器(10)被連接到N個(gè)光電調(diào)制器(5)中的一個(gè)光電調(diào)制器(5)的輸出。
[0093] 在本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的另一個(gè)特定實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括相移器的陣列，其中，一個(gè)相移器連接到每個(gè)MZDI-TCR的具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器的每個(gè)輸出。
[0094] 在本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的另一個(gè)特定實(shí)施例中，該系統(tǒng)還包括相移器(11)的陣列，其中，每個(gè)相移器(11)連接到N個(gè)電光調(diào)制器(5)中的一個(gè)的輸出。
[0095] 在可以與前面實(shí)施例中的任一個(gè)組合的包括MZDI-TCR的本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的可能實(shí)施例中，每個(gè)MZDI-TCR具有至少兩個(gè)輸出，其中，至少一個(gè)輸出是監(jiān)視點(diǎn)(13)。
[0096] 在本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的可能實(shí)施例中，光組合器(7)的陣列和電組合器(15)的陣列的至少一個(gè)輸出是監(jiān)視點(diǎn)(13)。
[0097] 在可以與前面實(shí)施例中的任一個(gè)組合的本發(fā)明的光子波束成形系統(tǒng)的特定實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括監(jiān)視和控制系統(tǒng)，其中，這種系統(tǒng)從監(jiān)視點(diǎn)(13)或者從光子波束成形系統(tǒng)的電輸出和光輸出讀取信息，在數(shù)字信號(hào)處理器中處理該信息，并且啟動(dòng)N個(gè)電光調(diào)制器(5)的陣列、光放大器(10)的陣列和相移器(11)的陣列。
[0098] 使用基于相干檢測(cè)的光子波束成形系統(tǒng)需要特別小心，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)取決于所有延遲光信號(hào)的相對(duì)相位。因此，優(yōu)選仔細(xì)監(jiān)視和控制所有光學(xué)路徑的相位
穩(wěn)定性。
[0099] 可通過(guò)使用緊湊的實(shí)現(xiàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)穩(wěn)定，在該實(shí)現(xiàn)方式中，機(jī)械振動(dòng)和熱振動(dòng)的效果被最小化或至少是更均勻的。光子電路集成由此是對(duì)于本申請(qǐng)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0100] 使用典型的基于反饋的監(jiān)視和控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)穩(wěn)定。從位于系統(tǒng)戰(zhàn)略點(diǎn)的監(jiān)視輸出讀取信息。這種信息被處理，然后基于這種信息啟動(dòng)諸如相移器(11)或相位調(diào)制器的控制輸入。主動(dòng)穩(wěn)定可涉及或可不涉及系統(tǒng)的至少部分的暫時(shí)性操作中斷。如果經(jīng)系統(tǒng)處理的信號(hào)還用于監(jiān)視目的，則系統(tǒng)沒(méi)有中斷。如果向輸入信號(hào)添加非干擾監(jiān)視信號(hào)(例如，帶外導(dǎo)頻音)，則同樣適用。然而，如果輸入信號(hào)被監(jiān)視信號(hào)取代或支配，則操作中斷是不可避免的。
[0101] 實(shí)施例
[0102] 在圖3中示出第二實(shí)施例。該實(shí)施例并入先前部分中描述的所有有利特征。除了處理來(lái)自所有N個(gè)天線元件的輸入信號(hào)所需的N個(gè)上路徑外，在底部處存在用于生成頻移OLO信號(hào)的另一條路徑。輸入激光信號(hào)的拷貝被頻移器(9)從頻率fOC頻移至頻率fOLO＝fOC+fIF。
[0103] 在針對(duì)輸入RF信號(hào)的電光調(diào)制和針對(duì)OLO的頻移之后，所得信號(hào)通過(guò)光放大器(10)的陣列放大。隨后，每個(gè)經(jīng)調(diào)制的光信號(hào)被相移器βi(11)(i＝1、…、N)相移。相移器(11)的陣列可以不僅對(duì)于個(gè)體RF光子相移是有用的，而且對(duì)于每個(gè)路徑的主動(dòng)相位穩(wěn)定是有用的。如果使用電光相位調(diào)制，則可避免相移器(11)的使用，因?yàn)榭稍谙辔徽{(diào)制的同時(shí)執(zhí)行相移。
[0104] 然后，通過(guò)N個(gè)TODL的陣列來(lái)處理經(jīng)相移的光信號(hào)。這里描繪TODL(6)的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式。它包括具有兩個(gè)輸出的馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，該馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x充作具有可調(diào)諧耦合比率的輸入光耦合器，其中，耦合比率通過(guò)相移器φi(i＝1、…、N)來(lái)控制。上輸出被連接到延遲為τ的光延遲線，而下輸出連接到相移器γi(i＝1、…、N)。此相移器的目的是，將TODL(6)的頻率響應(yīng)與TODL的輸入光信號(hào)的經(jīng)處理邊帶的中心頻率對(duì)準(zhǔn)。然后，通過(guò)2×2光耦合器來(lái)組合來(lái)自光延遲線和相移器的輸出信號(hào)。上輸出的光信號(hào)是TODL的輸出光信號(hào)，而下輸出的光信號(hào)可用于監(jiān)視目的，具體地，用于控制相移器φi和γi。
[0105] 然后，通過(guò)光組合器來(lái)組合經(jīng)延遲的光信號(hào)，光組合器在這里被描繪為多個(gè)2×2光耦合器(12)的布置。這種布置具有高達(dá)N個(gè)輸出，其中，一個(gè)輸出(圖3中的上輸出)產(chǎn)生組合的光信號(hào)，而剩下的輸出可用于監(jiān)視目的(13)。
[0106] 這些監(jiān)視點(diǎn)(13)對(duì)于控制相移器(11)βi，即，對(duì)于限定和穩(wěn)定所有經(jīng)延遲光信號(hào)的相對(duì)相位，是有用的。組合光信號(hào)與頻移OLO組合，然后由相干接收器(14)進(jìn)行相干檢測(cè)。
[0107] 圖3中描繪的實(shí)施例是第一實(shí)施例的一具體情況，因?yàn)樾盘?hào)僅在光域中被組合。這意味著，第一實(shí)施例中提到的光組合器(7)的陣列在圖3中被實(shí)現(xiàn)為多個(gè)2×2光耦合器(12)的布置，而電組合器(15)的陣列可簡(jiǎn)單地視為與相干接收器(14)的輸出連接的1×1電組合器。
[0108] 即使圖3描繪了包括平衡光電檢測(cè)器的外差相干接收器(14)的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式，但零差接收和/或單端檢測(cè)也是有效選項(xiàng)?？赏ㄟ^(guò)使用以頻率fRF-fIF為中心的帶通濾波器來(lái)恢復(fù)經(jīng)頻率下轉(zhuǎn)換的輸出電信號(hào)。濾波信號(hào)可被解調(diào)，經(jīng)受進(jìn)一步模擬或數(shù)字信號(hào)處理，或用于監(jiān)視目的。
[0109] 在圖4中示出第三實(shí)施例。該實(shí)施例例示了原本在光域中執(zhí)行的某些功能如何可以在電域中執(zhí)行，由此包括具有N個(gè)輸入的電組合器(15)的陣列。
[0110] 在這種情況下，在電域中進(jìn)行經(jīng)延遲的光信號(hào)的組合。電組合器(15)由此具有N個(gè)輸入。每個(gè)經(jīng)延遲的光信號(hào)首先被相干檢測(cè)。
[0111] 頻移OLO信號(hào)被分離成N個(gè)拷貝，其中，每個(gè)拷貝供給一個(gè)相干接收器(14)。然后，通過(guò)使用電組合器(15)將N個(gè)輸出電信號(hào)組合成單個(gè)信號(hào)，電組合器(15)被實(shí)現(xiàn)為多個(gè)2×2電耦合器(15)的布置。
[0112] 圖4中描繪的實(shí)施例也是第一實(shí)施例的一具體情況，因?yàn)樾盘?hào)僅在電域中被組合。這意味著，第一實(shí)施例中提到的光組合器(7)的陣列在圖4中被簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)為N個(gè)1×1光耦合器(12)，從而每個(gè)1×1光耦合器(12)將一個(gè)TODL(6)的輸出連接到一個(gè)相干接收器(14)的一個(gè)輸入。電組合器(15)的陣列被實(shí)現(xiàn)為多個(gè)2×2電組合器(15)的布置。
[0113] 同樣地，在第一實(shí)施例中描繪的光組合器(7)、監(jiān)視點(diǎn)(13)對(duì)于控制相移器(11)而言是有用的。在電域中進(jìn)行信號(hào)組合的主要優(yōu)點(diǎn)是，光子集成電路中實(shí)現(xiàn)光子功能性需要更小的芯片面積。另外，電組合器(15)的插入損耗可低于光組合器(7)，具體是因?yàn)橐M合的電信號(hào)已經(jīng)被頻率下轉(zhuǎn)換。
[0114] 在圖5中示出另一個(gè)可能實(shí)施例，其中，N個(gè)TODL的陣列被簡(jiǎn)化，使得所有TODL共享同一光延遲線(17)。本實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了單個(gè)光延遲線(17)被N個(gè)TODL共享的簡(jiǎn)化系統(tǒng)。
[0115] 在這種情況下，TODL的陣列如下進(jìn)行操作。每個(gè)TODL(6)仍然包括具有兩個(gè)輸出的、充作可調(diào)諧輸入光耦合器的輸入馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x，在該光耦合器中，通過(guò)相移器φi(i＝1、…、N)來(lái)控制耦合比率。所有干涉儀的上輸出被組合成供給光延遲線(17)的單個(gè)輸出。需要相移器βi來(lái)限定和穩(wěn)定這種光組合器(16)的相對(duì)相位。所有干涉儀的下輸出被同樣組合成單個(gè)輸出，該單個(gè)輸出供給輸出2×2光耦合器(18)的下輸入。需要相移器γi來(lái)限定和穩(wěn)定這種光組合器的相對(duì)相位。
[0116] 雖然在第一實(shí)施例中所有TODL相互獨(dú)立，但在該實(shí)施例中，通過(guò)在N個(gè)TODL的陣列中嵌入光組合器(16)的陣列，所有TODL現(xiàn)在共享MZDI-TCR的上臂和下臂，其中，光延遲線(17)被包括在上臂中。如先前提到的，優(yōu)點(diǎn)在于僅需要單個(gè)光延遲線(17)。然而，這種優(yōu)點(diǎn)的代價(jià)是需要兩組光組合器(16)，由此會(huì)需要相比于第一實(shí)施例高達(dá)兩倍數(shù)量的監(jiān)視點(diǎn)(13)。如果光延遲線(17)是可調(diào)諧的，則實(shí)現(xiàn)增加的靈活性。
[0117] 在圖6中示出第五實(shí)施例。該實(shí)施例與第四實(shí)施例具有相似性，但是這里系統(tǒng)僅具有單個(gè)電延遲線(19)。為了實(shí)現(xiàn)這樣，所有干涉儀的上輸出被組合成單個(gè)輸出，上相干接收器(14)對(duì)該單個(gè)輸出進(jìn)行相干檢測(cè)。同樣地，所有干涉儀的下輸出被組合成單個(gè)輸出，下相干接收器(14)對(duì)該單個(gè)輸出進(jìn)行相干檢測(cè)。上相干接收器(14)的輸出電信號(hào)被電延遲線(19)延遲，然后與下相干接收器(14)的輸出電信號(hào)組合，成為最終電輸出信號(hào)。如果電延遲線(19)是可調(diào)諧的，則實(shí)現(xiàn)增加的靈活性。
[0118] 在圖7中示出第六實(shí)施例。相比于第一實(shí)施例，該實(shí)施例使用多個(gè)激光源(1)，使得所有激光源(1)具有不同的波長(zhǎng)。即使在圖7中一個(gè)激光源(1)被分派給一個(gè)電光調(diào)制器，但實(shí)際上一個(gè)激光源(1)可被各種電光調(diào)制器(5)共享。經(jīng)延遲的光信號(hào)被組合成單個(gè)波分復(fù)用信號(hào)，該單個(gè)波分復(fù)用信號(hào)有與激光源的數(shù)量一樣多的
顏色或通道。頻移OLO的生成與第一實(shí)施例類(lèi)似，但現(xiàn)在存在與激光源的數(shù)量一樣多的頻移LO。因?yàn)槔碚撋舷喔蓹z測(cè)對(duì)于輸入信號(hào)的波長(zhǎng)而言是透明的，所以?xún)H使用一個(gè)相干接收器(14)，由此將所有輸入光信號(hào)相加。因此，還在相干檢測(cè)中執(zhí)行將信號(hào)組合成最終信號(hào)。如在圖8中觀察到的，光譜與圖2中示出的原始光譜非常相似。
[0119] 本發(fā)明的架構(gòu)的主要?jiǎng)?chuàng)造性特征可被描述為：
[0120] ●SSB濾波使得能夠在相干檢測(cè)期間進(jìn)行頻率下轉(zhuǎn)換。因此，將平衡接收器的所需帶寬從～fRF放松降至～fRF-fIF；
[0121] ●除了由MZDI提供的真時(shí)間延遲功能外，通過(guò)操縱相移器βi(11)來(lái)實(shí)現(xiàn)光子RF相移。這還可以通過(guò)SSB濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0122] ●系統(tǒng)末端處的帶通濾波允許不僅過(guò)濾中心在fRF-fIF處的所期望RF信號(hào)，而且還減輕數(shù)據(jù)調(diào)制時(shí)的諧波失真，抑制由于MZM和/或IQ調(diào)制器的有限ER而生成的RF音(位于fIF處)，并抑制由于平衡光電
二極管的
不平衡而生成的音(處于DC和2fRF)；
[0123] ●對(duì)于數(shù)據(jù)調(diào)制和本振信號(hào)使用同一激光源(1)得到相位噪聲消除，從而使得能夠使用具有有可能更高功率的較簡(jiǎn)單的激光結(jié)構(gòu)；
[0124] ●系統(tǒng)可應(yīng)付不同的RF頻率，不僅是因?yàn)镸ZDI僅需要延遲一個(gè)邊帶，而且是因?yàn)榭赏ㄟ^(guò)使用可調(diào)諧RF本振信號(hào)來(lái)變化fIF；
[0125] ●可通過(guò)控制所接收的RF信號(hào)的相位并且使用RF混合耦合器來(lái)從不同波束成形系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理論上無(wú)損的功率組合；
[0126] ●在戰(zhàn)略點(diǎn)處監(jiān)視系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)抗制造
缺陷、熱和機(jī)械不穩(wěn)定性以及激光頻率漂移的穩(wěn)健操作。
[0127] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚，當(dāng)考慮本公開(kāi)時(shí)，本發(fā)明并不嚴(yán)格限于所描述的實(shí)施例，許多可能的配置仍在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0128] 以上公開(kāi)的實(shí)施例可以在若干可能配置中是可組合的，避免所有可能組合的重復(fù)。
