光学真时延相控阵接收机关键技术研究
[Abstract]:Compared with traditional radar, phased array radar has been widely used because of its advantages such as fast beam scanning. However, due to the defect of aperture transit time, phased array radar can only work under relatively narrow band conditions. It limits its application in the complex environment of modern warfare. The optical phased array antenna designed in this paper combines the traditional phased array with microwave photonics, compensates the aperture transit time by optical true delay method, realizes the delay phase shift and synthesis of microwave signal in optical domain, and improves the instantaneous bandwidth of radar. The beamforming effect of wideband radar signal is eliminated. In this paper, the design of optical phased array antenna is systematically studied, and the experimental prototype is tested, which has certain reference value for the design and realization of optical real time delay phased array in the future. In this paper, based on the principle of phased array beamforming, the influence of amplitude and phase error of phased array on beam direction and beam gain is derived. At the same time, the reason of beamdeflection of traditional phased array and the advantages of true delay structure are explained theoretically. In this paper, the mathematical model of the most fundamental optical-borne RF (RoF) link in the optical phased array system is also presented. According to the model, the theoretical expressions of the performance indexes of the link are derived, and the methods to improve the link performance are introduced. Finally, the design scheme of the optical phased array antenna system and the optimum selection of the device parameters are put forward according to these two parts of theoretical analysis. As the most basic element of the optical true delay phase shift network, the precision of the optical fiber variable delay line determines the performance of the phased array. In this paper, a new type of high precision delay fiber fabrication technology with high success rate is presented. The optical fiber precision grinding platform and the manufacturing process of high precision fiber delay line based on this platform are designed. The precise measurement of the length in the fabrication process is completed by the vector network analyzer (VNA). The minimum precision is limited by the uncertainty of the phase measurement of the VNA, reaching 0.1 mm.. An optical-assisted parallel time-alternating sampling analog-to-digital conversion scheme and its channel mismatch error estimation and correction method are presented. The direct RF sampling of radar echo signal at the receiving end of the optical phased array antenna is realized. A high sampling rate oscilloscope is used to verify the scheme. The four-channel parallel sampling is realized in the experiment. The equivalent sampling rate is up to 6.31 GHz and the equivalent sampling rate is 40 GSas-1,. At 6.31 GHz, the SNR is 40.3 dB, the spurious free dynamic range is 57.6 dBc, and the corresponding effective bit is 6.4 bits. Reach the upper limit of the oscilloscope. The performance test of 8 element optical phased array antenna prototype in 2 ~ 4 GHz band has been completed. The minimum RF gain in the band of single-channel all-optical RoF link is-39.5 dB, and the maximum noise figure is 40.3 dB,. The minimum third order non-spurious dynamic range is 93.2 dB 路Hz2 / 3. Fiber delay line insertion loss calibration is 7 dB, maximum amplitude root mean square error is 0.55 dB, maximum delay root mean square error is 0.4 ps. After removing the error introduced by the external connection module, the maximum root mean square error is only 0.35 掳when the beam pointing accuracy is at 卤40 掳scanning angle. The test results show that the precision of amplitude and phase of the optical fiber delay line and the direction angle of the corresponding beam reach a relatively high level. At the same time, the optical phased array antenna system overcomes the beam skew effect and improves the instantaneous bandwidth of the system.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN957.5
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,本文编号:2470879
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