Волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решеткой Советский патент 1992 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к радиолокационным системам (РЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР) и электронным формированием и сканированием луча (группы лучей) и может быть использовано 6 радиолокации,радиопеленгации, радиоразведке и технике связи.

Известно устройство, содержащее К суммирующих оптоэлектронных преобразователей и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент антенной решетки, электрооптический преобразователь, волоконно-оптическую линию передачи и разветвитель.

Однако известное устройство обеспечивает жесткую привязку единичных диаграмм направленности ФАР к конкретной, жестко зафиксированной точке пространства и не обеспечивает плавного сканирования диаграммы направленности фазированной антенной решетки.

Целью изобретения является повышение чувствительности управления и обеспечение плавного сканирования диаграммы направленности фазированной антенной решетки.

Поставленная цель достигается тем, что в волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решеткой, содержащее К суммирующих оптоэлектронных преобразователей и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент антенной решетки, злек- трооптический преобразователь, волоконно-оптическую линию передачи и разветвитель, введены К фазовращателей,

««

V СЯ СЯ СлЭ VI

хжА

имеющих N входов и N выходов, причем аждмй выход 1-го разветвителя соединен с 1-м входом каждого фазовращателя, 1-1, 2, , К, j-й выход каждого из которых соединен с j-м входом соответствующего сум- мирующего оптоэлектронного

преобразователя, j 1N, при этом фаэовращагель выполнен в виде одномодового оптического волокна, намотанного на пье- зоэлектрик, который выполнен в виде пакета пьезопластин со встречным направлением поляризации каждых двух соседних пьезопластин, причем плоскость расположения витков одномодового оптического волокна ориентирована вдоль направления максимального растяжения пьеэопластин, а длина одномодового оптического волокна в j-м канале выбрана равной IJ j« lo, где fo - длина одномодового оптического волокна -в первом канале. При этом вход пьезоэлетрика соединен с выходом блока управления, а электрооптический преобразователь состоит из последовательно соединенных оптического излучателя и интегрально-оптического модулятора, вход и выход которого является входом и выходом электрооптического преобразователя соответственно.

В предлагаемом устройстве осуществляется управление фазой входных сигналов путем точной привязки фазового фронта волны к уровню управляющего напряжения фазовращателя. Поскольку фазовращатель виполнен в виде одномодового волокна, намотанного на пьезоэлектрик, представляющий собой пакет пьезопластин, ориентированных таким образом, что направление поляризации двух соседних пластин направлено навстречу друг другу, а плоскость расположения витков одномодового оптического волокна ориентирована вдоль направления максимального растяжения пьезопластин, чувствительность управления фазыДоопределяется изменением длины световода All секции фазовращателя, пропорциональной величине изменения управляющего напряжения AUynp:

Ali-li - p-d33-- ffil4

где li - длина витка секции;

п - коэффициент преломления;

р « 0,1 - фотоупругий коэффициент стекла;

ds3 - - пьезомодуль;

t- толщина пластины.

В этом случае соотношения величина AUynp составляет AUynp/2.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решет5 кой содержит N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент антенной решетки 1. электрооптический преобразователь 2, состоящий из оптического излучателя 3 и

0 интегрально-оптического модулятора 4, волоконно-оптическую линию передачи (ВОЛП) 5, разветвитель 6, а также К фазовращателей 7, выполненных в виде одномо- довых волокон 5, измотанных на пакет

5 пьезопластин 8 каждого фазовращателя 7, соединенного с блоком 9 управления, и К суммирующих оптоэлектронных преобразователей 10.

Входные радиосигналы поступают в

0 элемент ФАР 1 каждого канала, где усиливаются, а потом модулируют оптическое излучение, создаваемое в источнике 3, в интегрально-оптическом модуляторе 4 электрооптического преобразователя 2, тем са5 мым перенося СВЧ-сигнал на световую несущую, которая по одномодовому оптическому волокну ВОЛП 5 равной длины в каждом канале поступает на разветвитель 6, имеющий К выходов, каждый из которых

0 подключен к соответствующим оптическим входам каждого из К фазовращателей 7. N оптических входов фазовращателя 7 связаны с его N оптическими выходами через N многовитковых секций одномодовых опти5 ческих волокон 5, длина которых в j-м канале выбрана равной Ij - j lo, где lo - длина одномодового оптического волокна в первом канале. Все многовитковые секции световодов расположены на едином

0 пьезоэлектрическом основании в виде пакета пьезопластин, геометрические размеры которых изменяются под действием управляющего сигнала от блока 9 управления. Работа фазовращателя 7 основана на физи5 ческом явлении изменения оптической длины световодов многовитковых секций, заключающемся в изменении коэффициента преломления одномодового оптического волокна (световода) под воздействием меха0 нической деформации, вызванной пьезоэлектрическим эффектом, при этом результирующая механическая деформация складывается из отдельных механических деформаций каждой пьезопластины путем

5 последовательного их соединения, причем для наибольшего выходного эффекта электрические входы всех пьезопластин 8 соединены параллельно и подключены к электрическому блоку 9 управления, а пло- скость расположения витков одномодового

волокна 5 каждой секции ориентирована по максимальному направлению растяжения пьезопластин. Сигналы с N выходов К фазовращателей 7 через отрезки ВОЛП 5 равной длины поступают на N входы К суммирующих оптоэлектронных преобразователей 10, осуществляющих суммирование сигналов и оптоэлектронное их преобразование.

В предлагаемом устройстве формируется К лучей и за счет соответствующего выбора количества пьезопластин, их ориентации относительно друг друга в фазовращателе, а также подбора длины единичного одномб- дового волокна в секции фазовращателя обеспечивается плавное сканирование диаграммы направленности ФАР в заданной полосе частот, реализуемое при подаче Uynp на пьезопластины Это обеспечивает высокую производительность радиотехнической системы в целом. Кроме того, выполнение глектрооптического преобразователя в виде несовмещенных в единый блок оптического излучателя и интегрально-оптиче- ского модулятора способствует расширению полосы частот от десятка МГц до нескольких сотен МГц.

Формула изобретения Волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решеткой, содержащее К суммирующих оптоэлектронных преобразователей и N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент антенной

решетки, элек-роопткческий преобразователь, волоконно-оптическую линию передачи иразветвитель,отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности

управления и обеспечения плавного сканирования диаграммы направленности фазированной антенной решетки, введены К фазовращателей, имеющих N входов и N выходов, причем каждый выход 1-го разветвителя соединен с 1-м входом каждого фазовращателя 0 1,2,..., К), j-й выход каждого из которых соединен с -м входом соответствующего суммирующего оптоэлектронно- го преобразователя 0 1N)« при этом

фазовращатель выполнен в виде одномодо- вого оптического волокна, намотанного на пьезоэлектрик, который выполнен в виде пакета пьезопластин со встречным направлением поляризации каждых двух соседних

пьезопластин, причем плоскость расположения витков одномодового оптического волокна ориентирована вдоль направления максимального растяжения пьезопластин, а длина одномодового оптического волокна в

j-м канале выбрана равной Ij j lo, где lo - длина одномодового оптического волокна в первом канале, причем вход пьезоэлектри- ка соединен с выходом блока управления, а электрооптический преобразователь состоит из последовательно соединенных оптическогоизлучателяиинтегрально-оптического модулятора, вход и выход которого являются входом и выходом электрооптического преобразователя

соответственно.

Использование: радиолокационные системы с фазированной антенной решеткой для электронного формирования сканирования группы лучей. Сущность изобретения: устройство содержит К суммирующих опто- электронных преобразователей, К фазовращателей и N каналов, где N- число элементов фазированной антенной решетки, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент антенной решетки, электрооптический преобразователь, состоящий из оптического излучателя и интегрально-оптического модулятора, волоконно-оптическую линию передачу и раз- ветвитель. Каждый фазовращатель имеет N входов и N выходов. Входы фазовращателей соединены с выходами волоконно-оптических линий передачи, а выходы фазовращателей соединены с входами суммирующих оптоэлектронных преобразователей Фазовращатель выполнен в виде одномодово- го оптического волокна, намотанного на пьезоэлектрик, выполненный из пакета пье-. зопластин со встречным направлением поляризации каждых двух соседних пьезопластин. Вход пьезоэлектрика соединен с выходом блока управления. 1 ил. С/1 С