Управляемый волоконно-оптический СВЧ-фазовращатель Советский патент 1993 года по МПК H01Q3/36 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к фазированным антенным решеткам (ФАР), используемым в радиолокации и радиосвязи.

Цель изобретения - снижение управляющих напряжений путем увеличения крутизны зависимости фазового сдвига от управляющего напряжения при одновременном уменьшении массы и габаритов.

На чертеже показан общий вид фазов- ращателя.

Управляемый волоконно-оптический СВЧ-фазовращатель содержит вход 1 и выход 2 оптического сигнала, модулированного СВЧ-сигналом, волоконно-оптическую линию задержки 3 и модулятор света 4, подключенный к электронному блоку управления 5, волоконно-оптический Y-разветвитель 6 и волоконно-оптический У-сумматор7, причем к входу волоконно-оптической линии задержки 3 последовательно подключены модулятор света 4 и первый выход волоконно-оптического Y-разветви- теля 6, к выходу волоконно-оптической линии задержки 3 подключен первый вход волоконно-оптического Y-сумматора 7, второй вход которого подключен к второму выходу волоконно-оптического Y-разветвителя 6. Причем модулятор света выполнен амплитудным, например, в виде оптического усилителя или оптического аттенюатора, при этом вход 1 оптического сигнала подключен к входу Y-разветвителя б, а выход 2 - к выходу Y-сумматора 7.

Действие оптических аттенюаторов может быть основано как на механическом воздействии на волоконный световод или механическом перемещении элементов аттенюатора, так и изменении оптического сигнала в результате электрооптического, магнитооптического, электрохромного и других оптических эффектах. Например, при установке между коллимирующим и фокусирующим элементами поляризатора, жидкокристаллической ячейки и анализатора легко обеспечивается регулировка ослабления оптического сигнала с помощью напряжения в единицы вольт, прикладываемого к электродам жидкокристаллической ячейки.

Оптический усилитель на основе лазерного диода, работающего в предпороговом режиме, помимо сверхминиатюрности обладает малым управляющим напряжением (сотни милливольт) в связи с тем, что его коэффициент усиления сильно зависит от тока накачки (десятки миллиампер), а сопротивление лазерного диода составляет 5-20 Ом.

СВЧ-фазовращатель работает следующим образом. На вход 1 оптического сигнала подается промодулированное по интенсивности СВЧ-сигналом оптическое

излучение. Если оптическое излучение не- когерентно, то интенсивность входного сигнала можно записать в виде lex(t) l(1+m cos wt), где I - амплитуда интенсивности оптического излучения, о) - частота СВЧ-огибающей, t - время, m - глубина модуляции. Далее оптическое излучение, разветвляясь, проходит в одном канале амплитудный модулятор света 4, в результате чего изменяетсяего интенсивность, . и

волоконно-оптическую линию задержки 3, поступая далее на первый вход волоконно- оптического Y-сумматора 7, а в другом канале оно непосредственно поступает на второй вход Y-сумматора 7. При этом на

выходе 2 переменная составляющая опти- ческого сигнала

вых (t) 0,5ml{ а +а К2 + 2 а 1 «2

KCOS U){t32-t3l)}1/2 -COS(Ot + /У о

sin ft) 131 + 77 К sin (t) 132 + arctg ------ЈЛ------ц,)

COS G)t 31 + Јp К COS 32

где К - коэффициент передачи по мощности амплитудного модулятора,

tat, t32 - время распространения сигнала отточки разветвления до точки суммирования соответственно по первому и второму путям, «1 ,«2 - коэффициент потерь оптической мощности на соответствующем пути. Из выражения (1) видно, что фаза огибающей интенсивности оптического иэлучения на выходе фазовращателя зависит от коэффициента передачи по мощности К модулятора света.

45

Если wtsisO, 0)132 2 .«1-«2 0;

то

0,5m a IП+ К2 cos( шt + arct gK).

(2)

Если в качестве амплитудного модулятора света используется оптический аттенюатор (), то фаза сигнала может изменяться, согласно выражению (2), непрерывно от 0 до ж /4, а если используется оптический усилитель () - то от 0 до я /2. При детектировании огибающей на приемном конце волоконно-оптического канала, в который включён ,СВЧ-фазовраща- тель, будет выделяться СВЧ-сигнал с

требуемым фазовым сдвигом. Если коэффициент передачи оптической мощности управляемого напряжением аттенюатора или оптического усилителя прямо пропорционален управляющему напряжению U, то, со- гласно выражению (2), необходимая величина управляемого напряжения U К tg p, (р- требуемый фазовый сдвиг.

Пример. Рассмотрим управляемый волоконно-оптический СВЧ-фазовращатель при рабочей частоте СВЧ-сигнала f 500 МГц. Требуемая длина линии задержки 3 вычисляется по формуле I И + г - 1з, где г -длина второго пути после оптического раз- ветвителя, з - длина оптического канала модулятора света, И c/4fn (с - скорость света в вакууме, п - показатель преломления сердцевины волоконного световода), при п 1,5И 10см. При столь малой длине волоконно-оптической линии задержки дис- Персия сигнала в световоде не играет суще- ственной роли, поэтому могут использоваться стандартные многомодо- вые волоконно-оптические компоненты. В .качестве амплитудного модулятора света может использоваться оптический аттенюатор с модулирующей средой на основе не- матического жидкого кристалла, чувствительность которого относится к области спектра 0,4-1,1 мкм. Управляющее напряжение от 0 до -12 В соответствует 100%- ной глубине амплитудной модуляции. Тогда, в соответствии с выражением (2),без приложения напряжения вых 0,5 a mlcos ft)t, а при приложении напряжения -12 В

,5 лГ2а mfcos(o t+ ).

Таким образом, средняя крутизна зависимости фазового сдвига СВЧ-огибающей от управляющего напряжения

я

с Aff йMJ 4 U max 3,7°/В,

что приблизительно на три порядка лучше, чем у прототипа.

Формула изобретения Управляемый волоконно-оптический СВЧ-фазовращатель, содержащий вход и выход оптического сигнала, модулированного СВЧ-сигналом, волоконно-оптическую линию задержки и модулятор света, подключенный к электронному блоку управления, отличающийся тем, что, с целью снижения управляющих напряжений путем увеличения крутизны зависимости фазового сдвига от управляющего напряжения при одновременном уменьшении массы и габаритов, он дополнительно содержит волокон- но-оптический Y-разветвитель и волоконно-оптический У-сумматор, причем вход волоконно-оптической линии задержки подключен через модулятор света к первому выходу волоконно-оптического Y-разветвителя, к выходу волоконно-оптической линии задержки подключен первый вход волоконно-оптического У-сумматора. второй вход которого подключен к второму выходу волоконно-оптического У-разветви- теля, причем модулятор света выполнен амплитудным, при этом вход оптического сигнала подключен к входу У-разветвителя, а выход оптического сигнала подключен к выходу У-сумматора.

Применение: радиотехника, в частности фазированные антенные решетки, радиолокация и радиосвязь. Сущность: аналоговый волоконно-оптический СВ.Ч-фазовращатель содержит волоконно-оптическую линию задержки 1 и управляемый напряжением эле- MeHf 2. К входу волоконно-оптической линий задержки 1. последовательно подключены управляемый напряжением элемент 2 и первый выход волоконно-оптического У- разветвителя 3, к выходу волоконно-оптической линии задержки Т подключен первый, вход волоконно-оптического Y-сумматора 4, второй вход которого подключен к второму выходу волоконно-оптического Y-разветви- теля 3, а управляемый напряжением элемент, выполнен, например, в виде оптического усилителя или оптического аттенюатора. 1 ил. С В