用于X 波段相控阵天线的高速可调光纤延迟线

□袁陶 五邑大学信息工程学院

【摘要】 通过设计用于X 波段相控阵天线5bit 光纤延长线研究，采用高速磁光开关和单模光纤级联组成。得出设计出的光纤延迟线可以实现延迟量在0~1096ps 范围内步进35.4ps 的任意可调。光纤延迟线系统在体积和重量上还没有达到集成化的目标, 就地面天线系统而言可以接受。

【关键词】 光纤延迟线 光开关 延迟精度

现在，随着信息技术的进步发展对相控阵天线的性能人们的要求越来越高，比如提高通信的速率、高精度的测距、恶劣电磁环境下工作等等。这就需要天线能够具有较宽的工作谐带宽以及瞬时信号的带宽。传统的相控阵天线在使用电传统的相控阵天线采用电移相器的时候，会产生一种叫做“波束斜视”的现象，由于天线的带框受到非常严重的限制，为了能够解决这个问题，实现宽带信号处理和宽角扫描，然后提出了实施延迟线技术。

光实时延迟线通过把微博信号调制导到该载波上面，然后在光纤中进行传递，经过光电探测器恢复微博的信号，我们就把这称作是微波技术。因为光频相对于天线工作的微波频率来说要比它高多个数量级。假如在光域当中实现了时间延迟，就可以认为时间延迟量和微波的频率没有关系。也就是光实时延。光实时延迟线具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、远距离传输等等优点。现在已经成为了相控阵天线研究的主要方向。

一、光纤延迟线的设计

从二十世纪八十年代开始，就已经出现了很多种类型的光实时延迟线，比如色散光纤性、空间光学型、光波导型得等。但是如果从技术方面和稳定性考虑的。基于光纤型的延迟线最适合在工程方面应用。我们设计了一种可用在X 波段的相控阵天线的5bit 光纤延迟线。

延迟线是由两个1X2 光开关和四个2X2 光开关串联而成的，光开光有两种状态可以互相切换，分别是直通状态和交叉状态。延迟时间可以通过这两个光开关上下两路的光程差计算得到。第一级的延迟量是τ，按照二进制进行递增，最后一级的延迟量为16τ。这条链路可以实现延迟量在0~31τ 范围内步进是τ 的任何变动，可以使用电脉冲的方式来驱动光开关的状态切换。实现延迟量的变化。

我们设计者个光纤延迟线是为了满足X 波段天线（9~10HZ）的需求。比如一维线阵，间距为d=15cm, 波束角度θ=45°，这相邻来那个天阵元之间的延迟时间可由（1） 式得到

c d / sint θ = ∇（ 1）

其中c 为光在真空当中传播的速度，根据上式可以得到第一级的光纤延迟线的延迟量为

ps4 .35t = ∇= τ 35.4ps。单模光纤的芯层折射率为r =1.468， 延迟量t ∇以及光纤长度l ∇可以通过（2）式得到

r d r c l / sin/ θ = = ∇（2）

5bit 光纤延迟线在各级的延迟量和他们相对应的理论值如表一所示。这个光纤延迟线理论上可以实现在0~1096ps 延迟量范围内步进是35.4ps 的任意变化