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一種制作微波移相器的方法與流程

文檔序號:12726964閱讀:1842來源:國知局
一種制作微波移相器的方法與流程

本發(fā)明涉及微波領(lǐng)域,特別涉及到一種特別涉及到一種制作用于通信、遙控遙測、儀器儀表、航空航天裝備、雷達成像,醫(yī)療儀器等領(lǐng)域的微波移相器的方法。



背景技術(shù):

移相器是一種對微波信號的相位進行控制調(diào)節(jié)的一種裝置或器件,在相控陣雷達、通信、微波信號測量等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。任何傳輸介質(zhì)對在其中傳到的波動都會引入相移,這是早期模擬移相器的原理?,F(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展后,利用A/D,D/A實現(xiàn)了數(shù)字相移。但是微波領(lǐng)域,移相器主要采用微帶形式么鐵氧體材料形式。隨著雷達、電子對抗和毫米波微波測量技術(shù)的發(fā)展,高精度、寬帶的工作要求使得現(xiàn)有的微波移相器嚴重限制了高頻段微波應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

現(xiàn)有技術(shù)中的微波移相器主要以鐵氧材料的移相器為主,應(yīng)用最廣泛。鐵氧體移相器的相移位數(shù)一般為4-6位,相移范圍為1800或3600,并且很難實現(xiàn)工作帶寬大于40GHz。存在相移精度低,相移量小的技術(shù)問題。因此,提供一種相移精度高,寬帶寬,相移量大的微波移相器就很有必要。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中存在的相移精度低,相移量小的技術(shù)問題。提供一種新的基于光電互轉(zhuǎn)裝置的微波移相器,該微波移相器具有相移精度高,寬帶寬,相移量大的技術(shù)特點。

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:

一種基于光電互轉(zhuǎn)裝置的微波移相器,包括用于輸出偏振光的窄線寬分布式反饋激光器101;與窄線寬分布式反饋激光器101依次連接的用于耦合輸出光控制信號的保偏光纖耦合器102,用于將射頻輸入信號轉(zhuǎn)換為光載射頻信號的強度型光調(diào)制器104,用于耦合輸出光控制信號的單模光纖耦合器106,磁光開關(guān)108;與所述磁光開關(guān)108并聯(lián)連接的電動光纖延遲線201及電控壓電陶瓷光纖延遲線109;與所述電動光纖延遲線201及電控壓電陶瓷光纖延遲線109共同連接的單模光纖耦合器202;與所述單模光纖耦合器202連接的用于相移信號光電轉(zhuǎn)換的高速光電探測器203;所述微波移相器還包括與強度型光調(diào)制器104連接的強度型光調(diào)制器控制單元及射頻信號輸入端口,所述強度型光調(diào)制器控制單元用于控制強度型光調(diào)制器104線性工作;所述電動光纖延遲線201包括兩個相對距離可變的自聚焦透鏡;所述電控壓電陶瓷光纖延遲線109包括伸縮量和折射率隨壓電陶瓷電壓規(guī)律變化的單模光纖。

上述方案中,為優(yōu)化,進一步地,所述強度型光調(diào)制器控制單元包括調(diào)制器驅(qū)動器105,與所述調(diào)制器驅(qū)動器105連接的光電探測器103及光電探測器107;所述光電探測器103還與保偏光纖耦合器102的次輸入端相連,光電探測器107還與單模光纖耦合器106的次輸入端相連。

進一步地,所述保偏光纖耦合器102耦合比為1:99。

進一步地,所述單模光纖耦合器106耦合比為1:99。

進一步地,所述磁光開關(guān)108切換速度不大于10us。

進一步地,所述電動光纖延遲線201包括固定在電動光纖延遲線的殼體上的第一自聚焦透鏡,電動平移臺及固定于電動平移臺的第二自聚焦透鏡。

進一步地,所述電動光纖延遲線201延遲量不低于2000ps。

進一步地,所述電控壓電陶瓷光纖延遲線109包括圓筒型壓電陶瓷,繞制于圓筒型壓電陶瓷上的單模光纖繞制。

進一步地,所述電控壓電陶瓷光纖延遲線109時延精度不低于10fs。

本發(fā)明采用電光互轉(zhuǎn)技術(shù)設(shè)計微波移相器,具有大于40GHz的工作帶寬,并且無色散效應(yīng),相移精度可達0.10。相移范圍可根據(jù)相移控制速度的快慢設(shè)計成幾十至幾百個周期。與現(xiàn)有的微波移相器相比,本發(fā)明提出的微波移相器具有相移精度高,超大帶寬和超大相位移動量等特點。具體地,窄線寬DFB激光器101輸出的偏振光經(jīng)過耦合比為1:99的保偏光纖耦合器。該耦合器大功率輸出的端口的輸出光經(jīng)過強度型光調(diào)制器104后進入一耦合比為1:99的單模光纖耦合器106中。該耦合器大功率輸出端口的輸出光經(jīng)過磁光開關(guān)108。通過控制磁光開關(guān),使其輸出光可分別通過電控壓電陶瓷光纖延遲線109或電動光纖延遲線201,延遲線輸出光經(jīng)過一單模光纖耦合器202后入射進高速光電探測器203。保偏光纖耦合器102和單模光纖耦合器106小信號輸出端口輸出的光信號分別進入光電探測器103和107中,這兩個光電探測器將光信號轉(zhuǎn)變成電信號并通過調(diào)制器驅(qū)動器105來使得強度型光調(diào)制器的工作點始終處于線性調(diào)制范圍內(nèi)。微波信號加載到強度型光調(diào)制器104上,將該射頻信號調(diào)制到光波上而輸出一光載射頻信號。該光載射頻信號通過光開關(guān)選擇進入任意一種延遲線后最終進入高速光電探測器203,高速光電探測器203將光信號轉(zhuǎn)換成相移后的微波信號。本發(fā)明提出的微波移相器的相移原理為:式中為移相器的相位變化量,f為微波信號的頻率,τ為電控壓電探測光纖延遲線或電動光纖延遲線的時延變化量。

本發(fā)明的有益效果:

效果一,提高了移相精度;

效果二,增大了工作帶寬;

效果三,增大了移相量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1,基于光電互轉(zhuǎn)裝置的微波移相器的系統(tǒng)框架圖。

圖2,強度型光調(diào)制器控制單元原理示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合實施例,對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解,此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示,基于光電互轉(zhuǎn)裝置的微波移相器的系統(tǒng)框架如圖。

如圖2所示,強度型光調(diào)制器控制單元的結(jié)構(gòu)原理如圖。

一種基于光電互轉(zhuǎn)裝置的微波移相器,包括用于輸出偏振光的窄線寬分布式反饋激光器101;與窄線寬分布式反饋激光器101依次連接的用于耦合輸出光控制信號的保偏光纖耦合器102,用于將射頻輸入信號轉(zhuǎn)換為光載射頻信號的強度型光調(diào)制器104,用于耦合輸出光控制信號的單模光纖耦合器106,磁光開關(guān)108;與所述磁光開關(guān)108并聯(lián)連接的電動光纖延遲線201及電控壓電陶瓷光纖延遲線109;與所述電動光纖延遲線201及電控壓電陶瓷光纖延遲線109共同連接的單模光纖耦合器202;與所述單模光纖耦合器202連接的用于相移信號光電轉(zhuǎn)換的高速光電探測器203;所述微波移相器還包括與強度型光調(diào)制器104連接的強度型光調(diào)制器控制單元及射頻信號輸入端口,所述強度型光調(diào)制器控制單元用于控制強度型光調(diào)制器104線性工作;所述電動光纖延遲線201包括兩個相對距離可變的自聚焦透鏡,改變第一自聚焦透鏡及第二自聚焦透鏡之間的相對距離來改變光載射頻信號中攜帶的微波信號的相位,這種延遲線具有很高的延遲量,對應(yīng)40GHz微波頻率時,相移量遠超過現(xiàn)有的微波移相器的相移量;所述電控壓電陶瓷光纖延遲線109包括伸縮量和折射率隨壓電陶瓷電壓規(guī)律變化的單模光纖,這種延遲線的最小時延精度可達fs級,對應(yīng)40GHz微波頻率時,相移精度遠超過現(xiàn)有的微波移相器的相移精度。

所述強度型光調(diào)制器控制單元包括調(diào)制器驅(qū)動器105,與所述調(diào)制器驅(qū)動器105連接的光電探測器103及光電探測器107;所述光電探測器103還與保偏光纖耦合器102的次輸入端相連,光電探測器107還與單模光纖耦合器106的次輸入端相連。選用的強度型光調(diào)制器104和高速光電探測器203的3dB帶寬大于40GHz,能夠滿足超寬帶的工作需求。

所述保偏光纖耦合器102耦合比為1:99。選用次輸出端信號較好的保偏光纖耦合器,能夠在不影響主輸出的基礎(chǔ)上,耦合小信號到強度型光調(diào)制器控制單元。

所述單模光纖耦合器106耦合比為1:99。選用次輸出端信號較好的保偏光纖耦合器,能夠在不影響主輸出的基礎(chǔ)上,耦合小信號到強度型光調(diào)制器控制單元。

所述磁光開關(guān)108切換速度不大于10us,用于快速切換。該磁光開關(guān)可選用切換速度更快的高速磁光開關(guān)。

所述電動光纖延遲線201選用包括固定在電動光纖延遲線的殼體上的第一自聚焦透鏡,電動平移臺及固定于電動平移臺的第二自聚焦透鏡。該電動光纖延遲線201的延遲量按需設(shè)計。

本實施例中,所述電動光纖延遲線201延遲量為2000ps,對應(yīng)40GHz微波頻率,相移量高達288000,遠超過現(xiàn)有的微波移相器的相移量。

所述電控壓電陶瓷光纖延遲線109包括圓筒型壓電陶瓷,繞制于圓筒型壓電陶瓷上的單模光纖繞制。電控壓電陶瓷光纖延遲線的時延精度能夠通過對電壓的步進控制予以提高。

本實施例中,所述電控壓電陶瓷光纖延遲線109時延精度為10fs。對應(yīng)40GHz微波頻率時,相移精度高達0.140,遠超過現(xiàn)有的微波移相器的相移精度。同時,加載到壓電陶瓷上的工作電壓的變化頻率為KHz級,從而使得本發(fā)明提出的微波移相器的相位控制速度達到KHz級。

制作微波移相器的方法,步驟如下:

步驟A.根據(jù)移相器的相移范圍和精度,經(jīng)過計算選用合適的電動光纖延遲線和電控壓電陶瓷光纖延遲線;

步驟B.制作電動光纖延遲線,將第一自聚焦透鏡固定在電動光纖延遲線的殼體上,將第二自聚焦透鏡固定在電動平移臺上,通過電動平移臺的移動來改變兩個自聚焦透鏡之間的距離,從而來改變光載射頻信號的相位。

步驟C.制作電控壓電陶瓷光纖延遲線,將單模光纖繞制在圓筒型壓電陶瓷上,圓筒型壓電陶瓷施加可變電壓,通過控制壓電陶瓷的電壓來改變繞制在上面的單模光纖的伸縮量和折射率,從而改變光纖中傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘柕南辔弧?/p>

微波移相器的工作流程如下:

1、將該微波移相器接入系統(tǒng)中,給移相器上電,調(diào)制器驅(qū)動器接收到保偏光纖耦合器102及單模光纖耦合器106的控制信號,控制強度型光調(diào)制器工作在線性工作點。

2、高速磁光開關(guān)對電控壓電陶瓷光纖延遲線及電動光纖延遲線進行切換,移動電控壓電陶瓷光纖延遲線或電動光纖延遲線產(chǎn)生一個延時,高速光電探測器的輸出微波信號的相位就對應(yīng)發(fā)生一個相位偏移。

3、電控壓電陶瓷光纖延遲線可以產(chǎn)生高精度,快速調(diào)節(jié)的相移,而電動光纖延遲線可以產(chǎn)生大量程的相移量,通過兩者結(jié)合實現(xiàn)移相器的高精度、快速和大量程。

盡管上面對本發(fā)明說明性的具體實施方式進行了描述,以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明,但是本發(fā)明不僅限于具體實施方式的范圍,對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,只要各種變化只要在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi),一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。

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