Волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решеткой

 

Использование: радиолокационные системы с фазированной антенной решеткой для электронного формирования сканирования группы лучей. Сущность изобретения: устройство содержит К суммирующих оптоэлектронных 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 разветвитель. 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 одномодового 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„5U„, 1755347 А1 (Sl)5 Н 01 0 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 7, -:,.т,ч « t . С. .:, ., ГР К < r ,У;1.,,.?(. ., .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ь

Изобретение относится к радиолокаци- ва, и не обеспечивает плавного сканироваонным системам (РЛС) с фазированной ан- - . ния диаграммы направленности фазировантенной решеткой (ФАР) и электройнйм: ной антенной решетки. формированием и сканированием луча - Целью изобретения является повыше(группы лучей) и может быть использовано в" — ние чувствйтельности управлания и обесперадиолокации, радиопеленгации,радиораз- чение плавного сканирования диаграммы. ведке и технике связи.:.: -. - — направленности фазированной айтенной

Известно устройство, содержащее К решетки. суммирующих оптоэлектронных преобразо- Поставленная цель достигается тем;что вателей и N каналов, каждый из которых в волоконно-оптическое устройство управсодержит последовательно соединейнйе ления фазированной антенной решеткой, элемент антенной решетки; злектрооптиЧе- содержащее К суммирующих оптоэлектронский преобразователь, волоконно-оптиче- ных преобразователей и N каналов. каждый скую линию передачи и разветвитель. из которых содержит последовательно соеОднако известное устройство обеспечи- диненные элемент антенной решетки, злеквает жесткую привязку единичных диаг- трооптический преобразователь, рамм направленности ФАР к конкретной. волоконно-оптическую линию передачи и жестко зафиксированной точке пространст- . разветвитель, введены К фазовращателей, 1 - 2 .": С (21) 4669509/09 .:,: . - . элемейтов фазированной антенной решет(22) 27.03.89 ки, каждый из которых содержит последова(46) 15,08,92. Бюл. N. 30 - .;: тельно соединенные элемент антенной (71) Московский институт радиотехники, решетки, элекгрооптический преобразоваэлектроники и автоматики . -;:, :: тель, состоящий из оптического излучателя (72) Н,Н. Евтихиев, С.С. Каринский, Д.И.Ми- и интегрально-оптического модулятора, воровицкий и В.Л. Назаров локонно-оптическую линию передачу и раз(56) Cardone 1.. Ultra — wldeband microwave ветвитель. Каждый фаэовращатель имеет N

; bearnformlng technique, //Microwave. Journal, входов и N выходов. Входы фазовращателей

1985, V.28, N - 4, Р. 121-123, 126 — 127, 128- ..- соединены с выходами волоконно-оптиче129, 130 — 131.: . ских линий передачи, а выходы фазовраща(54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ устрОй- телей соединены с входами суммирующих

СТВО уПРАВЛЕНИя ФАЗИрОВАННОй оптоэлектронных преобразователей, ФаАНТЕННОЙ РЕШЕТКОЙ ... . : . зовращатель выполнен в видеодномодово(57) Использование: радиолокационные сй- го оптического волбкна, намотанного на стемы с фазированной антенной решеткой: пьезоэлектрик, выполненный из пакета пье- для электронного формирования сканирб- зопластин со встречййМ направлением пования rpynrii iëó÷åé. Сущность изобретения; л я риза ци и каждых двух соседних устройство содержит К суммирующих опто- пьезопластин. Вход пьезоэлектрика соэлектронных преобразователей, К фазовра- ". единен с вйходом блока управления. щателей и N каналов, где N- число l ил.

1755347 имеющих N входов и N выходов, причем

>;аждый выход I-го разветвителя соединен с

1-м входом каждого фазовращателя, I - 1, 2,., К, j-й выход каждого иэ которых соединен с J-м входом соответствующего суммирующего оптоэлектронного преобразователя, j - 1,...,N, при этом фаэовращатель выполнен в аиде одномодового оптического волокна, намотанного на пьезозлектрик, который выполнен в виде пакета пьезопластин со встречным

10 направлением поляризации каждых двух соседних пьезопластин, причем плоскость расположения витков одномодового оптического волокна ориентирована вдоль направления . максимального растяжения

15 пьезопластин, а длина одномодового оптического волокна e j-м канале выбрана равной Ц = j- lo, где lo — длина одномодового оптического волокна в первом канале. При этом вход пьезоэлетрика соединен с выхо20 дом блока управления, а электрооптический преобразователь состоит из последовательно соединенных оптического излучателя и

25 интегрально-оптического модулятора, вход и выход которого является входом и выходом электрооптического преобразователя соответственно.

B предлагаемом устройстве осуществляется управление фазой входных сигналов 30 путем точной привязки фазового фронта волны к уровню управляющего напряжения фазовращателя, Поскольку фазовращатель выполнен в виде одномодового волокна, намотанного на пьезоэлектрик, представляю35 щий собой пакет пьезопластин, ориентированных таким образом, что направление поляризации двух соседних пластин направлено навстречу друг другу, а

40 плоскость расположения витков одномодоBoI0 оптического волокна ориентирована изменения управляющего напряжения

4Uyrip:

n" "hU, Ai-li — р бзз — -"- -, 2 где Ii — длина витка секции; и - коэффициент преломления; р ы 0,1 —. фотоупругий коэффициент стекла;

d33 — 10 м/в — пьезомодуль;

t- толщина пластины.

В этом случае соотношения величина

ЛОупр составляет ЛОупр/2.

50 вдоль направления максимального растяжения пьезопластин, чувствительность упр авл ения фазы Ар определяется изменением длины световода hli секции фа- 45 зовращателя, пропорциональной величине

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Волоконно-оптическое устройство управления фазированной антенной решеткой содержит N каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные элемент антенной решетки 1, электрооптический преобразователь 2; состоящий из оптического .излучателя 3 . и интегрально-оптического модулятора 4, волоконно-оптическую линию передачи (BOJIO) 5, разветвитель 6, а также К фазовращателей 7. выполненных в виде одномодовых волокон 5. намотанных на пакет пьезопластин 8 каждого фаэовращателя 7, соединенного с блоком 9 управления, и К суммирующих оптоэлектронных преобразователей 10.

Входные радиосигналы поступают в 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 самым 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 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 оптических волокон 5, дЛина которых в j-м канале выбрана равной Ц = !о, где lo — длина одномодового оптического волокна в первом канале, Все многовитковые секции световодов расположены на едином пьезоэлектрическом основании в виде пакета пьезопластин, геометрические размеры которых изменяются под действием управляющего сигнала от блока 9 управления.

Работа фазовращателя 7 основана на физическом явлении изменения оптической длины световодов многовитковых секций, заключающемся в изменении коэффициента преломления одномодового оптического волокна (световода) под воздействием механической деформации, вызванной пьезоэлектрическим эффектом, при этом результирующая механическая деформация вкладывается из отдельных механических деформаций каждой пьезопластины путем последовательного их соединения, причем для наибольшего выходного эффекта электрические входы всех пьезопластин 8 соединены параллельно и подключены к электрическому блоку 9 управления, а плоскость расположения витков одномодового

1755347 волокна 5 каждой секции ориентирована по,, решетки, элек-.роопткческий преобразовамаксимальному направлению растяжения . тель, волоконно-оптическую линию передапьезопластин, Сигналы с N выходов К фа- чи и разветвитель, от л и ч а ю щ ее с я тем, зовращателей 7 через отрезки 80Jl0 5 рав- что, с целью повышения чувствительности ной длины поступают на и входы К 5 управления иобеспечения плавногосканисуммирующих оптоэлектронных преобразо- рования диаграммы направленйости фазивателей 10, осуществляющих суммирование рованной антенной решетки, введены К сигналов и оптоэлектронное их преобразо- фазовращателей, имеющих N входов и N вание. ::-: выходов, причем каждый выход Ио раэветВ предлагаемом устройстве формирует- 10 вителя соединен с i-м входом кая(дого фася К лучей и эа счет соответствующего выбо- зовращателя 0 - 1, 2,;;„К), j-й выход каждого ра количества пьезопластин. их ориентации из. которых соединен с J-м входом соответотносительно друг друга в фазовращателе, . ствующего суммирующего оптоэлектронноа также подбора длины единичного одномо- ro преобразователя 0 1,...,N), при этом дового волокна в секции фазовращателя 15 фазовращатель выполнен ввидеодномодообеспечивается плавное сканирование ди- вого оптического волокна, намотанного на аграммы направленности ФАР в заданной пьезоэлектрик, который выполнен в виде полосе частот, реализуемое при подаче Uypp пакета пьезопластин со встречным направна пьезопластины, Это обеспечивает высо- лением поляризации каждых двух соседних кую производительность радиотехнической 20 пьезойластин, причем плоскость располосистемы в целом. Кроме того, выполне- жения витков одномодового оптического воние злектрооптического преобразователя в локна ориентирована вдоль направления виде несовмещенных в единый блок on- максимального растяжения пьеэопластин, а тического излучателя и интегрально-оптиче- длина одномодового оптического волокна в ского модулятора способствует 25 j-м канале выбрана равной ll j lo. где lo; расширению полосы частот от десятка МГц длина одномодового оптического волокна в до нескольких сотен МГц.. - . первом канале, причем вход пьезоэлектрика соединен с выходом блока управления. а

Ф о р м ул а и з о б р е т е н.и.я . электрооптический преобразователь соВолоконно-оптическое устройство уп- 30 стоит иэ последовательно соединенных оправления. фазированной антенной решет- тического излучателя и кой, содержащее К суммирующих интегрально-оптического модулятора, вход . оптоэлектронных преобразователей и М ка- . и выход которого являются входом и выхоналов, каждый из которых содержит после- дом электрооптического преобразователя довательно соединенные элемент антенной 35 соответственно.

1755347

Корректор И. Шуллэ

Составитель Г. Костенко

Техред M.Moðãåíòàë

Редактор E. Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2897 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5