一种基于光纤环路的时延可控射频储频方法

金戈 徐显文 嵇玮玮 李曙光

摘要：設计了基于光纤环路的可编程射频储频系统。将射频信号调制到光纤环路上，利用开关控制，对加载了射频信号的光信号进行可编程存储控制，经过光电转换器将光信号解调，提取射频信号输出。该方法简单、形成延时量大，易实现，适用于对于雷达或射频的模拟测试。

关键词：光纤延迟线；模拟射频存储；微波光子学

中图分类号：TN974 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0082-01

利用光纤传输损耗低、带宽大、重量轻、延迟量大等特点，将射频信号调制到光纤上，可以实现射频信号的延迟，在雷达测试、雷达电子对抗领域均有广泛研究[1，2]。一般的光纤延迟线只能实现数量有限的延迟量，借助光开关能够实现多级延迟线及其组合的选择，其具有较好的延迟灵活性，但是延迟总量仍然局限于制作好的延迟线结构和最大延迟线长度。利用光耦合器形成光纤环结构，能够形成光信号在光纤环中的自动传输，但是光纤耦合器的分光特性导致每次循环均附加分光损耗，使得一定的光功率输入对应的循环次数有限[3，4]。

本文设计基于光纤环路的可编程射频存储系统，将2个光开关和延迟线构成可编程的延迟结构，在光信号上调制射频信号，实现射频存储。本文介绍系统的组成和工作原理，对系统的主要功能进行分析，为基于光纤的射频存储技术在雷达测试、模拟试验提供有益的借鉴。

1 基于光纤延迟的可编程射频存储系统工作原理

基于光纤延迟的可编程射频存储系统如图1所示，射频信号由外部输入，进入电光调制器，将射频信号调制到激光上。加载了射频信号的光信号进入光纤光开关1，然后进入光纤延迟线，到达光纤光开关2后，由光纤光开关2根据需要选择光信号传输方向。当光纤光开关2引导光信号直接进入光电转换器后，光信号加载的射频信号被提取出来，变成射频输出；当光纤光开关2引导光信号经过光放大器进入光纤光开关1之后，由2个光纤光开关组成一个光纤环路，被调制的光信号在该环路中循环传输，形成不断增加的延迟量。当射频信号延迟量达到系统要求时，光纤光开关2改变开关状态，将光信号引导进入光电转换器，被解调出来的射频信号从系统输出。控制模块负责对光纤储频系统进行综合控制。主要需要对电光调制器的驱动电流进行控制，对光电转换器的供电进行控制，对光放大器的驱动和增益进行控制，最关键的是对两个光纤光开关进行时序控制。

假设光纤延迟线总长度为L，n是光纤中光信号的折射率，则其形成的光程为nl，忽略光放大器链路的光延迟量，则本系统能形成的延迟量为：

其中N指光信号在环路中的循环次数，该次数可由光纤光开关控制。

2 基于光纤环路的可编程射频存储系统的设计与分析

在设计基于光纤环路的可编程射频存储系统时，需要根据雷达信号特征，尤其是信号的时宽来设置光纤延迟线的长度。根据式（1）可知，如果雷达信号时宽τ，则光纤长度应该覆盖该时宽。即：

以时宽τ=10us，n=1.5为例计算，需要预设光纤延迟线长度为2km，该长度光纤体积小于200mm×10mm×20mm，适合与电光调制器、2个光纤光开关、光电转换器集成封装在一个200mm×100mm×30mm的小盒子里。

试验场景：在实验室或者外场试验时，架设待测雷达天线，架设光纤储频设备及收/发共用天线，调整待测雷达天线及储频系统天线，使之处于同一水平高度。雷达开机，发射雷达信号。储频系统根据雷达信号的时宽设置光开关的控制时序。试验示意图如图2所示。

本系统因为电光调制器和光电转换器的工作带宽可以达到40GHz及以上，因此能够覆盖最高到Ka波段的雷达系统的目标模拟。因此，基于光纤环路延迟线的可编程射频信号储频技术可适用于多种不同波段的雷达系统。

3 结语

设计了基于光纤环路的可编程射频储频系统。将射频信号调制到光纤环路上，利用开关控制，对加载了射频信号的光信号进行可编程存储控制，经过光电转换器将光信号解调，提取射频信号。该方法简单、形成延时量大，易实现，适用于对于雷达或射频的模拟测试。

参考文献

[1]解安国，薛余网，郭建文.微波光纤延迟线技术研究[J].光纤与电缆及其应用技术，2002， 4，（4）：1-5.

[2]郜宪锦.光纤储频技术研究[D].西安电子科技大学，硕士学位论文，2014.

[3]J. Zhang and J. Yao， “Photonic true-time delay beam-forming using a switch-controlled wavelength-dependent recirculating loop，” J. Lightw. Technol.， vol. 34， no. 16， pp. 3923-3929，Aug. 2016.

[4]A. Yu， W. Zou， S Li and J. Chen， “A multi-channel multi-bit programmable photonic beamformer based on cascaded DWDM，” IEEE. J. Photon， vol. 6， no. 4， pp.7902310-7902320， Aug. 2014.