《微波光子相控阵系统光域通道合成链路指标建模》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微波光子相控阵系统光域通道合成链路指标建模（4页珍藏版）》请在装配图网上搜索。
1、微波光子相控阵系统光域通道合成链路指标建模1.摘要本文针对微波光子相控阵系统，建立了光控波束合成系统多通道输入微波链 路指标与等效成单一通道系统的单输入的微波链路指标关系与模型。分析了电域 波束合成与光域波束合成对于相控阵系统噪声系数、增益指标的异同。关键词：光控相控阵、多通道输入、通道合成2.正文2.1 引言在宽带电子信息领域，传统的微波、数字阵列波束合成在宽瞬时带宽、二维 高频、大阵列等应用场合，在性能指标、集成度、工程化、功耗、造价等方面都 遇到了着诸多挑战与瓶颈，而微波光子技术先天的一些优势，如低损耗射频光纤 链路稳相传输、光波导真时延、宽带调制与解调链路、光波长与偏振等光学参量 的多
2、维资源复用等特点，有望给宽带相控阵电子系统提供最佳性本比的解决方案1 。本文旨在结合典型的微波光子相控阵系统架构，建立通用化的通道等效数学 模型，便于指导含有微波光子波束合成的有源相控阵系统的链路指标分配与设计 工作。2.2 系统架构与通道合成指标建模这里给出典型的激光多波长、多通道波束合成的微波光子相控阵系统架构2 ，如图 1所示。其中输入的多通道阵列信号可以经过对应的微波光子链路进 行接收，微波光子链路包括了激光器、电光调制器和光电探测器等基本器件。该 系统通过不同波长的激光作为各射频通道的光载波，可以有效避免光相干带来的 信号波动问题，波长的选择一般选在光通信常用的C波段，标准ITU波长
3、，波长 间隔根据调制的射频工作带宽来决定，并考虑通道串扰，留有一定余量，如调制 射频带宽为40GHz以下，可以采用1.6nm光波长间隔（对应200GHz间隔），常用 的C波段15251565nm,有25个波长可以利用；调制射频带宽为20GHz以下，可 以采用0.8nm光波长间隔（对应100GHz间隔）为例，常用的C波段即有50个波长 可以利用。光波束合成通道主要是实现各路光载射频信号的延时控制与光域合成 主要包括了级联光开关延时线、通道光幅相补偿、以及必要的光放大等环节。图1 微波光子相控阵系统架构以下针对微波光子相控阵系统光域通道合成链路进行建模。不失一般性，以M个通道为例。首先建立增益指标
4、模型，假设多通道输入信号总功率记为P,经光波束合成in与光电转换后射频输出功率记为P，记多通道系统等效为单通道系统的总增益out为g ,支路的增益为g，则有：totalm（1）假设射频光子各支路增益一致，则从式1可知，多通道系统等效为单通道系 统的总增益g 为Mg,由此可见，光域波束合成相比传统有功分器的电域波束 totalm合成，增益有得益，得益为M倍，这是两者之间的区别。其次，建立噪声系数指标模型，记nfotal为等效单通道总的噪声系数，ftm 为支路噪声系数，n为支路输出噪声功率，则有：综合式 2 至式 4，可得：心會rm （5）假设射频光子各支路增益一致，则从式5可知，多通道系统等效为
5、单通道系统的总噪声系数nf。tal即为nf,即等效单通道与支路的噪声系数一致。这一规律 tm光域波束合成相比电域合成，没有区别3。有了上述微波光子相控阵多通道等效链路模型的基础，只要分析与设计出各 通道微波光子链路的增益与噪声系数，就可以得到多通道等效合成的增益和噪声 系数。单通道微波光子链路的增益与输入进光电探测器的光功率以及探测器光电转 换系数有关，光电探测器输出的射频功率越大，链路增益越大；也与电光调制器 的半波电压（V ）有关，半波电压值是表征了电光转换的效率，即调制n的光相n位，需要加载的电压幅度，半波电压值越小，电光转换效率越高。单通道微波光 子噪声系数与链路增益以及输出噪声的功率
6、有关，链路增益越高，噪声系数越小 输出噪声功率越小，噪声系数越小，其中输出噪声功率与激光器的相对强度噪声（RIN）、光放大器的自发辐射噪声（ASE）、探测器的散粒噪声（SHOT）以及系 统热噪声有关，从中也可以看出从最优化系统噪声系数而言，噪声输出功率与增 益是需要折中考虑的，并非经光电探测器输出射频功率越大越好，链路噪声系数 优化的核心思想是让输出噪声功率的增长速率不超过增益的增长速率，当两者达 到平衡时，即接近了噪声系数的最优值，这一点对于指导系统的光功率设计与分配很关键，也很经济。此外，也可见，优化电光调制器的半波电压(V )会提升链n路增益，同时也不影响输出噪声功率，因而提升优化电光调
7、制器的半波电压(V )n 会同时改善链路的增益和噪声系数性能指标4。3总结本文建立了微波光子相控阵系统通道与波束合成微波指标模型，光子相控阵 系统等效合成的总增益比支路增益大10*lg(M)，光子相控阵系统等效合成的总噪 声系数与支路噪声系数一致。参考文献：1 王凯，张业斌，张方正.跨代雷达微波光子技术：机遇与挑战J.雷达 科学与技术， 2021， 19(2)， 168-171.2 Jianqi Wu，Kai Wang，Yiying Gu. Research on Technology ofMicrowave-Photonic-based Multifunctional RadarC，CIE International Conference on Radar(RADAR)，2016.3 赵旭昊相控阵天线多通道并联噪声系数分析J.现代雷达，2015,37(3)， 55-62.4 Vince nt J.Urick,Frank Bucho lt z,Jason D.McKinney and etal.Long-Haul Analog PhotonicsJ,Journal of lightwave technology,2011,29(8),1182-1205.
微波光子相控阵系统光域通道合成链路指标建模
