返回
类型 综合研究 预答辩日期 2017-12-04
开始(开题)日期 2012-01-16 论文结束日期 2017-06-02
地点 OSC中心208会议室 论文选题来源 中央、国家各部门项目     论文字数 5 (万字)
题目 光控相控阵天线系统中微波光子信号处理关键技术研究
主题词 光控相控阵,天线,光电振荡器,移相器,补偿稳相
摘要 基于微波光子信号处理技术的光控真时延相控阵天线系统传输损耗小,瞬时带宽宽,测向定位能力强,灵敏度高,抗电磁干扰,十分符合相控阵雷达系统需求,具有很强的发展前景和应用价值。本文从实现光控相控阵天线系统工程化角度出发,对系统中微波光子信号生成、滤波、移相、传输以及相位稳定等关键问题展开深入地理论和实验研究。 首先研究了微波信号的光产生以及光滤波技术。提出了基于光纤光栅色散特性缩短振荡时间的单环光电振荡器、基于SOA非线性偏振旋转效应的双环光电振荡器以及SOA二阶滤波器方案,理论分析了各类方案的技术性能。搭建了实验系统,试验获得X波段相位噪声低于-100dBc/Hz@10 kHz可快速调谐的微波信号以及Q值高达13000、中心频率可调谐的带通滤波器。 其次研究了光控相控阵天线中的移相器技术。分别提出了基于普通光纤光栅、保偏光纤光栅以及SOA的微波移相实验方案,理论分析了各方案机理,给出了数值分析结果。设计和制作了切趾啁啾光纤光栅,分别构建了基于普通光纤光栅、SOA方案的实验系统,分别实现了100ps光延时、0到360°连续可调移相器功能。 接着针对光控相控阵天线系统长距离光纤传输链路受外界因素影响生成的相位抖动问题,提出了基于迈克尔逊干涉仪的反馈稳相控制方法,理论分析并论证了该法可实现中频10MHz信号反馈控制补偿相位抖动。搭建了20km光载微波信号光纤传输链路实验系统,系统传输信号相位抖动明显优于5km无稳相控制的情况。 最后研制了时延连续可调光控相控阵天线系统端机,包括微波信号产生、光调制、4路光载射频信号输出、移相、反馈控制稳相等模块,搭建了平面4波长阵列光控相控阵天线实验系统,在微波暗室中进行了测试验证,实现了±50°内准确的波束指向。
英文题目 Key Technology of Microwave Photonic Signal Processing in Optically Controlled Phased Array Antenna System
英文主题词 optically controlled phased array, antenna, Optoelectronic Oscillator, phase shift, phase compensation
英文摘要 The true time delay phased array based on microwave photonic signal processing technology has the characteristics of low transmission loss, instantaneous bandwidth and anti-electromagnetic interference, which accord with the requirement of phased array radar system, which has a broad development prospect and application value. In this paper, the key issues of generating, filtering, phase shifting, transmitting and phase stabilization of microwave photonic signals in the system are discussed theoretically and experimentally from the point of view of realizing the engineering of optical controlled phased array antenna system. Firstly, the technology of the microwave signal generation and filtering in optical domain is discussed. We propose a single-ring optical oscillator based on the dispersion characteristics of fiber grating to shorten the oscillation time, the double-ring optical oscillator based on SOA non-linear polarization rotation effect and the second-order filter scheme of the SOA, which are theoretical analysed of the technical performance. The corresponding experimental systems have been set up, which get the X-band fast-tuning signals with phase noise below -100dBc/Hz@10kHz and a band-pass filter with Q values up to 13000 and a tunable center frequency. Secondly, the phase shifter technology in the optically controlled phased array antenna is studied. The experimental schemes of microwave phase shift using fiber gratings, polarization maintaining fiber gratings and SOA are proposed and numerical analysed. The chirped fiber gratings with apodization are designed and fabricated. The experimental systems of fiber gratings and SOA have been set up,which can achieve 100 ps continuous tunable optical delay and 0 to 360 ° phase shift. Then, for the situation that the phase jitter is generated by the influence of the optical fiber on the external environment at the long-distance transmission of optical control phased array antenna system, a feedback phase stable control method based on Michelson Interferometer is proposed, which can realize the phase compensation of the IF 10MHz signal feedback control. The mechanism of the realization is theoretical derivation and experimental verification. We set up a 20km optical carrier optical signal transmission link experimental system. The results show that 20Km of fiber signal transmission phase jitter is better than 5Km without any feedback phase stable control. Finally, a equipment of optical control phased array antenna system with continuously adjustable time-delay are developed, including the generation of the signal source, the optical modulation, four optical carrier RF signal output, phase shift, feedback control to maintain phase stability and so on. Based on the above, a planar array of 4-phase optical control phased array antenna system is set up and tested. The experiment is carried out in a microwave darkroom, which can achieve accurate beam direction angle in the angle rangle of ±50°.
学术讨论
主办单位时间地点报告人报告主题
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2011.03 金陵院 孙小菡 科技论文撰写指导
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2011.07 金陵院 孙明明 光控相控阵雷达关键技术
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2014.02 金陵院 孙明明 相控阵天线测试指标
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2014.05 榴园新华厅 B. M. A. Rahman Finite element method modeling for photonics
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2014.12 金陵院 孙明明 微波光子学的一点交流
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2015.06 金陵院 Zhaowei Liu Using metamaterials & plasmonics to control light
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2016.05 金陵院 Patrick Degenaar Biomedical implants: progress and prospects
东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心 2016.08 金陵院 孙明明 微波光子学和太赫兹波
     
学术会议
会议名称时间地点本人报告本人报告题目
全国第17次光纤通信暨第18届集成光学学术会议 2015.12 中国 南京 基于保偏光纤光栅 上非线性效应的光延时线
SPIE Photonics West 2014 2014.02 美国 旧金山 Tunable optical delay line based on nonlinear effects in a polarization-maintaining fiber Bragg grating
     
代表作
论文名称
Tunable optical delay line based on nonlinear effects in a polarization-maintaining fiber Bragg grat
 
答辩委员会组成信息
姓名职称导师类别工作单位是否主席备注
朱洪波 正高 教授 博导 南京邮电大学
张爽斌 正高 教授 其他 南京邮电大学
许伟伟 正高 教授 博导 南京大学
毛庆和 正高 教授 博导 中科院安徽光机所
张在琛 正高 教授 博导 东南大学
万遂人 正高 教授 博导 东南大学
赵兴群 正高 教授 硕导 东南大学
      
答辩秘书信息
姓名职称工作单位备注
沈长圣 其他 讲师 东南大学