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一种基于 光子学的宽带射频波束形成方法及装置

阅读：342发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种基于光子学的宽带射频波束形成方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于光子学的宽带射频波束形成方法。该方法通过光域的射频信号延时控制及叠加、相减，实现天线阵列对某一可调选定方向的宽频带发射抑制或来波抑制，并在另一个可调的方向上形成阵列主瓣。本发明还公开了一种基于光子学的宽带射频波束形成装置。相比现有技术，本发明可在大带宽下实现波束零点的形成与零点角度的便捷调整，并兼顾波束主瓣的形成与角度控制。，下面是一种基于光子学的宽带射频波束形成方法及装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于光子学的宽带射频波束形成方法，包括发射波束形成和接收波束形成，其特征在于，所述发射波束形成具体如下：将N-1路波长不同的光载波组合为一束光载波组，N为发射阵列的发射阵元数；用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，生成分别包含N-1路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1，并且两束光载射频信号组之间具有整体相对时延，同时每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间具有内部相对时延，且其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；将所述两束光载射频信号组中的N-1路光载射频信号分离，并将其中一束光载射频信号组中的第n路光载射频信号与另一束光载射频信号组中的第n-1路光载射频信号耦合为一路，n＝2,3,…,N-1，得到N-2路耦合光信号；然后将所述N-2路耦合光信号与另外两路未参加耦合的光载射频信号转换为N路馈电信号，去除其中的直流项和高频项后分别作为N个发射阵元的激励信号，从而生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的发射波束；所述N路去除直流项和高频项后的馈电信号满足下式：
其中，en(t)为第n路馈电信号，g(t)为待发射波形，T为所述两束光载射频信号组之间的整体相对时延，τ为每一组光载射频信号组中的第i路与第i+1路光载射频信号之间的内部相对时延，i＝1,2,…,N-1。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述接收波束形成具体如下：将接收阵列的M个接收阵元所接收的M路射频信号分别强度调制于M路波长不同的光载波，并将所得到的M路光载射频信号合为一束光载射频信号组，然后将所述光载射频信号组等分为两束；在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,M，i≠j；将其中一束光载射频信号组中的第1路光载射频信号以及另一束光载射频信号组中的第M路光载射频信号分别去除后，对两束光载射频信号组进行平衡光电探测，去除所得电信号中的直流项和高频项后，即生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的接收波束。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，具体如下：利用单输入双输出马赫曾德尔调制器将待发射的射频信号调制于所述光载波组，得到分别包含N-1路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1；然后在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，具体如下：利用偏振调制器将待发射的射频信号调制于所述光载波组，并使得已调光信号的两正交偏振态之间的静态相位差为π/2，在已调光信号的两个正交偏振态上得到分别包含N-1路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,
2,…,N-1；然后在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,
2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；之后，通过光偏振分束器得到两束新的光载射频信号，其中一路为原有两束光载射频信号组之和，另一束为原有两束光载射频信号组之差；再为两束新的光载射频信号引入整体相对时延。
5.如权利要求2～4任一项所述方法，其特征在于，利用可调色散补偿器在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，基于偏分复用，并通过偏振不敏感的可调色散补偿器同时实现两束光载射频信号中内部相对时延的引入。
7.一种基于光子学的宽带射频波束形成装置，包括发射波束形成装置和接收波束形成装置，其特征在于，所述发射波束形成装置包括：
发射阵列，其具有N个发射阵元；
光载波生成模块，用于将N-1路波长不同的光载波组合为一束光载波组；
调制及延时模块，用于用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，生成分别包含N-1路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1，并且两束光载射频信号组之间具有整体相对时延，同时每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间具有内部相对时延，且其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；
馈电模块，用于将所述两束光载射频信号组中的N-1路光载射频信号分离，并将其中一束光载射频信号组中的第n路光载射频信号与另一束光载射频信号组中的第n-1路光载射频信号耦合为一路，n＝2,3,…,N-1，得到N-2路耦合光信号；然后将所述N-2路耦合光信号与另外两路未参加耦合的光载射频信号转换为N路馈电信号，去除其中的直流项和高频项后分别作为所述N个发射阵元的激励信号，从而生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的发射波束；所述N路去除直流项和高频项后的馈电信号满足下式：
其中，en(t)为第n路馈电信号，g(t)为待发射波形，T为所述两束光载射频信号组之间的整体相对时延，τ为每一组光载射频信号组中的第i路与第i+1路光载射频信号之间的内部相对时延，i＝1,2,…,N-1。
8.如权利要求7所述基于光子学的宽带射频波束形成装置，其特征在于，所述接收波束形成装置包括：
接收阵列，其具有M个接收阵元；
调制模块，用于将接收阵列的M个接收阵元所接收的M路射频信号分别强度调制于M路波长不同的光载波，并将所得到的M路光载射频信号合为一束光载射频信号组，然后将所述光载射频信号组等分为两束；
延时模块，用于在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,M，i≠j；
信号处理模块，用于将其中一束光载射频信号组中的第1路光载射频信号以及另一束光载射频信号组中的第M路光载射频信号分别去除后，对两束光载射频信号组进行平衡光电探测，去除所得电信号中的直流项和高频项后，即生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的接收波束。
9.如权利要求7所述基于光子学的宽带射频波束形成装置，其特征在于，所述调制及延时模块包括：
单输入双输出马赫曾德尔调制器，用于将待发射的射频信号调制于所述光载波组，得到分别包含N-1路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1；
延时模块，用于在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j。
10.如权利要求7所述基于光子学的宽带射频波束形成装置，其特征在于，所述调制及延时模块包括：
偏振调制器，其被配置为所输出调制光信号的两正交偏振态之间的静态相位差为π/2，用于将待发射的射频信号调制于所述光载波组，在调制光信号的两个正交偏振态上得到分别包含N-1路光载射频信号的两束光载射频信号组；
延时模块，用于在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入由所需主瓣指向确定的内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j，并通过光偏振分束器得到两束新的光载射频信号，其中一路为原有两束光载射频信号组之和，另一束为原有两束光载射频信号组之差；再为两束新的光载射频信号引入整体相对时延。
11.如权利要求8～10任一项所述基于光子学的宽带射频波束形成装置，其特征在于，利用可调色散补偿器在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，基于偏分复用，并通过偏振不敏感的可调色散补偿器同时实现两束光载射频信号中内部相对时延的引入。

说明书全文

一种基于光子学的宽带射频波束形成方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种波束形成方法，尤其涉及一种基于光子学的宽带射频波束形成方法及装置。

背景技术

[0002] 波束形成是实现天线阵整体方向图重构的关键技术。它通过改变天线阵列中各天线单元收发信号的幅度、相位和延时，可在阵列发射模式下灵活地控制电磁场能量在空间的分布，或在阵列接收模式下构成空间域上的可调滤波器，实现信号入射方向相关的增益或抑制。近年来，由于宽带无线通信、高分辨成像雷达等技术对信号的瞬时带宽要求不断变高，作为收发前端的波束形成网络也逐步需要满足大瞬时带宽的需求。然而，现有的电子技术在实现多路信号的低损耗、大带宽、大范围并行延时方面存在瓶颈，已不能满足宽带波束形成网络的发展需要。而微波光子技术借助光信号承载带宽大、传输损耗低、抗电磁干扰等诸多优势，逐步成为了构建宽带波束形成网络的重要途径，形成了光控射频波束形成这一研究方向。

[0003] 波束形成有两大主要任务：选定方向上的信号增益，以及选定方向上的信号抑制。在选定方向上实现信号增益就是通过信号的相干叠加形成波束主瓣。目前，世界各国的研究人员已经提出了多种光控射频主瓣形成网络的结构，有效地突破了电子技术在宽带主瓣形成方面的带宽瓶颈与扫描角限制。但是，在波束形成另一方面，即在选定方向上实现信号抑制，形成抑制位置与信号频率无关的宽带零点这一任务上却鲜有成熟的光控方案来拓展现有电系统的性能。这意味着，现有的光控波束形成系统大多为只能形成主瓣的“半功能版”，无法真正满足宽带射频波束形成的需求，也限制了微波光子技术在射频前端的应用推广。

[0004] 因此，研究一种结构紧凑、控制方便的光控宽带射频波束零点形成网络，以实现全功能的光控波束形成十分必要。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光子学的宽带射频波束形成方法，可在大带宽下实现波束零点的形成与零点角度的便捷调整，并兼顾波束主瓣的形成与角度控制。

[0006] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

[0007] 一种基于光子学的宽带射频波束形成方法，包括发射波束形成和接收波束形成，所述发射波束形成具体如下：将(N-1)路波长不同的光载波组合为一束光载波组，N为发射阵列的发射阵元数；用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，生成分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1，并且两束光载射频信号组之间具有整体相对时延，同时每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间具有内部相对时延，且其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；将所述两束光载射频信号组中的(N-1)路光载射频信号分离，并将其中一束光载射频信号组中的第N路光载射频信号与另一束光载射频信号组中的第(N-1)路光载射频信号耦合为一路，n＝2,3,…,N-1，得到(N-2)路耦合光信号；然后将所述(N-2)路耦合光信号与另外两路未参加耦合的光载射频信号转换为N路馈电信号，去除其中的直流项和高频项后分别作为所述N个发射阵元的激励信号，从而生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的发射波束。

[0008] 进一步地，所述接收波束形成具体如下：将接收阵列的M个接收阵元所接收的M路射频信号分别强度调制于M路波长不同的光载波，并将所得到的M路光载射频信号合为一束光载射频信号组，然后将所述光载射频信号组等分为两束；在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,M，i≠j；将其中一束光载射频信号组中的第1路光载射频信号以及另一束光载射频信号组中的第M路光载射频信号分别去除后，对两束光载射频信号组进行平衡光电探测，去除所得电信号中的直流项和高频项后，即生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的接收波束。

[0009] 作为其中一种优选方案，所述用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，具体如下：利用单输入双输出马赫曾德尔调制器将待发射的射频信号调制于所述光载波组，得到分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1；然后在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j。

[0010] 作为其中另一种优选方案，所述用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，具体如下：利用偏振调制器将待发射的射频信号调制于所述光载波组，并使得已调光信号的两正交偏振态之间的静态相位差为π/2，在已调光信号的两个正交偏振态上得到分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1；然后在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；之后，通过光偏振分束器得到两束新的光载射频信号，其中一路为原有两束光载射频信号组之和，另一束为原有两束光载射频信号组之差；再为两束新的光载射频信号引入整体相对时延。

[0011] 优选地，利用可调色散补偿器在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延。

[0012] 进一步优选地，基于偏分复用，并通过偏振不敏感的可调色散补偿器同时实现两束光载射频信号中内部相对时延的引入。

[0013] 根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：

[0014] 一种基于光子学的宽带射频波束形成装置，包括发射波束形成装置和接收波束形成装置，所述发射波束形成装置包括：

[0015] 发射阵列，其具有N个发射阵元；

[0016] 光载波生成模块，用于将(N-1)路波长不同的光载波组合为一束光载波组；调制及延时模块，用于用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，生成分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1，并且两束光载射频信号组之间具有整体相对时延，同时每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间具有内部相对时延，且其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；

[0017] 馈电模块，用于将所述两束光载射频信号组中的(N-1)路光载射频信号分离，并将其中一束光载射频信号组中的第N路光载射频信号与另一束光载射频信号组中的第(N-1)路光载射频信号耦合为一路，n＝2,3,…,N-1，得到(N-2)路耦合光信号；然后将所述(N-2)路耦合光信号与另外两路未参加耦合的光载射频信号转换为N路馈电信号，去除其中的直流项和高频项后分别作为所述N个发射阵元的激励信号，从而生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的发射波束。

[0018] 进一步地，所述接收波束形成装置包括：

[0019] 接收阵列，其具有M个接收阵元；

[0020] 调制模块，用于将接收阵列的M个接收阵元所接收的M路射频信号分别强度调制于M路波长不同的光载波，并将所得到的M路光载射频信号合为一束光载射频信号组，然后将所述光载射频信号组等分为两束；

[0021] 延时模块，用于在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,M，i≠j；

[0022] 信号处理模块，用于将其中一束光载射频信号组中的第1路光载射频信号以及另一束光载射频信号组中的第M路光载射频信号分别去除后，对两束光载射频信号组进行平衡光电探测，去除所得电信号中的直流项和高频项后，即生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的接收波束。

[0023] 作为其中一种优选方案，所述调制及延时模块包括：

[0024] 单输入双输出马赫曾德尔调制器，用于将待发射的射频信号调制于所述光载波组，得到分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1；

[0025] 延时模块，用于在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j。

[0026] 作为其中另一种优选方案，所述调制及延时模块包括：

[0027] 偏振调制器，其被配置为所输出调制光信号的两正交偏振态之间的静态相位差为π/2，用于将待发射的射频信号调制于所述光载波组，在调制光信号的两个正交偏振态上得到分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组；

[0028] 延时模块，用于在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入由所需主瓣指向确定的内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j，并通过光偏振分束器得到两束新的光载射频信号，其中一路为原有两束光载射频信号组之和，另一束为原有两束光载射频信号组之差；再为两束新的光载射频信号引入整体相对时延。

[0029] 优选地，利用可调色散补偿器在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延。

[0030] 进一步优选地，基于偏分复用，并通过偏振不敏感的可调色散补偿器同时实现两束光载射频信号中内部相对时延的引入。

[0031] 相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：

[0032] 1、相对于基于纯电子技术的射频波束零点形成方案，本发明可以处理瞬时带宽更大的信号，帮助实现跨倍频程的宽带零点，对抑制宽带、捷变频干扰具有较大意义；

[0033] 2、与现有光控射频波束零点形成方案相比，本发明简化了系统的结构，使零点角度和主瓣角度的调节端口更为集中。附图说明

[0034] 图1为利用双输出马赫曾德尔调制器实现的发射波束形成装置的结构原理示意图；

[0035] 图2为可调色散补偿器的功率传输响应、延时响应，以及各通道与各光载波光谱位置的示意图；

[0036] 图3为利用偏振调制器实现的发射波束形成装置的结构原理示意图；

[0037] 图4为接收波束形成装置一个优选实施例的结构原理示意图。

具体实施方式

[0038] 先分析天线阵发射时的波束零点形成原理。设有待发射波形g(t)，和沿直线以间距d等间隔排布的N元一维天线阵。经过某波束形成网络后，得到N路馈电信号：

[0039]

[0040] 其中，τ和T为该网络的控制参数。将这N路馈电信号与天线阵中各阵元相连接，则在远场中与阵列法线方向成θ角的位置接收到的信号可表示为：

[0041]

[0042] 其中c为真空中的光速。将(1)式带入(2)式，并令则当θ＝θNULL时有：

[0043] fT,τ(θNULL,t)＝0 (3)

[0044] 可见，对于任意的波形g(t)，接收到的信号都被完全对消，即形成了宽带零点。当θ＝θMAX时有：

[0045]

[0046] 即形成了一个响应不平坦的主瓣。

[0047] 基于以上理论分析，本发明提出了一种可在大带宽下实现波束零点的形成与零点角度的便捷调整，并兼顾波束主瓣的形成与角度控制的发射波束形成装置，其包括：

[0048] 发射阵列，其具有N个发射阵元；

[0049] 光载波生成模块，用于将(N-1)路波长不同的光载波组合为一束光载波组；调制及延时模块，用于用待发射的射频信号对所述光载波组进行调制并对调制信号进行延时处理，生成分别包含(N-1)路光载射频信号的两束光载射频信号组，这两束光载射频信号组中的第i路光载射频信号所携带射频信号的幅度相同而相位相反，i＝1,2,…,N-1，并且两束光载射频信号组之间具有整体相对时延，同时每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间具有内部相对时延，且其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,N-1，j＝1,2,…,N-1，i≠j；

[0050] 馈电模块，用于将所述两束光载射频信号组中的(N-1)路光载射频信号分离，并将其中一束光载射频信号组中的第N路光载射频信号与另一束光载射频信号组中的第(N-1)路光载射频信号耦合为一路，n＝2,3,…,N-1，得到(N-2)路耦合光信号；然后将所述(N-2)路耦合光信号与另外两路未参加耦合的光载射频信号转换为N路馈电信号，去除其中的直流项和高频项后分别作为所述N个发射阵元的激励信号，从而生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的发射波束。

[0051] 为便于公众理解，下面以两个优选实施例来对上述发射波束形成装置的结构原理进行详细说明。

[0052] 图1显示了发射波束形成装置的一个优选实施例的结构及原理，其利用双输出马赫曾德尔调制器实现。如图1所示，首先由(N-1)个激光器产生不同波长的光载波，光谱上相邻的两个光载波的波长差皆为ΔλC。利用波分复用器将多个光载波合成一束。合成后的光载波组在双输出马赫曾德尔调制器中被待发射射频信号s(t)调制，产生的两路已调光分别由a、b端口输出。假设第n路光载波波长为λn，调制系数为β，则a、b两端口的第n路输出为[0053]

[0054] 可见，a、b两路已调光可等效为两路分别偏置于正负两个正交点的强度调制信号，即构成了所载射频信号互为反相的光载射频信号组。

[0055] 用偏振控制器(PC)将a、b两路信号调节到正交偏振态上，并经过偏振合束器合为一路，送入可调色散补偿器(TDCM)中。TDCM由两个反射式多通道啁啾布拉格光栅组成。图2显示了TDCM的功率传输响应和群延迟响应。由图2可知，TDCM有许多相同的通道，通道中心波长的间隔都为ΔλT。现令各光载波分别进入不同的通道，则在第n个通道中，波长为λn的光载波得到相关时延：

[0056] τ(λn)＝D·(λn-λ0.n) (6)

[0057] 其中D为色散系数即群时延响应的斜率，λ0,n为该通道的中心波长。控制两个多通道啁啾布拉格光栅的温度和温度变化率，各通道的色散D可以同步调节，进而可同时调整多路信号的时延。此时，相邻光载波的时延差为：

[0058]

[0059] 故调节D可实现对Δτ的控制。不妨设光载波λ1所携带信号获得的时延为参考0，则光载波λn所携带信号经过TDCM后获得时延为：

[0060] τ(λn)-τ(λ1)＝(n-1)Δτ (8)

[0061] 经TDCM调节后的a、b两路信号经PC调节偏振态后，由偏振分束器重新分开：一路传输到c端口，另一路经过可调光延时线，使各光载波携带的信号都附加时延T，再传输到d端口。将c、d两路的输出波形分别解复用还原为(N-1)路，得到：

[0062]

[0063] 对(9)式中的信号进行错位耦合，即将c路的第n路输出与d路的第(n-1)路输出叠加(注意c路的第一路与d路的第(N-1)路输出不参与叠加)，得到N路光信号：

[0064]

[0065] 再利用光电探测器将En平方并转化为电信号，同时去掉直流项和不同波长间拍频的高频项，得：

[0066]

[0067] 可见，(11)式结果与理论分析中的(1)式相一致，即可以实现波束零点与主瓣的形成与调节。

[0068] 本发明发射波束形成装置的另一个优选实施例的结构及原理如图3所示，其采用偏振调制器实现。与上一实施例相同，首先由(N-1)个激光器产生不同波长的光载波，并利用波分复用器将多个光载波合成一束。合成后的光载波组在偏振调制器中被待发射射频信号s(t)调制。则在X、Y这两个正交偏振态上，波长为λn的第n路光载波在调制后可表示为：

[0069]

[0070] 其中β为调制系数，φ为两偏振态之间的静态相位差，可通过调节后续的PC使φ＝π/2。信号通过TDCM引入如(8)式所示的步进延时后，其偏振态由PC控制转变为与偏振分束器偏振主轴成45°角的状态，再经过偏振分束器分成两路，并令其中一路经过可调光延时线以获得整体时延T。此时，两路信号分别为：

[0071]

[0072] 按上一实施例中的方式将两路信号错位耦合，并在光电转换后去掉直流项和不同波长间拍频的高频项，得：

[0073]

[0074] 即可以实现波束零点与主瓣的形成与调节。

[0075] 需要注意的是，为了简化系统结构，以上两实施例均基于偏分复用并通过一个偏振不敏感的可调色散补偿器同时实现两束光载射频信号组中内部相对时延的引入。实际上，也可通过使用两个幅相可编程的光滤波器等其它方式在每一束光载射频信号组中分别引入内部相对时延。

[0076] 再来分析天线接收的情况。为简化描述起见，现用一沿直线以间距d等间隔排布的M元一维天线阵天线接收来自远场的信号p(t)，信号源所在方位与阵列法向成θ角。这样，阵列中第m个天线接收到的信号为

[0077]

[0078] 设经过某波束形成网络后得到的叠加信号为

[0079]

[0080] 其中，τ和T为该网络的控制参数。现令则当θ＝θNULL时有

[0081] qT,τ(θNULL,t)＝0 (17)

[0082] 可见，对于任意的波形p(t)，接收到的信号都被完全对消，即形成了宽带零点。当θ＝θMAX时，

[0083]

[0084] 即形成了一个响应不平坦的主瓣。

[0085] 基于以上理论分析，本发明提出了一种可在大带宽下实现波束零点的形成与零点角度的便捷调整，并兼顾波束主瓣的形成与角度控制的接收波束形成装置，其包括：

[0086] 接收阵列，其具有M个接收阵元；

[0087] 调制模块，用于将接收阵列的M个接收阵元所接收的M路射频信号分别强度调制于M路波长不同的光载波，并将所得到的M路光载射频信号合为一束光载射频信号组，然后将所述光载射频信号组等分为两束；

[0088] 延时模块，用于在这两束光载射频信号组之间引入整体相对时延，并在每一束光载射频信号组中的任意两路光载射频信号之间引入内部相对时延，使得其中一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延与另一束光载射频信号组中的第i路、第j路光载射频信号之间的内部相对时延相同，i＝1,2,…,M，j＝1,2,…,M，i≠j；

[0089] 信号处理模块，用于将其中一束光载射频信号组中的第1路光载射频信号以及另一束光载射频信号组中的第M路光载射频信号分别去除后，对两束光载射频信号组进行平衡光电探测，去除所得电信号中的直流项和高频项后，即生成同时具有零点与主瓣且零点与主瓣可调的接收波束。

[0090] 图4显示了本发明接收波束形成装置一个优选实施例的结构原理。如图4所示，将天线阵接收到的M路接收信号sm(t)分别通过强度调制映射到M个不同波长的光载波上。设调制系数为β，强度调制器偏置于正交点，则波长为λm的光载波经调制后可表示为：

[0091]

[0092] 利用波分复用器将多路已调光合并为一路，再等分成e、f两路。e、f两路信号的整体相对延时T可由f路中的可调光延时线调节。之后，通过PC将e、f两路信号分别调到相互正交的偏振态上，并用偏振合束器合为一路，实现偏分复用，再送入TDCM，为不同光载波附加上如(8)式所示的步进时延，即有：

[0093]

[0094] 延时调节后的e、f两路信号经PC调节后通过偏振分束器解复用为g、h两路。利用2个光带通滤波器，分别滤除g路中的λ1分量和h路中的λM分量。将两路已滤光信号通过可调光衰减器和可调光延时线平衡功率和延时后送入平衡光电探测器实现光电转换。这样，去掉直流项和不同波长间拍频的高频项，最终得到的合成接收信号：

[0095]

[0096] 具有与(16)式相同的形式，即形成了接收波束的零点和主瓣。

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