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适用于光控相控阵雷达的光学移相技术研究

汪茜  
【摘要】:雷达是重要的信息获取装备,是现代战争极为重要的作战“软”武器。由于采用相控阵天线的雷达技术为观测隐身目标、小型目标和低空目标,以及在强杂波干扰条件下工作等方面提供了巨大的技术潜力,因而其发展受到国内外普遍的重视。为了提供准确的探测和雷达目标跟踪,雷达装置通常需要精确指向。精确指向的关键在于准确控制天线阵相邻单元的相位差,因此作为相控阵天线核心器件的移相器具有重大的研究价值。光学器件具有抗电磁干扰、损耗小、体积小及重量轻等显著优点,因此利用光学及光电子器件实现射频信号移相的光子射频移相技术成为近年来的研究重点。 本文首先理论分析相控阵天线原理及技术特点,得到相邻阵元间相位差与天线波束指向角的关系,然后研究基于光真延时技术(OTTD)、基于矢量和技术及基于外差混频技术三种光子射频移相器工作原理、技术方案及优缺点。经分析得出:第一种方案用于宽带波束控制,可以有效解决波束偏斜问题,但是相位调节较为复杂;而后两种适用于频带相对较小的场合,可对波束进行精确的连续控制,并且具有较为简单的系统结构和调节方式。 本文针对移相器关于相移及幅度变化等性能方面的要求,提出了基于双驱马赫-曾德尔调制器单边带调制的微波光子移相技术方案;经理论推导,此结构可以通过调节相位调制器(PM)的偏置电压线性地改变射频信号的相移;利用VPI进行系统仿真分析,结果表明其具有调节方便、相移范围大于360。、输出幅度波动小等优点。 最后,论文结合光学移相和功率控制技术提出附加功率控制的光子射频移相器优化设计结构。MATLAB仿真分析结果表明此结构在实现精确相移的同时能够降低副瓣电平。作为相控阵雷达系统的一个重要参数,相控阵天线的副瓣性能在一定程度上决定了雷达的抗干扰与抗杂波等能力,所以附加功率控制的移相结构能够有效提高相控阵雷达的性能,适应其发展趋势。


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