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专利号: 2017111269956
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于阵列波导光栅的光载无线通信波束赋形装置,其特征在于,由多光源激光阵列(10),波分复用器(20)、电光调制器(30)、可编程光真时延迟模块(40),另一波分复用器(21)、光电探测器组和天线阵列(50)顺次级联组成;

上述可编程光真时延迟模块(40)由第1光开关、第1级阵列波导光栅、第2光开关、第2级阵列波导光栅……第N光开关、第N级阵列波导光栅、第N+1光开关连接组成:第1光开关的输出端口1与第1级阵列波导光栅的输入端口1相连,第1光开关的输出端口2与第2光开关的输入端口2相连,而第1级阵列波导光栅的输出端口1与第2光开关的输入端口1相连,以此类推;每一级阵列波导光栅具有多个输入端口和多个输出端口,除了输入端口1和输出端口1分别与它前后的光开关相连之外,它自身的输入端口2与自身的输出端口2相连,它自身的输入端口3与自身的输出端口3相连,以此类推;

多光源激光阵列(10):输出多个不同波长的连续光载波;

波分复用器(20):将多光源激光阵列(10)输出的多个不同波长的连续光载波合成一路输出;

电光调制器(30):将波分复用器(20)的输出信号采用射频信号调制后输出;

可编程光真时延迟模块(40):根据控制要求,通过多个光开关的不同开和关的组合,从而实现光电调制器(30)的输出信号中不同波长光载波之间的最终时延量差;

另一波分复用器(21):将可编程光真时延迟模块(40)的输出信号处理后输出不同波长的光载波;

光电探测器组和天线阵列(50):将另一波分复用器(21)的输出信号进行光电转换,得到不同延时或不同相位的射频信号,经由天线阵列发送出去,形成远场波束定向辐射模式。

2.一种如权利要求1所述装置的光载无线通信波束赋形方法,其特征在于,包含如下处理步骤:多个波长光载波从连续激光源阵列输出,由波分复用器复用,复用后的光场E1(t)表示为:其中,P表示激光源或者天线阵列阵元的个数,Ak表示不同光载波的幅度,ωk表示不同光载波的角频率,t表示时间变量,j表示虚数单位(即 );复用后的光信号进入到电光调制器被发射的射频信号进行强度调制,此时光信号电场E2(t)表示为:其中s(t)为输入的射频信号;公式(8)中所表示的光信号输入到光真时延迟模块中,由光开关决定是否进入各级阵列波导光栅;而在阵列波导光栅中,不同波长的光载波将经历不同时延,第k个波长的光载波经历的时延为τ=τ0+(k-1)Δτm,其中Δτm表示第m级阵列波导光栅的相邻波长通道之间的基本延时量,忽略恒定的延时常量τ0,经过光真时延迟模块的光信号E3(t)表示为:其中,Δτ是第一级阵列波导光栅中相邻波长通道中的基本延时量,qm取0或1表征光信号是否由光开关选择进入相应的阵列波导光栅;

随后,波分复用器将不同波长的光载波及其所携带射频信号分入不同的支路;经光电转换后,各个支路恢复的射频信号表示为:sk(t)=s[t+(k-1)Δτ′)]   (10)

其中sk(t)表示第k条支路恢复的射频信号,而

基于公式(10)得出,各天线阵元发射的射频信号的相位呈依次等量分布;在均匀直线阵的情况下,若各天线之间的物理距离为d,则波束指向θ即波束定向辐射角度表示为:其中c为电磁波在空气中的传播速率;从公式(12)可以看出,通过改变Δτ′的值来改变射频波束的方向;而基于公式(11),在N级级联阵列波导光栅的结构下,通过改变开关的组N N N合实现共2种不同的延时组合,分别是0,Δτ,2Δτ,3Δτ,……,(2-1)Δτ,从而实现2 种不同的远场波束定向辐射模式或者波束赋形的及其调谐。