Устройство для оптического управления фазами излучающих элементов фазированной антенной решетки
Изобретение относится к СВЧ-рздиотехнике. Цель изобретения-упрощение конструкции и обеспечение перестройки частоты излучения -фазированной антенной решетки. Устройство для оптического управления фазами излучающих элементов фазированной антенной решетки содержит источник 1 когерентного оптического излучения , оптически связанный с системой 2 формирования сигнального и опорного оптических пучков (представляющей собой, например, делительный кубик с зеркалами ), на выходах которой формируются два оптических пучка. Сигнальный оптический пучок с сигнального внходз 3 системы формирования сигнального и опорного оптических пучков падает на ячейку Брегга 5. выполненную из высокочастотной магнитооптической пленки, с системами ввода и вывода оптического излучения и с расположенным на поверхности высокочастотной
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 1704201 А1 (5))5 Н 01 Q 3/26
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ vi ОткРЫтиям
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
С ф.
I&
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4723977/09 (22) 26.07.89 (4б) 07.01.92. Бюл. Рк 1 (71) московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) О.Л. Галкин, Н.И. Евтихиев, А.А. Климов, А.B. Кокин. В.Л. Преображенский и Ю.К. Фетисов (53) 621.396,677(088.8) (56) Tamburlni M., Parent M, Coldberg L, ЫИЫН D. Optical feecf for в phased arroly
microwave antenna // Eiectroniss Letters.—
1987, ч. 23, M 13, р. 680 — 681. (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ФАЗА ЛИ ИЗЛУЧАЮЩИХ
ЭЛЕМЕНТОВ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ (57) Изобретение относится к СВЧ-радиотехнике. Цель изобретения -упрощение конструкции и обеспечение перестройки частоты излучения фазированной антенной решетки. Устройсхво для оптического управления фазами излучающих элементов фазированной антенчой решетки содержит источник 1 когерентного оптического излучения, оптически связанный с системой 2 формирования сигнального и опорного оптических пучков (представляющей собой. например, делительный кубик с зеркалами), на выходах которой формируются два оптических пучка. Сигнальный оптический пучок с сигнального выхода 3 системы формирования сигнального и опорного оптических пучков падает на ячейку Брегга 5. выполненную из высокочастотной магнитооптической пленки, с системами ввода и вывода оптического излучения и с расположенным на поверхности высокочастотной
1701201
35
40 маг
СИСТСМЫ 6 С <Г>3> C i P > lehi- t
РЕШЕТОК.
ЦЕЛЬ )130>3/6>ЕН<ИЯ УПРОЩЕН<<О КОНСТруKU, <è и ОбеспГ -ние жрестрсйк<1 ч>зстоть! излучения фазир ванной антенной решетки.
Нг > >mr. 1 из:..;ажена стр;ктур.<-ая схема устрой<став,>„>.ч опт«ческсго управления фаза 4и излуча>ощих згементог> фэзирог>а!! ! Ой гнт-нной решетки: на фиг. 2 — ячейки
Б ре ГГа.
"c1;-зойстводия аптяческого управления фаз,",ми из>туча!о!.:!1x элементов фазироеаннсй г;;-:иной рев<етки содергкит <;"точник 1 когерс. .Тного опт<1 <есчого излучения. систему 2,.-..;:ирован .ь! фор <иро ia;:-:иясигнг1ьного и onopt!ОГО GnTN×eÑÊå1Х П чкОВ. ОПО" Н .«>й< LÓKÎÄ 4 систс :,::1 форм!1ро" н<1ясигнЗЛ> =. l"о. О птических пусков. ячей<ку Ерегга 5. магии r H óto систему с перестра!1вввмым МЗГНИТ! ЫМ Г>0ЛО>1 6 ЕЫСОХО<>гстОТНЫЙ ГЕ" ;«ергт-р 7, пгбар спту!еских волокон О, (; ОТО . тйктО;. .ы 9. а,истрзкты 10, излучающие элемент>,.> 11, сысокзчастотную л<агнитf< >ii0 пленку 12. к то <ник 1 kor<з 1емтнОГО Опт<гческОГО излучения представляет cobe например. пол уг>„ о водниK03ь и г>азер . Сизте! <а формироегния сиг!!..льного tf опор.-:ого оптических и»-!К0В 2 может выполняться в виде делите!>ьнОГО ку(),ii,а с 3-. Ркэлгл<>1. Яч=йка bn;:>c 5 выполнен; из высоко4гстс"=.3.;..> нитсопти еской пленки 12 и в, ;„.. ре конкpertiсй реа..изац< <1(фиг. 2) содержит Г<одлоьхку 13, пр; 3>-;у 1, -.ttoäç опти 4ecKof0 излуче<гия с 4 э GNc;: 043c1 Отную l" ..ггнит! lI> io f1flet! l 12, пр1>зл<у >5 сь<водз Оп тическог0 кзлуче >ия из r:ûcc :и >истотной .!..О>ни<>; ой >t> e> 1 > . co .:. s .0><,<.. или .:етую>.>: 10. тором 7. Выход ячейки Бригга 5 и спорный выход 4 системы формирования сигнального и o!10plto>о оптических пучков оптически связаны с в;:одом набора 8 оптических волоt;0 -t. Нг выходе каждого оптического вслок-! >а набора 8 оптических волокон имеется отодетектср 9, включенный в радиотракт tG соответствующе>-о излучающего элемента 11 фазированной антенной решетки. 2 ил, М"гнитное поле магнит>>о! Систл ы с г<ерестраиггемы,.1 магнитным полем б перестраивается в д<;гпазоне Н1<Н<Н2,где Н1u 112 — ниж!<О" и всрхнее граничные магнитные поля области существования магнитостгти <вских спиновых волн. Нnftðàåneíèe распространения оптического излучения и магнитостатических с<<иновых волн в ячейке Брегга 5 выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие дифракции Брсггг. В примере конкретной реализации ячейки Бреггг 5 каправле<< е распространения оптического ь<злучения выбирается перпендикулярным 1:аправлсн i>0 распространения магнитоста1".."чески" спиновых волн. Частота источника 1 когерентного оптического излучения выб" рвется в диапазоне прозрг <ности высокочастотной магнитоопти каской пленки 12. Устройстводля оптическогоуправлания с>азами излучающих элем".Hòîâ фазированной антенно, решетки работгет следующим с:.Ьразом. Излучение источника 1 когеретного onr;.ческого излучения поступает в систему ",-Ормирпвания сигнальнсго и опорного on1 лческих п)ч .Оэ 2. На сигнальном Э и опор1-:ом 4 выходах системы формирования счгнального и onus«oro Опти геских пучков фOР 4ИРУЮТСЯ СИГ<гаЛbН>>>Й П ОПОРНt>fй ОП1Ические пучки, Сигнгльны<1 оптический пучок ьводится О ячейку Брегга 5, содержащую высокоч .còoòt1óà млгнитооптическую пленку 12, в которой с помощью высокочастотного генератора 7 возбуждается мэгнитсстат;1ческ-;я спиновая волна. В ячейке Брегга 5 осуществляется д>1фракция оптического излучoíèÿ на магнитостатической съновой во; не, в результате которой направление р".Спространения оптического излучен!ч изь<еняется ня величину, равную удвоенному углу Брегга, а частота оптического t 3nó÷et-..tft увел<1ч<>гается на частоту! звную <гстоте высокочастс тного генератор . 7. С 1!.>хода ячвй .<< Б;1егга сигнальный о->тич. Ский пучок, имею.:,><й увеличенную 1704201 Брегга 5. Изменение величины магнитного 35 50 55 частоту, попадает на вход набора оптических волокон 8, где он интерферирует с опорным оптическим пучком, имеющим исходную частоту. В результате интерференции на вход каждого оптического волокна падает амплитудно-модулированное оптическое излучение с частотой модуляции f, равной рабочей частоте высокочастотного генератора 7. При этом фаза р высокочастотной оптической огибающей оптического излучения линейно зависит от координаты у положения входа оптического Волокна. 1р(у)- y(stn e+ sin Оо), гдето- частота когерентного оптического излучения: С вЂ” скорость света; О и Оо — углы падения на набор оптических волокон 8 соответственно сигнального и опорного оптических пучков. С помощью системы формирования сигнального и опорного оптических пучков 2 создаются такие оптические пучки. чтобы при любом значении угла О в апертурах сигнального и опорного оптических пучков содержались входы всех оптических волокон. Разность фаз между высокочастотными огибающими оптического излучения в соседних волокнах зависит от угла B. Для обеспечения режима сканирования диаграммы направленности фазированной антенной решетки в пространстве необходимо изменить значение угла О. что осуществляется иэм нением величины магнитного поля, в которое помещена ячейка поля приводит к изменению значения волнового числа возбуждаемой в высокочастотной магнитооптической пленке 12 магнитостатической спиновой волны. Таким образом, при заданной частоте высокочастотного генератора 7 изменением величины магнитного поля можно осуществить сканирование сигнальным пучком оптического излучения (менять угол О ) и менять распределение фазы р(у) на входах набора оптических волокон 8. На выходах набора оптических волокон 8 фотодетекторами 9 осуществляется детек-. тирование амплитудно-модулированных оптических сигналов. Выделенные высокочастотные сигналы поступают в соответствующие радиотракты 10, в которых производится их усиление. С выходов усилителей радиотрактов 10 высокочастотные сигналы поступают на соответствующие излучающие элементы 11 фазированной антенной решетки. В зависимости от ориентации внешнего магнитного поля относительно высокоча5 25 стотной магнитооптической пленки 12 и микрополоскового преобразователя 16 в высокочастотной магнитной пленке 12 могут существовать различные типы магнитостатических спиновых волн, имеющих различные граничные значения Hi u Hz. Если магнитное поле перпендикулярно плоскости высокочастотной магнитной пленки 12, в ней распространяются прямые обьемные магнитостатические волны. Если магнитное поле лежит в плоскости высокочастотной магнитостатической пленки 12 и параллельно микрополосковому преобразователю 16, в ней распространяются поверхностные магнитостатические волны, а если магнитное поле перпендикулярно микрополосковому преобразователю 16, в ней существуют обратные объемные магнитоСтатические волны. Оптимальная толщина высокочастотной магнитооптической пленки 12 составляет 1-10 мкм и ограничена снизу наименьшей толщиной оптического волновода, а сверху — нежелательным увеличением количества волноводных мод в оптическом волноводе. Для размещения на поверхности пленки оптических элементов и микрополоскового преобразователя 16. ее площадь должна составлять около 1 см . Микрополосковый преобразователь 16 высокочастотного излучения в магнитостатическую спиновую волну представляет собой микрополосок шириной 10...„3 мкм и длиной 3,...,5мм, выполняемый на поверхности высокочастотной магнитооптической пленки 12 методами фотолитографии и обеспечивающий эффективное возбуждение магнитостатической спиновой волны в полосе частот шириной до нескольких гигагерц. Призма ввода оптического излучения 14 и призма вывода оптического излучения 15 выполнены, например, из рутила или фосфида галлия и должны обеспечивать эффективный ввод в высокочастотную магнитооптическую пленку 12 и вывод из нее оптического излучения. При использовании высокочастотных магнитных пленок 12 из феррит-гранатов возможно осуществить перестройку частоты высокочастотного генератора 7 от величин порядка 100 до 10 ГГц, а при использовании гексаферритов рабочая частота высокочастотного генератора может быть увеличена до десятков гигагерц. В частности, при изменении напряженности магнитного поля, а которое помещена ячейка Брегга 5, от 0,5 до 10 кЭ ее рабо- . чая частота может перестраиваться от 2 до 30 ГГц. Таким образом, обеспечивается воэможность осуществления изменения в широких пределах рабочей частоты фазиро1704201 fjаthНО,:> l Е :1riсй, ЕВ!«Т: И И УПРOГЛЕНИЯ ф»заi ttt OO ."л; з 3 ю!их зл мечт ов для фи! .Сир о :.. а !1 ! c Й а с е 0 т ь 3 ы с 0 . 0 ч а с т 0 т г. О Г О ген ерато . - - !. 0 о — t üю t!В)! . - po! %1 магнит но, 0 Геля i ..-:.""..с<на i ной с -".с те: . с перастоаи В . ° ., м,-.- !:,-:, м п. ю, г !-р,, yflpogr нии ко;" От Зух!„! .t сх Mi гс Зс 1рвза i фазиро t1аннQи t tTе f »0и pегветки. Оармул.= изобретения Устройст;.о д я ог тического y;„" влен » фаз "мл изл": .;.к",!1х элементов фазирован ной «нте !н;.!. р=!. етки, соде„х:ащее источoик когорс:-.Тно;о оптического из(!учения, 0iiTl вски. с ;:.-..!-:!; и с вхс.",JM системы форм!!рова!О я св!Г нзл", tpl О и ОпОрного Оп тичес",:их и,- .ов, Высоко-асзотный генерат00, чч!айку Гзрегга, ВхОд iOTc ой Оптически связан с !tet!; ль!!ь(м сыходО!! системы фор миООВF t-:èя с! .f t!ал! ьного и ОпорнÎГО ОптичеСких п чков, !tBÜOP Опт t t8ct .ltx Волокон, в КоТоро<4 Выход каждо!О Опт!! еского ВОлОкна оптически связан с фотодетектором, вкг<ючеь!г!ым в радиоipàê T со". Ветству!Ощего излучаю!!!Ого элзмен !а фаз!!роп;!!!Ной ан.енной ров!Втх!1, о; л и 4 а,о щ с е с t: тем, что, с целью упрощен!1я конструкц;1и и сбеспечания перестрсйки частоты из! у ения 5 фаЗИРОВа ГНОЙ аптЕННОй РЕ!ВЕТКИ, УС;;-.Ойстао для оптического управления фазами излучающих элементов фазированнои антенной реаетки содержит магнитную ctcieму с перестраиваемьм ма!Нитн!!м полем В 10 диапазоне И!< Н< Нз, где Н) и Нр нижнее и верхнее раничные магнитные паля области существования магнитостатt1«act,!1x спиновых волн, ячейка Грегга выполнена из высокочастотной магнитооптической 15 г!Ленки и помещена В перестраиваемое ь1агнитни" пола магн.гг!:ot системы с перестраиваемым маг!-!!!тнь!;.! полем, р.:õîä набора опти геских волокон оптически связан непосредственно с выходом ячейки Брегга 20 к опорным Выходой системы формирования сигнального и опо(5ного оптических пучков, а в качестг1е высокочастотного генератора l"ñпОльзуется генера iop с перестраиваемой .астотой.
