Anwendungsgebiete von faseroptischen Verzögerungsleitungen

Gegenwärtig werden faseroptische Verzögerungsleitungen in vielen Fällen weithin verwendet, insbesondere bei der Anwendung von militärischen Geräten mit hohen Anforderungen an die äußere elektromagnetische Umgebung. Ein Phased-Array-Radarantennensystem. Leistungsstarke Phased-Array-Radare erfordern eine große Scanreichweite, einen Strahl ohne Verzerrung und ein Übertragungsband. Die Echtzeitverzögerung von Glasfasern ist die Schlüsseltechnologie, um diese Anforderungen zu erfüllen. B Pseudozufallsprogrammgenerator. Pseudozufallsprogrammgeneratoren können mithilfe integrierter optischer Paritätsgeneratoren mit faseroptischen Verzögerungsleitungselementen oder programmierbaren Verzögerungsleitungen implementiert werden. c Elektronische Gegenmaßnahmen. Repräsentative Anwendungen sind gefälschte Störsender und die Richtungsfindung von abgestrahlten Signalen, bei denen die für Breitbandstörsender erforderliche Leistung mithilfe der großen Bandbreite und der sehr kurzen Verzögerungsauflösung optischer Verzögerungsleitungen erreicht werden kann. D Leistungstests von Radarsystemen. In diesem Bereich wurden faseroptische Verzögerungsleitungen bei Rauschtests von Doppler-Radarsystemen und Testzielen für Radartransponder verwendet. Die Empfindlichkeit des Testsystems ist proportional zur Verzögerungsgröße, und eine hohe Systemempfindlichkeit kann durch Verwendung von faseroptischen Verzögerungsleitungen mit großen Verzögerungen erreicht werden. E Optische Computersysteme. Glasfaser-Verzögerungsleitungen wurden als Pufferregister oder Aufzeichnungsspeicher für optische Computer entwickelt.

Phased-Array-Antennen (PAA, Phased Array Antenna) werden seit Anfang der 1970er Jahre verwendet und spielen in den Bereichen Radar und Kommunikation usw. eine immer wichtigere Rolle und werden immer mehr in der Forschung berücksichtigt. PAA bietet viele Vorteile, wie z. B. Lenkung ohne physische Bewegung, hohe Flexibilität beim zweidimensionalen Scannen, äußerst genaue Strahlausrichtung und die Erzielung einer präzisen Phasen- und Amplitudensteuerung. Ihr HF-elektronisches Strahlformungsnetzwerk ist jedoch groß und sperrig, was ihre breitere Anwendung beeinträchtigt. Durch den Einsatz optischer Technologie können Größe und Gewicht dieses Netzwerks erheblich reduziert werden, wodurch optische Systeme sehr gut für den Einsatz in mobilen Radarsystemen geeignet sind. Durch die theoretische Analyse des Mikrowellenstrahlausrichtungswinkels der Phased-Array-Radarantenne und der Zeitverzögerungsdifferenz zwischen benachbarten Array-Elementen erfüllt er die folgende Gleichung:

Dabei ist d der Abstand zwischen benachbarten Array-Elementen. Die Bedeutung liegt darin, dass der Mikrowellenstrahl-Ausrichtungswinkel der Phased-Array-Antenne mit fester Struktur nur mit der benachbarten Zeitverzögerungsdifferenz zusammenhängt und nichts mit der übertragenen Frequenz zu tun hat. Mit anderen Worten: Durch die Steuerung der Zeitverzögerungsdifferenz benachbarter Array-Elemente steuern Sie den Strahlausrichtungswinkel und erreichen so die Verzögerungssteuerung. Um den gleichen Strahlausrichtungswinkel zu erreichen, kann bei geringer Verzögerungsgenauigkeit der Abstand benachbarter Array-Elemente kleiner gemacht werden, wodurch das Volumen der Phased-Array-Antenne effektiv verkleinert werden kann. Bei der optischen Echtzeit-Verzögerungssteuerung wird das Mikrowellensignal als auf den Laser geladener Hilfsträger an eine Reihe optischer Pfade gesendet, um unterschiedliche Zeitverzögerungsverarbeitungen durchzuführen. Das verarbeitete optische Signal wird dann aus dem Mikrowellensignal demoduliert. Diese Mikrowellen werden mit entsprechender Zeitverzögerungsdifferenz als Eingangssteuersignal jedes sendenden Array-Elements verwendet. Durch die Steuerung der optischen Laufzeitdifferenz wird die Laufzeitdifferenz der von den benachbarten Array-Elementen emittierten Mikrowellen gesteuert und so der Zweck der Steuerung des Strahlausrichtungswinkels erreicht. Da Glasfasern elektromagnetische Störungen stark isolieren können, sind Glasfaser-Verzögerungsleitungen hervorragend für die Anwendung in Phased-Array-Antennen geeignet, die lange Verzögerungszeiten erfordern. Darüber hinaus ist für große Überwachungs-Arrays oder aufgrund der Gewichts- und Volumenanforderungen der relativ hoch aufgezeichneten Phased-Array-Antennen die Phasensteuerung von Mikrowellen-Phased-Array-Antennen mittels Glasfaser-Verzögerungsleitung eine sehr attraktive Perspektive. Verzögerung = Steuerung der Phase. Der zwischen zwei Sendeeinheiten gebildete Verzögerungsunterschied kann die Richtung des Antennensendestrahls steuern, um das Ziel des Scannens in einem bestimmten Bereich zu erreichen. Die Struktur eines optischen Phased-Array-Systems auf Basis der Glasfaserverzögerungstechnologie weist die folgenden Eigenschaften auf: 1. Die Verzögerungspräzision ist gering, der Verzögerungsbereich ist groß. Die minimale Verzögerungszeit von FDL kann 1 fs erreichen und die Verzögerungszeitspanne beträgt 9 Größenordnungen, sodass eine Anpassung an zahlreiche Verwendungszwecke möglich ist. 2, die Betriebsfrequenz ist hoch. 2. Hohe Betriebsfrequenz: FDL kann bei Betriebsfrequenzen über 100 GHz arbeiten und ist für die Übertragung von Hochfrequenzsignalen geeignet, unterliegt jedoch Leistungseinschränkungen des Modulators. 3. Geringer Signalverlust. Der Übertragungsverlust pro Kilometer von FDL beträgt nur 0.3 dB. Der einzigartige Vorteil besteht darin, dass der Signalverlust unabhängig von der Signalfrequenz ist. Andere Verzögerungstechnologien wie Oberflächenwellen-Verzögerungsleitungen, Metallwellenleiter, Koaxialkabel usw. Die Übertragungsverluste nehmen mit der Erhöhung der Frequenz des Übertragungssignals zu. Bei ASW beispielsweise steigt der Verlust auf etwa 10 dB pro Kilometer, wenn die Signalfrequenz 100 GHz erreicht, wodurch der Wert der Anwendung verloren geht. Natürlich sind bei der Anwendung von Glasfaser-Verzögerungsleitungen auch einige Nachteile zu beachten, wie beispielsweise der Bedarf an Lichtquellen und die Leistungsanforderungen an optoelektronische Modulations-/Demodulationsgeräte usw. Doch mit der rasanten Entwicklung der optischen Kommunikationstechnologie, insbesondere im Bereich der Nanolichtquellen, wurden bedeutende Durchbrüche erzielt, die die Voraussetzungen für die Entwicklung der faseroptischen Verzögerungsleitungstechnologie schaffen.