本發(fā)明主要涉及到雷達(dá)信號(hào)放大，尤其是一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、高功率雷達(dá)可用于遠(yuǎn)距離的目標(biāo)探測和追蹤。雷達(dá)信號(hào)的功率水平或?qū)⒅苯佑绊懫鋺?yīng)用效果，如何實(shí)現(xiàn)高峰值功率的雷達(dá)信號(hào)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

2、目前，人們通常采用真空放大器件、固態(tài)放大器件以及微波功率模塊這三類基于電子技術(shù)的微波功率放大器來提升雷達(dá)信號(hào)的峰值功率，其中，以回旋行波管放大器的可輸出峰值功率為最高，但也僅達(dá)百千瓦(105w)量級(jí)?；匦胁ü芊糯笃鞯墓ぷ髟硎腔陔娮踊匦}塞不穩(wěn)定性，回旋電子注與高頻微波相互作用從而將電子注動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l微波能量，實(shí)現(xiàn)高頻微波信號(hào)放大。但是，當(dāng)回旋行波管放大器的工作電流大于起振電流時(shí)，其絕對(duì)不穩(wěn)定性會(huì)引起自激振蕩問題，從而限制回旋行波管放大器的可輸出峰值功率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大方法及裝置，旨在突破雷達(dá)領(lǐng)域微波功率放大器的輸出峰值功率限制，將雷達(dá)信號(hào)的峰值功率放大至10兆瓦(107w)量級(jí)及以上。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一方面，提出一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大方法，包括：

4、產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的種子激光信號(hào)；

5、對(duì)種子激光信號(hào)進(jìn)行光功率放大，產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的高峰值功率激光信號(hào)；

6、利用與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的高峰值功率激光信號(hào)輻照光導(dǎo)微波模塊中的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)具有相同時(shí)域特性的高峰值功率電信號(hào)并輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入雷達(dá)信號(hào)的高功率放大。

7、進(jìn)一步地，還包括采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號(hào)以檢測功率放大模塊輸出激光信號(hào)的時(shí)域波形，從而利用相似度評(píng)價(jià)函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補(bǔ)償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號(hào)的時(shí)域特性。

8、其中相似度評(píng)價(jià)函數(shù)，如下：

9、；

10、其中表示相似度偏差，表示激光信號(hào)的時(shí)域波形采樣點(diǎn)數(shù)，表示實(shí)測的激光信號(hào)的時(shí)域波形，表示目標(biāo)波形。通過相似度偏差評(píng)價(jià)實(shí)測的激光信號(hào)的時(shí)域波形與目標(biāo)波形的偏差，偏差越大即光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度越大。

11、另一方面，提供一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，包括：

12、種子光調(diào)制模塊，用于產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的種子激光信號(hào)；

13、光功率放大模塊，用于對(duì)種子激光信號(hào)進(jìn)行光功率放大，產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的高峰值功率激光信號(hào)；

14、光導(dǎo)微波模塊，利用與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的高峰值功率激光信號(hào)輻照光導(dǎo)微波模塊中的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)具有相同時(shí)域特性的高峰值功率電信號(hào)并輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入雷達(dá)信號(hào)的高功率放大。

15、進(jìn)一步地，還包括光信號(hào)檢測及反饋處理模塊，用于采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號(hào)以檢測功率放大模塊輸出激光信號(hào)的時(shí)域波形，從而利用相似度評(píng)價(jià)函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正得出最優(yōu)的預(yù)補(bǔ)償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號(hào)的時(shí)域特性。

16、進(jìn)一步地，所述種子光調(diào)制模塊包括半導(dǎo)體激光二極管、任意信號(hào)發(fā)生器、高速電光調(diào)制器及其驅(qū)動(dòng)；

17、半導(dǎo)體激光二極管尾纖熔接至高速電光調(diào)制器的光纖輸入端；

18、利用同軸電纜將任意信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端連接至高速電光調(diào)制器驅(qū)動(dòng)的信號(hào)輸入端；

19、由半導(dǎo)體激光二極管輸出連續(xù)激光，然后利用任意信號(hào)發(fā)生器輸出與輸出的雷達(dá)信號(hào)時(shí)域特性相同的電調(diào)制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)高速電光調(diào)制器來調(diào)制半導(dǎo)體激光二極管輸出的連續(xù)激光，從而產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的種子激光信號(hào)。

20、進(jìn)一步地，所述光功率放大模塊為由一級(jí)以上光功率放大器串聯(lián)而成的多級(jí)光功率放大模塊。

21、進(jìn)一步地，所述光功率放大模塊將種子激光信號(hào)的峰值功率提升至兆瓦量級(jí)。

22、進(jìn)一步地，在功率放大模塊的輸出端一側(cè)設(shè)置有分光器件，經(jīng)分光器件后，大部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號(hào)傳輸至光導(dǎo)微波模塊，小部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號(hào)傳輸至光信號(hào)檢測及反饋處理模塊。

23、進(jìn)一步地，光信號(hào)檢測及反饋處理模塊包括高速光電探測器、示波器和計(jì)算單元，利用高速光電探測器和示波器測量輸入至光信號(hào)檢測及反饋處理模塊的激光信號(hào)的時(shí)域波形并傳輸給計(jì)算單元，計(jì)算單元解析出光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，計(jì)算出最優(yōu)的預(yù)補(bǔ)償波形數(shù)據(jù)并發(fā)送給任意信號(hào)發(fā)生器，控制任意信號(hào)發(fā)生器輸出與輸出的雷達(dá)信號(hào)時(shí)域特性相同的電調(diào)制信號(hào)以驅(qū)動(dòng)高速電光調(diào)制器來調(diào)制半導(dǎo)體激光二極管輸出的連續(xù)激光，優(yōu)化種子激光信號(hào)的時(shí)域特性。

24、進(jìn)一步地，光導(dǎo)微波模塊包含光導(dǎo)半導(dǎo)體器件、高壓直流恒壓源、電流觀察電阻、負(fù)載電阻和電容器，這些器件組成串聯(lián)電路。經(jīng)多級(jí)功率放大模塊的產(chǎn)生的兆瓦級(jí)峰值功率的輸出激光空間耦合至光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，在串聯(lián)電路中可產(chǎn)生與激光時(shí)域特性相同的大電流信號(hào)，并根據(jù)公式p=u*i輸出信號(hào)峰值功率。

25、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能夠產(chǎn)生的技術(shù)效果是：

26、本發(fā)明所提出“電信號(hào)—光信號(hào)—電信號(hào)”的技術(shù)路線通過光功率放大代替?zhèn)鹘y(tǒng)電功率放大，充分發(fā)揮多級(jí)光功率放大器的高峰值功率上限和光導(dǎo)半導(dǎo)體器件的高響應(yīng)速度、高耐受電壓、高工作電流等顯著優(yōu)勢，突破了基于電子技術(shù)的微波功率放大器的峰值功率瓶頸，首次將雷達(dá)信號(hào)的峰值功率放大至10mw量級(jí)及以上。

技術(shù)特征：

1.基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大方法，其特征在于，還包括采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號(hào)以檢測功率放大模塊輸出激光信號(hào)的時(shí)域波形，從而利用相似度評(píng)價(jià)函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補(bǔ)償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號(hào)的時(shí)域特性，其中相似度評(píng)價(jià)函數(shù)，如下：

3.基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，還包括光信號(hào)檢測及反饋處理模塊，用于采集小部分光功率放大模塊輸出激光信號(hào)以檢測功率放大模塊輸出激光信號(hào)的時(shí)域波形，從而利用相似度評(píng)價(jià)函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補(bǔ)償波形數(shù)據(jù)并反饋給種子光調(diào)制模塊，優(yōu)化種子激光信號(hào)的時(shí)域特性，其中相似度評(píng)價(jià)函數(shù)，如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，所述種子光調(diào)制模塊包括半導(dǎo)體激光二極管、任意信號(hào)發(fā)生器、高速電光調(diào)制器及其驅(qū)動(dòng)；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，所述光功率放大模塊為由一級(jí)以上光功率放大器串聯(lián)而成的多級(jí)光功率放大模塊。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，所述光功率放大模塊將種子激光信號(hào)的峰值功率提升至兆瓦量級(jí)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，在功率放大模塊的輸出端一側(cè)設(shè)置有分光器件，經(jīng)分光器件后，大部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號(hào)傳輸至光導(dǎo)微波模塊，小部分功率的光功率放大模塊輸出激光信號(hào)傳輸至光信號(hào)檢測及反饋處理模塊。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，光信號(hào)檢測及反饋處理模塊包括高速光電探測器、示波器和計(jì)算單元，利用高速光電探測器和示波器測量輸入至光信號(hào)檢測及反饋處理模塊的激光信號(hào)的時(shí)域波形并傳輸給計(jì)算單元，計(jì)算單元通過相似度評(píng)價(jià)函數(shù)解析出光功率放大模塊輸出激光信號(hào)因增益飽和產(chǎn)生的畸變程度，通過自適應(yīng)比值優(yōu)化算法的波形分析和迭代修正，得出最優(yōu)的預(yù)補(bǔ)償波形數(shù)據(jù)并反饋給任意信號(hào)發(fā)生器，其中相似度評(píng)價(jià)函數(shù)，如下：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大裝置，其特征在于，光導(dǎo)微波模塊包含光導(dǎo)半導(dǎo)體器件、高壓直流恒壓源、電流觀察電阻、負(fù)載電阻和電容器，這些器件組成串聯(lián)電路，經(jīng)多級(jí)功率放大模塊的產(chǎn)生的兆瓦級(jí)峰值功率的輸出激光空間耦合至光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，在串聯(lián)電路中可產(chǎn)生與激光時(shí)域特性相同的大電流信號(hào)，并根據(jù)公式輸出信號(hào)峰值功率，其中表示功率值，表示電壓值，表示電流值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于光導(dǎo)微波技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)高功率放大方法及裝置，包括：種子光調(diào)制模塊，用于產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的種子激光信號(hào)；光功率放大模塊，用于對(duì)種子激光信號(hào)進(jìn)行光功率放大，產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的高峰值功率激光信號(hào)；光導(dǎo)微波模塊，利用與輸入雷達(dá)信號(hào)的時(shí)域特性相匹配的高峰值功率激光信號(hào)輻照光導(dǎo)微波模塊中的光導(dǎo)半導(dǎo)體器件，產(chǎn)生與輸入雷達(dá)信號(hào)具有相同時(shí)域特性的高峰值功率電信號(hào)并輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入雷達(dá)信號(hào)的高功率放大。本發(fā)明旨在發(fā)揮高功率光導(dǎo)微波技術(shù)的顯著優(yōu)勢，突破現(xiàn)有雷達(dá)領(lǐng)域微波功率放大器的峰值功率限制，將雷達(dá)信號(hào)的峰值功率放大至10兆瓦量級(jí)及以上。

技術(shù)研發(fā)人員：侯靜,卜遠(yuǎn)壯,賀軍濤,張斌,姚金妹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4