Устройство для оптического управления фазами излучающих элементов фазированной антенной решетки

(56) ТавЬцги МРагел 1 М, СодЬег 9 ,Ыв О. Ортса 1 1 ееб Тог в рЬазед аггоугпсгоеаче ап 1 еппа // Еестгопзз .е 11 егзч -1987, ч. 23, М 13, р. 680-681,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ФАЗАМИ ИЗЛУЧАЮЩИХЭЛЕМЕНТОВ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ(57) Изобретение относиттехнике. Цель изобретения ся к СВЧ-радио -упрощение кон ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТГО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ Я 2 1704201 А 1 струкции и обеспечение перестройки частоты излучения-фазированной антенной решетки. Устройсхво 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 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 высокочастотной1704201 15 20 25 35 40 ма Нитг оп 1,ческе, птецки л 1 икфрсполоскоВы" и есбр: зс.Гслеь 1.,че;1 кэ Брега 5 помецена в 1 ланитное по 1:е магнитной СИСТсЛ 1 Ы О С Г;2;СТРЗ:еав.ЛЫ 1 Л МВГНИТНЫЕЛ полем, предст-".Ля; щ-.й собой. Например, сис 1 пму из г.ос;" ,Го мзгита и Солс 11 о - да, арабо ая ч: стога яУ "и.регга 5 задззгс я и о д к л ю ч е н 11 ы л 1 кт и 1: р О и О л о с к О в с 1 л у и,".Ообразовзтел 3 сысско зстотньм гсцераИзобретение относится к СВЧ-радиотехнике, в чзстнс Ги, к устройс 1 вам Аазированин излу,ающ,;х зементоь антенных РЕШЕТОК.Цель изобретения - упрощение конст- руКцИИ И ОбЕСПСК:.НИЕ яЕрвстрСЙКИ ЧЭСтОтЫ излучения фазир ванной антенной решетки.На г,Иг. 1 из ; ажна стр ктур ая схема устро 1 Ства,ф,у.ч Оптилескс о управления Фазами излучающих элементов (,.ззирова 1" ой зки-.иной решетки: на фиг. 2 - ячейки Б регга.ус" ройство для аптяческого управления фазами излуча.о 11;их элементов фазироеацнсй а;Г:нной реВетки содергкит и"точник 1 когерс .тного апти еского излучения. систему 2 ,-., ,1 ированя сигнального и Опорного опти,ких прков 2, сигнальный выход 3 систел;ь фор 1 ироеациясигцального и опор ОГО ОПТИЧЕСКИХ П"ЧКОВ. ОПО-,НЫй ВЫХОД 4 систс .;:. форл 1 роз" ния сигнального и Опор"ОГО оптических пусков. ячейку Ерегга 5, магии; нуо систему с пврестраивввмым мэгцтци 1 л полет б, высокочастотный гецерат р 7, набор сптжескик волокон О, ;У о той;тйкто;ы 9,; а,истра кт 1. 10, , з луч а 1 О- щие злелент. 11, сысокзчастотную магнитную пленку 12.к сто 1 ник 1 ког"рентного Оптического излучения предст-вляет саб например, полуго Водникоээ Й азер. Ситема формироеания сиг 1 Оль 1 Ого я опорного оптических п)ф Гков 2 может выполняться в виде делительцого куби;3 с з: ркзлами. У 1 чсйка БГ 1,. з 5 выполнена из высокозстс ".-л цитсопти;еской ленки 2 и в;,1 ре конкрет 1:.Ой реа;,издцги фиг. 2) содержит Г 1 одлохкку 13, призму 1, Ввода оптического излучения 14 в выс"Оча" тотную л.; Гцитцую пленку 12, призму 5 еыюдз оптического кзлучеия из г.ысс:цч"стотной ,ЛзНН 1, ой 1 Лен 11 12, микр;, пзс,овый ПлК,СГ; ЗЗОВЗЕЛЬ 16, П".СТОЯ " Е 11 ЗГНИТЫ 1 , соВУцоид 1 л:Втуыки 18. тором 7. Выход ячейки Бригга 5 и опорный выход 4 системы фор 1 лировация сигцально- ГО И ОПОРОГО ОПТИЧЕСКИХ ПУЧКОВ ОПТИЧЕСКИ связаны с Входом набора 8 оптических волокон, Нг Выходе каждого оптического Вслок а набора В оптических волокон имеется ;отодетектср 9, включ:ццый в рздиотракт 10 соответствующего излучающего злелента 11 фазированной антенной решетки. 2 ил,Магнитное поле магнитной системы с г 1 ерестраиз. Омы;л магнитным полем б пег,естраигается в диапазоне Н 1 НН 2,где Н 1 и Н 2 - цижцзз и всрхнее граничные магнитные поля Области существования магнитостативских спиновых волн. Направление распространения оптическоо излучения и магнитостатических спиновых Волн в ячейке Брегга 5 выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие дифракции Брсгга. 8 примере конкретной реализации ячейки Брегга 5 каправлен е распространения оптического излучения Выбирается перпендикулярным 1:аправ 1 Онию распространения магнитостаческих спиновых волн. Частота источника 1 когерентного оптического излучения Выб рвется в диапазоне прозра Ности высокочастотной магнитоопти Каской пленки 12.Устройство дляоптического управления сазами излучающих элементов фазированной антенной решетки работает следующим с оразом.Излучение источника 1 когеретного опт;,ческого излучения поступает в систему ормирпвз 1 Ня сигнального и опорного оптт 1 ческих прс;оэ 2. На сигнальном 3 и опор-:ом 4 выходах системы (ормирования сигнального и опорного Оптических пучков сэр 4 ируются сиГ 1 ГальньЙ и Опорный Оп 1 и ческие пучки,Сиглзльцый оптический пучок ьводится О ячейку Брегга 5, содержащую высокочастотную млгнитооптическую пленку 12, в которой с помощью высокочастотного генератора 7 Вазбувдается мэгнитсстатическ.;я спиновзз волна. В ячейке Б регга 5 осуществляется дифракция оптического излучения на магнитостатической спиновой волне, в результате которой направление распространения оптического излучения из 1 леняется ня Величину, рзвцую удвоенному углу Брегга, а чэстота оптическогозлучения увелич Вается на частоту 1 явную лстоте высокочастс тцого гецерзтор.; 7, С 11 ыхс,"а ячейки Б;Огга сигнальный оптически пучок, имею:1 з 11 увеличенную5 10 15 20 25 30 40 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 1, равной рабочей частоте высокочастотного генератора 7, При этом фаза р высокочастотной оптической огибающей оптического излучения линейно зависит от координаты у положения входа оптического Волокна.УЫ С у(эп + зп Оо), гдето- частота когерентного оптического излучения; С - 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 9. 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 Брегга 5, Изменениевеличины магнитного 35 поля приводит к изменению значения волнового числа возбуждаемой в. высокочастотной магнитооптической пленке 12магнитостатической 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 высокочастотной магнитооптической пленки 12 и микрополоскового преобразователя 16 в высокочастотной магнитной пленке 12 могут существовать различные типы магнитостатических спиновых волн, имеющих различные граничные значения Н 1 и Н 2 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 микро- полосковому 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 - нежелательнь 1 м 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 35 мм, 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 1 О 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 фазиро 1704201чзанно,; а",твчкнсй зечввтки и упраслени, ф- за .чи ез "л: зз цих зл .ме,-Ов для фиксирп.- Нсй:;Ос "оты высоочастот:Ого ГЕНЕРато С с,О О,Ь С: ПЕРЗС /ОИ%Ч МаГНИТ НО, О поля 1",Скотной с",с Ге:".л с перестоаии;.- у,:ь;,ф и;л,г гр, мг,роц,нии ко;", ТЗух 1" схмы ч а;:ироэачия фазиро" сан;чси а 3 теччйо:ч регвечки Оармул- изобретения Устройство д я оптического управления фазам 1 изл,".;к".цих Злемснтоа фаэирован ной нте н;, . речетки, сод:х:ащее источник когорс:;т чо;о оптического излучения, ОптчЧцески. с:я:,нн;й с вхс.",ом системы формирования свнч 4 зл Оч О и ОпорЧОГО Оп тччческих пу-ч .Ов, высоксчас 1 отный генераточ 1, ячейку Г:регга, вход которой оптически связан с сигч 4 альньчм выходом системы формиоования сигнальнОГО и ОпорноГО ОптичзСКИХ ПУЧКОВ, гЧаЬОР ОПТЧЧ 1 ЧЕСУг)Х ВОЛОКОН, В котором выход каждоча ОптиескОГО оло- на оптически связан с фотодетектором, включеным в рар.Отракт со. Гветствующего излучаюпчего элзмен 1 а фазироп;нчной ан,енной рев 4 етки, ол и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкччии и сбеспечания перестройки частоты излучения 5 фазирова чной антенной рещетки, ус-ойстао для оптического управления фазами излучающих элементов фазированнои антенной речччетки содержит магнитную систему с перестраиваемь м маы 4 итным полем в 10 диапазоне Нч Н Нз, где Н 1 и Н 2 нижнееи верхнее раничные магнитные паля области существования магнитостатических спиновых волн, я чейка Грегга выполнена из высокочастотной магнитооптичесуой 15 гленки и помещена в перестраиваемоег.;агнитни" пола магнит:юй системы с перестраиваемым магнитным полем, вход набора Огчти часких волокон оптически связан непосредственно с выходом ячейки Брегга 20 к опорным выходом системы формированиясигнального и опоч 5 ного оптических пучков, а в качестг 5 е высокочастотного генератора используется Генератор с перестраиваемойастотой.