現代雷達中的光電子技術

摘要：介紹了光電子技術在現代雷達中的主要應用.在雷達信號傳輸、光信息處理和微波器件的光控制等方面，光電子技術的應用顯示出廣闊的前景和巨大的經濟、軍事價值。

關鍵詞：光電子技術；光纖鏈路；光纖延遲線

1引言

目前，光電子技術在微波領域中的應用主要是光纖通信，并已基本普及，在雷達中的應用遠不如在通信中應用那樣廣泛，而在我國只有少量的初步研究.隨著光電子技術的迅速發展，光電子技術將在各種現代雷達中，尤其是相控陣雷達中有著巨大的吸引力和廣闊的應用前景.光纖和光電集成電路用于雷達信號/數據處理、相控陣天線和多基地雷達(或雷達網)互連具有很多優點.如果說60年代以后的雷達中若不采用計算機技術就不是先進雷達，那么不妨說現代雷達如不采用光電子技術也將不是先進的雷達.下面列舉光電子技術可用于現代雷達中的幾個大的方面，以此說明光電子技術在這些方面應用的必要性、先進性和廣闊前景。

2 光電子技術在現代雷達中的主要應用

光電子技術在雷達上的應用雖然比在光通信上的應用起步晚，但在國外應用還是比較廣泛的，海灣戰爭中已有充分表現.這方面的應用主要有雷達信號的光纖傳輸、光信息處理和微波器件的光控制等。

2.1 光纖鏈路(FOL)用于雷達信號傳輸

光纖鏈路由激光二極管、調制器、光纖和光敏二極管等組成.它將雷達微波信號調制到光波上，利用光纖進行微波信號模擬傳輸，在國外已經成熟并得到廣泛應用。利用光纖來傳輸雷達信號具有明顯的優越性，因為在整個雷達頻率上，光纖傳輸損耗幾乎比同軸電纜和波導低3個數量級，并且在整個頻段內其損耗對于任何調制信號都相同，這非常有利于雷達系統的遠程控制和雷達信號的傳輸分配.由于雷達天線是一個輻射源，極易受到反輻射導彈的襲擊，所以天線和控制中心應盡量遠離.常規連接方法是采用同軸電纜，它的傳輸損耗大，使得天線和指令中心的間距很短.同時電纜向外的輻射性也給了導彈以攻擊的目標.再者，電纜的耗銅量隨頻率的平方根而增大，在微波信號通過同軸電纜傳輸前，往往就必須先將其下變頻到MHz范圍，而且還需要幾個線路放大器以放大信號電平.然而如采用光纖鏈路，則微波信號傳輸到指令中心就毋需任何下變頻，又由于光纖衰減極小，因此不需要任何線路放大器以提高信號電平.光纖及大量光波器件均為介質材料，無電磁輻射，隱身性能好，改用光纖傳輸系統后，不僅重量和成本大大下降，而且抗電磁干擾(EMI)和抗電磁脈沖(EMP)的能力顯著提高.因此用光纜取代電纜傳輸，對實現雷達天線遠程化是非常理想的，這不僅對戰術雷達和人員的可生存性具有重大軍事價值，而且也具有重大的經濟效益.另外，由于光纖具有體積小、重量輕、柔軟靈活等優點，特別適合用于機載、星載雷達等有空間限制的場合.光纖還具有極寬的帶寬，有利于寬帶雷達信號的傳輸。

2.2光纖延遲線(OFDL)用于雷達信號處理

由激光器、調制器、光纖、開關和光電探測器構成的光纖延遲線是微波頻域或時域信號處理的新型器件.使用光纖延遲線可構成編碼發生器、脈沖解碼器、帶通濾波器、低通濾波器、橫向匹配濾波器、相關器、卷積器、A/D變換器等信號處理器件.在雷達系統中，特別是在那些要求產生和處理帶寬極寬(＞200MHz)信號的雷達系統中，這種器件更有潛在的重要用途.盡管聲表面波器件在較低頻率上呈現出優異的性能，但其帶寬被限制在1-2GHz.要想在10GHz或大于10GHz帶寬的高數據速率上進行信號處理，使用現行的信號處理器件就顯得無能為力，例如寬帶雷達信號實時處理就是一個例子。

高分辨雷達接收機和電子情報(ELINT)搜索系統需要低成本和大時間帶寬積(T．B)的信號處理器件.常規的方法是采用同軸電纜或體聲波器件，前者的傳輸時延約為5ns/m，總延時一般為200-300ns；后者如LiNbO3聲波器件可延時約5μs.光纖延遲線具有比常規電子學、聲表面波(ASW)、電荷耦合器件(CCD)延遲線、靜磁波(MSW)及超導延遲線(SDL)更加優異的性能。

采用單模石英光纖作為延遲介質可獲得5μs/km的延時和106的延時帶寬積.由于光纖延遲線可得到所需的任何延時，且具有高的工作頻率、最大的T．B值，并具有與頻率無關的恒定單位延時損耗、輕柔、絕緣性好、成本最低等突出優點，具有現今各種延遲線最優異的綜合性能.因此利用光纖延遲線(包括光纖延遲線網絡)和以光纖延遲線為基本構件的信號處理器件是很有發展前途的。

光纖延遲線的最大應用市場在雷達系統，特別是相控陣天線系統和雷達信號處理系統.它可用作相控陣雷達天線的寬帶光纖時延網絡、高分辨雷達的偽隨機程序發生器、海洋衛星雷達、自適應雷達天線陣的分支延遲線濾波、雷達系統性能評價測試、雷達告警接收機、電-光A/D變換器、脈沖間積累用延遲線、寬帶非相干動目標顯示(MTI)、電子戰中的欺騙干擾機，以及光纖延遲線信號處理器件與高速通信系統的直接對接等，具有廣闊的應用前景和巨大的經濟價值。

2.3相控陣雷達波束的光控制

新一代的相控陣雷達系統需要數千個有源單元以形成跟蹤所需的尖銳波束.這些陣列的波束控制是通過電子調控方法快速地改變輻射單元的相對相位來實現的，其中最關鍵的器件就是能提供每個單元相位控制的電子移相器。傳統的移相器有二極管和鐵氧體移相器，其中二極管移相器的工作頻率低于10GHz，鐵氧體移相器的工作頻率可以較高.這些移相器體積大，損耗大，線性度及相位連續控制特性差，對相位的控制一般是階躍型的.如果通過光學方法，即采用一個帶MMIC(微波單片集成電路)移相器數字指令的光纖鏈路或用光纖進行射頻功率分配和相移來完成，其性能比前者要優越得多，例如可以對微波相位進行線性連續控制，大大減小移相器體積、重量及損耗，用小功率光學器件代替大功率微波器件，大大提高了波束控制的靈活性.另外，在一個大的相控陣天線中各個MMIC收發模塊相互間是獨立的，必須與一個主振蕩器同步，以使其輻射相干組合，并在自由空間形成單一波束，可將各模塊中的從屬振蕩器注入鎖定于主振蕩器以實現同步.通常的方法是采用同軸電纜，若改用光纖鏈路載送參考信號，將大大減小其體積和重量。

3結語

光電子技術在雷達中的應用遠不止上述這些，限于水平與篇幅，很多具體內容和技術尚未提及，但我們已經可以看出光電子技術在國民經濟和國防建設中所能起到的巨大作用。

把光電子技術引入到傳統的微波技術領域，具有重大的變革意義.自80年代以來，國際上已有專門的學術會議討論該方面的研究工作，我國也已有一些單位開始進行探索研究.隨著研究工作的不斷深入，光電子技術與微波技術的融合必定大有發展前途.可以預見，在21世紀的雷達系統中，先進的光電子器件、集成光學器件將取代純電子器件，雷達的戰術性能將有質的飛躍，光電子技術在雷達中的應用前景是十分廣闊的.光電子技術廣泛應用帶來的根本性變革所產生的巨大經濟效益是不可估量的。