可编程微波光子芯片研究现状及发展趋势

可编程微波光子芯片是可以通过编程控制改变芯片功能，用于处理微波信号的光子芯片。它可以在同一芯片上软件定义不同的光学处理单元，以实现滤波、移相、延时等多种信号处理功能。相比于只能实现特定功能的专用微波光子芯片，可编程微波光子芯片功能可重构，可广泛应用于通信、雷达等光电子系统中，提升系统灵活性。本文对可编程微波光子芯片的研究现状进行了梳理，介绍了其光路拓扑、主要实验结果和关键技术并对可能的发展方向进行了总结。     

基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片

微波光子雷达拥有分辨率高、处理速度快、同时多波段、多功能等优势,在航天系统中具有广阔的应用前景。为了满足航天应用对雷达系统体积、质量和功耗的严格要求,集成化已经成为微波光子雷达的重要发展方向。介绍了一款基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片,利用该芯片实现了雷达发射信号倍频产生和回波信号去斜接收,并对距离天线不同位置的目标进行了测距实验,得到的测量距离与实际距离基本相同,两者之间的误差小于4 mm。     

可重构多维度探测微波光子雷达

随着“太空经济”时代的到来,大国间的太空竞争也愈发激烈,对星载雷达探测系统的测量精度和多维度目标参数测量提出了更高要求。现有的星载雷达系统主要采用传统微波技术实现,面临电子器件速率低、工作带宽小、可重构性差等问题,这些问题越来越成为限制星载雷达系统进一步发展的瓶颈。将微波光子技术引入雷达系统可利用光子技术高频率、大带宽、可重构的特点有效克服电子技术的局限性,突破雷达技术瓶颈。阐述了可重构多维度目标探测微波光子雷达的特点和基本结构,介绍了多维度目标参数测量和雷达波形可重构的原理与方法,并对星载微波光子雷达的发展趋势和特殊应用环境需要考虑的问题进行了论述。随着微波光子雷达技术研究的不断深入和光电集成技术的迅速发展,微波光子雷达有望在未来星载雷达系统中得到大规模应用。     

薄膜铌酸锂——集成微波光子技术的基石

微波光子学以其独特的优势,在通信、雷达、电子战等领域取得了蓬勃的发展。但基于分立器件的微波光子系统在体积、重量及稳定性方面所存在的问题,正严重制约着微波光子技术在星载、机载等平台的应用。而以光子集成工艺为基础的集成微波光子技术有望打破这种困境。最近新出现的薄膜铌酸锂材料,以其线性的电光效应、更强的光场限制能力及更高的集成度,有望成为集成微波光子技术的基石。文章回顾了由铌酸锂晶体材料到薄膜铌酸锂材料,以及传统调制器到薄膜铌酸锂调制器的发展历程,重点对比分析了薄膜铌酸锂材料与现有的光子集成工艺平台所用的InP、SiO2、硅、氮化硅等材料,在光子集成特性方面的优势及劣势。     

基于微波光子技术的实时高分辨雷达成像

为克服传统雷达面临的带宽瓶颈,提升其分辨率,利用微波光子倍频与混频技术对宽带雷达信号进行处理,构建宽带雷达,成功实现了实时高分辨雷达成像。构建的微波光子雷达样机带宽高达12 GHz,实现逆合成孔径雷达成像的二维分辨率优于2 cm×2 cm,成像速率高达100帧/s。在该雷达架构基础上构建了多输入多输出微波光子雷达,在相同的相参累积时间内,能进一步提高雷达成像的方位向分辨率。研究结果表明:微波光子技术是突破传统雷达频率与带宽限制的有效手段,有望在未来实时高分辨雷达探测与成像中发挥重要作用。     

相控阵雷达系统天线前端的光子技术

介绍了目前相控阵雷达系统天线前端正在发展的几种光子技术,即微波准光学有源阵列天线、光控可重置天线和未来理想的光子天线技术,分析了它们的工作原理和特点。     

雷达-电子战-通信的一体化

为充分发挥武器系统的作战效能，对作战平台上的雷达-电子战-通信一体化技术进行了研究。阐述了雷达与电子战、雷达与通信一体化的必要性和特点，并对一体化的关键技术，如以线性调频与伪随机编码信号的组合为共用信号、共用孔径及其波束控制技术等进行了分析。最后给出了一个采用软件无线电技术的雷达-无线电-通信一体化系统的方案。     

面向高分辨率雷达的微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术研究进展[

随着对高精度探测的不断追求，未来雷达系统正朝着大带宽的方向发展。目前的雷达系统，主要利用传统的微波技术生成雷达信号，受到电子瓶颈限制，单路带宽仅在2 GHz左右，难以满足高精度雷达探测的技术需求。微波光子信号生成技术具有大带宽的技术优势，被认为是可突破电子瓶颈的一种有效技术手段。可将微波光子信号生成技术引入雷达系统中，直接生成带宽高达41 GHz的雷达信号，从而大幅提高雷达系统的探测分辨率。文章首先介绍了微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术的应用情况，然后分类介绍了微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后对各类微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术进行了对比分析，并分析了限制其实际应用的具体问题。     

微波光子技术在信号情报侦察中的应用研究

由于微波光子技术的宽带特性、低损耗和抗干扰等优势,微波光子技术在信号情报侦察领域已经引起了强烈关注,尤其在微波信号的产生、处理、控制及传输等方面。着重对微波光子中光学真延时光控阵列技术和光学模数转换技术在宽带信号情报侦察系统中的应用进行了研究。分析了当前信号情报侦察系统面临的问题以及利用微波光子技术的解决框架思路,阐述了光学真延时技术和光学高速模数转换技术的基本原理及关键技术实现途径,并对应用前景进行了分析,最后给出结论。     

微波集成电路及个人通信卫星技术的发展动向

微波集成电路具有可可靠性高，尺寸小，成本低，便于批量生产的特点。已广泛地用于通信、雷达、电子对抗、星载电子设备等领域。个人通信已成为各国电信业务中必不可少的通信手段。同时还介绍了美国和欧洲发展个人通信卫星系统的计划。     

UWBR和HPMW一体化设计探讨

简述了美国雷达武器化的研究现状；介绍了超宽带雷达（UWBR）和高功率微波武器（HPMW）的组成、基本原理；结合国内外现有技术成果，分析了UWBR和HPMW一体化设计的可行性；参照数字阵列雷达，提出了一种UWBR和HPMW一体化概念设计结构图，并重点讨论了一体化设计的难点及关键技术。     

面向下一代载荷系统应用的光子集成芯片探索

文章以光子集成技术在未来卫星宽带通信与中继一体化系统应用为出发点,开展光子集成载荷应用需求分析,完成了模拟光处理与数字光处理、模拟片上处理与离散光处理的区别分析及特性梳理。重点介绍了现行的光子载荷搭载验证情况,完成光子载荷与传统射频载荷体积、重量、功耗对比分析。在此基础上,提出一种全芯片架构的光子处理转发载荷系统,并完成相应的功能拆解及业务划分,梳理下一步需要重点攻关的片上关键技术,为构建通用化、小型化、多波束并行的高通量卫星通信载荷系统提供技术支撑。     

深空微波着陆雷达系统发展现状和趋势

深空微波着陆雷达是深空探测器GNC分系统重要载荷之一,为GNC分系统提供探测器相对着陆星体表面的距离与速度信息,确保着陆精度和安全。文章从系统设计、参数设计等各个方面对深空微波着陆雷达技术国内外现状进行综述,探讨了其技术发展趋势,为后续深空微波着陆雷达发展提供研究思路。     

航天微波全息雷达

介绍微波全息和航天微波个息雷达的工作原理。从全息雷达对目标的几何关系图和距离等高线出发，详细论术对微波全息系统的基本要求，给出微波全息雷达的简要方框图和技术参数。     

基于微波光子I/Q混频的宽带低失真多普勒频移模拟

受射频前端带宽、模数转换器采样率和有效位数的限制，现有基于数字射频存储的多普勒频移模拟器逐渐难以满足当前雷达系统大瞬时带宽、低杂散失真的测试需要。文章利用最新的微波光子技术，提出一种基于微波光子I/Q混频的多普勒频移模拟方法，并进行了实验验证。利用微波光子技术的大带宽特性，该方案可对不同频段（15GHz与20GHz）的单音和宽带射频信号进行大范围（5MHz到25MHz）、高杂散失真抑制（大于30dB）的多普勒频移，多普勒频移方向、回波信号功率也可动态控制。该方法可为未来雷达目标多普勒频移模拟提供新思路，显著提高模拟带宽和回波质量。     

微波光子技术在电子对抗中的应用

由于光子技术的宽带和低损耗优势,微波光子技术已经在电子对抗领域中尤其是在微波信号的产生、处理、控制及传输等方面引起了强烈关注.着重阐述了微波信号的光子方法产生及处理、光子微波滤波器、光真延时波束形成以及光学A/D模数转换等技术,最后给出了结论.     

基于激光高速通信信号的精密测量方法与性能分析

随着天基定位、导航、授时（Position，Navigation and Time，PNT）系统和天地一体化信息网络的建设，利用星间链路实现高速通信和高精度测量，构建天基信息网络和维持天基时空基准，对星间链路的发展提出了更高的要求。激光波束窄，方向性好，抗干扰能力强，可以实现更高的信息传输和更高的测量分辨率。通过激光星间链路的通信测量一体化设计，实现通信与测量功能的高度融合，共用相同的物理信道和信号设计，将会极大地提升系统性能，降低系统复杂性，从而实现载荷的小型化设计，这已成为星间链路的发展趋势。针对通信与测距一体化的需求，文章设计了基于高速通信信号的激光测量通信一体化方案，并对测量性能进行了理论分析；采用激光测量验证系统，对理论分析进行了验证。实验表明，在1Gbit/s的通信速率下，星间测量精度优于1mm，相比于目前微波星间链路测量，精度提升了30倍。     

面向卫星载荷的大瞬时带宽微波光子信道化接收变频技术研究进展

随着卫星通信技术的飞速发展，以及卫星多功能融合技术的需求，未来卫星通信正朝着多频段、大带宽、多波束、配置灵活的方向发展。目前广泛应用于各个领域的卫星通信射频前端，主要采用传统的微波技术进行微波信号的信道化接收变频，带宽限制在GHz以下，无法满足大瞬时带宽信道化接收变频需求。将微波光子技术引入卫星通信射频前端可有效突破电域信道化接收变频技术瓶颈，简化射频前端的系统架构，提高卫星载荷性能。本文首先介绍了星载微波光子信道化接收变频技术的特点及基本结构。接着分类介绍了微波光子信道化接收变频的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后给出大瞬时带宽微波光子信道化变频技术发展趋势及应用前景，为大瞬时带宽微波光子信道化接收变频设计及应用提供技术支撑。     

相控阵雷达的过去、现在和将来

概括介绍了地面、舰船、航空和空间用无源与有源偶极子和单片微波集成电路(MMIC)相控阵雷达的近期发展和未来趋势。内容涉及：DD(X)舰船雷达系列、THAAD(以前的CBR)、欧洲的COBRA、以色列的BMD雷达天线、荷兰的舰船APAR、美国的F-22、JSF和F-18机载雷达、欧洲的AMSAR、瑞士的AESA、日本的FSX和以色列的费尔康(Phalcon)、铱星(66颗在轨卫星中有198个天线)和全球星MMIC空间载有源阵列系统(最后两个系统用于通信，但是所用技术与雷达系统的相同，实际上，IRIDIUM收／发组件技术是从空间雷达技术中来的)、Thales公司(以前的Thomson-GSF)的4英寸94GHzMMIC晶片导引头天线、数字波束形成、铁电行-列扫描、通信与雷达用光电扫描、MMICC波段至Ku波段先进孔径共享项目(ASAP)和AMRFS天线系统(通信、雷达、电子干扰(ECM)和ESM共用)以及连续切向分支(CTS)压控介质(VVD)天线。     

集成微波光子技术的现状及其宇航应用浅析

集成微波光子技术具有小尺寸、大宽带、可调谐和低功耗等优势,在未来高通量卫星载荷技术中极具应用前景。本文围绕集成微波光子技术宇航应用的两个关键技术--集成光子技术和集成封装技术,通过分析近几年国内外的发展状况,对目前我国集成微波光子宇航应用所面临的几项挑战进行了总结与分析。