RED EXPLORADA ÓPTICAMENTE Y EN FRECUENCIA.

Un sistema (10) para explorar una red de antenas (26) que comprende un primer mecanismo (14,

18, 20, 24) para generar una señal óptica oscilante en una frecuencia predeterminada; un segundo mecanismo (32, 34, 50, 52, 54, 56) para emplear la señal óptica para obtener señales de alimentación que tienen relaciones de fase predeterminadas; un tercer mecanismo (22) para recibir las señales de alimentación y radiar las correspondientes señales de transmisión en respuesta a ellas a una red de antenas (26), en el que dicho primer mecanismo incluye varios osciladores ópticos (18, 20) que incluyen un primer oscilador óptico (18) y un segundo oscilador óptico (20) que alimentan a un primer distribuidor múltiple óptico (32) y a un segundo distribuidor múltiple óptico (34), respectivamente, del segundo mecanismo (32, 34, 50, 52, 54, 56), el primer oscilador óptico (18) y el segundo oscilador óptico (20) rastreándose mutuamente en frecuencia con un desplazamiento de frecuencia predeterminado cuando dicho sistema está explorando la red de antenas (26) en una dimensión predeterminada; cada uno de los osciladores ópticos (18, 20) incluye una señal óptica de realimentación que atraviesa una línea de retardo (62, 76) y hacia un detector (64, 78), convirtiendo el detector (64, 78) la señal óptica de realimentación en una señal de realimentación de radiofrecuencia que es realimentada a un modulador óptico (60, 74) del oscilador óptico (18, 20); el segundo oscilador óptico (20) incluye un desplazador de fase óptico de radiofrecuencia para añadir selectivamente la codificación a una señal óptica que atraviesa el segundo distribuidor múltiple óptico (34); el primer mecanismo (14, 18, 20, 24) incluye un oscilador óptico sintonizable por frecuencia (18, 20), y en el que la señal óptica es una señal de radiofrecuencia modulada sobre una portadora óptica, en el que una relación entre una primera frecuencia generada por el primer oscilador óptico (18) y una segunda frecuencia generada por el segundo oscilador óptico (20) es tal que la mezcla de la primera frecuencia y de la segunda frecuencia produce una frecuencia de salida constante, independiente de los cambios en la primera frecuencia, que es una frecuencia de exploración de la antena (26); el primer distribuidor múltiple óptico (32) incluye una alimentación óptica que proporciona retardos diferentes en una salida de señales del primer oscilador óptico (18) a través de las alimentaciones ópticas (52) de longitudes diferentes para hacer que dicha relación de fase predeterminada sea una fase progresiva; y el segundo distribuidor múltiple óptico (34) incluye una alimentación colectiva (56) que tiene alimentaciones ópticas de longitudes iguales de forma que los cambios en la frecuencia de las señales ópticas que atraviesan el segundo distribuidor múltiple óptico (34) no afectan a la exploración en azimut o elevación realizada mediante señales que atraviesan el primer distribuidor múltiple óptico (32)

Campo del invento

Este invento se refiere a antenas. Específicamente, el presente invento se refiere a transceptores para antenas de red activa.

Descripción de la técnica relacionada

El documento US 5.933.133 A expone un aparato simultáneo de haz múltiple y de radar de red fotónica activa de frecuencia. Un oscilador que convierte la energía luminosa continua en señales de microondas estables y espectralmente puras es por ejemplo conocido por el documento “Oscilador optoelectrónico de microondas”, YAO X S, MALEKI L, JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA – B; USA, volumen 13, nº 8, Agosto 1996 (1996-08) – Agosto 1996 (1996-08), páginas 1725-1735; XP001180303 ISSN: 0740-3224. Un oscilador optoelectrónico con sintonizabilidad continua de frecuencia y ruido de fase bajo es conocido por ejemplo por el documento “Oscilador optoelectrónico de 10 GHz con sintonizabilidad continua de frecuencia y ruido de fase bajo”, SHOUHUA HUANG Y OTROS, 6 Junio, 2001, PROCEEDINGS OF THE 2001 IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM & PDA EXHIBITION, Seattle, WA, 6-8 Junio 2001; IEEE INTERNATIONAL FREQUENCY CONTROL SYMPOSIUM, New York, NY: IEEE, US, páginas 720-727, XP010561656 ISBN: 978-07803-7028-9.

Los sistemas de radar de red activa se emplean en diversas aplicaciones exigentes que incluyen el rastreo de objetivos de misiles, el control del tráfico aéreo, el guiado de aeronaves, y sistemas de configuración del terreno. Tales aplicaciones demandan sistemas de radar fiables, eficientes y rentables que detecten y rastreen objetivos de forma precisa.

Para mejorar la seguridad de la detección y rastreo de objetivos de forma precisa los sistemas de radar emplean a menudo microondas de alta frecuencia u ondas milimétricas. Sin embargo, las ondas milimétricas o microondas de alta frecuencia pueden producir unas pérdidas de señal excesivas, especialmente en las alimentaciones de guía de ondas del elemento de antena. Estas pérdidas pueden reducir la capacidad general de detección y rastreo del objetivo del sistema de radar acompañante.

Las ondas milimétricas pequeñas requieren redes activas relativamente complejas con pequeños componentes y una separación pequeña de los componentes. Las guías de ondas empleadas para alimentar los elementos de la red de antenas son voluminosas con respecto a los elementos de la red de antenas activa. Esto representa unas limitaciones de diseño no deseables en el sistema de red de radares.

Convencionalmente, las redes activas están orientadas por técnicas de puntería de haz que implican el desplazamiento selectivo de fase de las señales alimentadas a la red. Estas técnicas a menudo requieren un desplazador de fase en cada elemento de red activa. Desafortunadamente, los desplazadores de fase son a menudo disipadores y voluminosos con relación a los elementos pequeños de antena de ondas milimétricas. Los desplazadores de fase voluminosos en cada elemento significan unas limitaciones de diseño no deseables en las redes de antenas.

Alternativamente, las alimentaciones de guía de ondas de radiofrecuencia onduladas son empleadas en vez de los desplazadores de fase. Los desplazadores de fase deseados se consiguen colocando derivaciones en posiciones estratégicas en la alimentación ondulada. La radiación procedente de las diferentes derivaciones tiene una fase diferente que depende de la separación de las derivaciones y de la frecuencia de entrada. Desafortunadamente estas alimentaciones onduladas son también no deseables, complejas, voluminosas y disipadoras. Además, los sistemas de radar convencionales que utilizan alimentaciones onduladas y/o desplazadores de fase pueden requerir conjuntos independientes de módulos transmisores/receptores para explorar u orientar la antena de radar en azimut y elevación. Los módulos extra de transmisión/recepción son voluminosos, caros, e imponen limitaciones de diseño de radar adicionales.

Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica de un diseño eficiente del radar de red activa que elimine la necesidad de alimentadores y desplazadores de fase de antenas voluminosos y disipadores. Además existe la necesidad de un radar de red activa que pueda ser explorado en azimut y elevación con el mismo grupo de módulos de transmisión/recepción sin requerir desplazadores de fase adicionales.

RESUMEN DEL INVENTO

La necesidad en la técnica es atendida por el sistema de exploración de una red de antenas del presente invento definido en la reivindicación 1. En la realización ilustrativa el sistema es para uso en sistemas de redes de radar activas. El sistema incluye un primer mecanismo para generar una señal óptica oscilante a una frecuencia predeterminada. Un segundo mecanismo emplea la señal óptica para obtener señales de alimentación para la orientación de un haz de antenas que tienen relaciones de fase predeterminadas. Un tercer mecanismo recibe las señales de alimentación y radia las señales de transmisión correspondientes en respuesta a la red de antenas.

En una realización más específica las señales de transmisión son señales de frecuencia de microondas y el primer mecanismo incluye un oscilador óptico sintonizable por frecuencia. La señal óptica es una señal de radiofrecuencia modulada en una portadora óptica. El oscilador óptico incluye una señal de realimentación óptica que atraviesa una línea de retardo y hacia un detector. El detector convierte la señal de realimentación óptica en una señal de realimentación de radiofrecuencia que es realimentada a un modulador óptico del oscilador óptico. El modulador óptico proporciona una salida del oscilador óptico.

El primer mecanismo incluye un primer oscilador óptico y un segundo oscilador óptico que alimentan respectivamente un primer distribuidor múltiple óptico y a un segundo distribuidor múltiple óptico del segundo mecanismo. Cuando el sistema está explorando la fase o explorando el azimut, el primer oscilador óptico y el segundo oscilador óptico se rastrean entre sí en frecuencia con un desplazamiento de frecuencias predeterminado en respuesta a las señales de control recibidas de un controlador.

Una relación entre una primera frecuencia generada por el primer oscilador óptico y una segunda frecuencia generada por el segundo oscilador óptico es tal que la mezcla de la primera frecuencia y de la segunda frecuencia produce una salida de frecuencia constante al explorar la red de antenas en una dimensión dada tal como el azimut. Por lo tanto, la frecuencia radiada por la antena permanece constante, independiente de los cambios en la primera frecuencia, que es una frecuencia de exploración de la antena.

El primer distribuidor múltiple óptico incluye una alimentación óptica que proporciona retardos diferenciales a una salida de señal del primer oscilador óptico mediante alimentaciones ópticas de longitudes diferentes. Los diferentes retardos ópticos resultantes dan lugar a una fase progresiva en una salida del tercer mecanismo requerido para la exploración de fase de la antena. Adviértase que es el cambio en la frecuencia del oscilador óptico lo que genera la fase progresiva en los diferentes retardos ópticos.

El segundo distribuidor múltiple óptico incluye una alimentación colectiva que tiene alimentaciones ópticas de longitudes iguales, de forma que los cambios en frecuencia de las señales ópticas que atraviesan el segundo distribuidor múltiple óptico no afectan a la exploración en azimut o elevación realizada mediante señales que atraviesan el primer distribuidor múltiple óptico. El segundo distribuidor múltiple óptico incluye un desplazador de fase óptico de radiofrecuencia para añadir selectivamente la codificación de fase a la modulación de radiofrecuencia en una señal óptica que atraviesa el segundo distribuidor múltiple óptico para facilitar la compresión de impulsos u otra codificación de señales.

El tercer mecanismo incluye un módulo transmisor/receptor. El módulo transmisor/receptor incluye un mezclador de detector de fotodiodo que produce radiofrecuencias suma y diferencia. El módulo transmisor/receptor incluye un filtro de paso alto para seleccionar las radiofrecuencias suma como salida.

El módulo de transmisión/recepción está configurado de forma que las frecuencias suma proporcionan fases para orientar la red de antenas y proporcionar fases que se aplican a las señales de recepción para facilitar la adición coherente de las señales recibidas. Las frecuencias salidas... [Seguir leyendo]

1. Un sistema (10) para explorar una red de antenas (26) que comprende un primer mecanismo (14, 18, 20, 24) para generar una señal óptica oscilante en una frecuencia predeterminada; un segundo mecanismo (32, 34, 50, 52, 54, 56) para emplear la señal óptica para obtener señales de alimentación que tienen relaciones de fase predeterminadas; un tercer mecanismo (22) para recibir las señales de alimentación y radiar las correspondientes señales de

transmisión en respuesta a ellas a una red de antenas (26), en el que dicho primer mecanismo incluye varios osciladores ópticos (18, 20) que incluyen un primer oscilador óptico

(18) y un segundo oscilador óptico (20) que alimentan a un primer distribuidor múltiple óptico (32) y a un segundo distribuidor múltiple óptico (34), respectivamente, del segundo mecanismo (32, 34, 50, 52, 54, 56), el primer oscilador óptico (18) y el segundo oscilador óptico (20) rastreándose mutuamente en frecuencia con un desplazamiento de frecuencia predeterminado cuando dicho sistema está explorando la red de antenas (26) en una dimensión predeterminada;

cada uno de los osciladores ópticos (18, 20) incluye una señal óptica de realimentación que atraviesa una línea de retardo (62, 76) y hacia un detector (64, 78), convirtiendo el detector (64, 78) la señal óptica de realimentación en una señal de realimentación de radiofrecuencia que es realimentada a un modulador óptico (60, 74) del oscilador óptico (18, 20);

el segundo oscilador óptico (20) incluye un desplazador de fase óptico de radiofrecuencia para añadir selectivamente la codificación a una señal óptica que atraviesa el segundo distribuidor múltiple óptico (34);

el primer mecanismo (14, 18, 20, 24) incluye un oscilador óptico sintonizable por frecuencia (18, 20), y en el que la señal óptica es una señal de radiofrecuencia modulada sobre una portadora óptica, en el que una relación entre una primera frecuencia generada por el primer oscilador óptico (18) y una segunda frecuencia generada por el segundo oscilador óptico (20) es tal que la mezcla de la primera frecuencia y de la segunda frecuencia produce una frecuencia de salida constante, independiente de los cambios en la primera frecuencia, que es una frecuencia de exploración de la antena (26);

el primer distribuidor múltiple óptico (32) incluye una alimentación óptica que proporciona retardos diferentes en una salida de señales del primer oscilador óptico (18) a través de las alimentaciones ópticas (52) de longitudes diferentes para hacer que dicha relación de fase predeterminada sea una fase progresiva; y

el segundo distribuidor múltiple óptico (34) incluye una alimentación colectiva (56) que tiene alimentaciones ópticas de longitudes iguales de forma que los cambios en la frecuencia de las señales ópticas que atraviesan el segundo distribuidor múltiple óptico (34) no afectan a la exploración en azimut o elevación realizada mediante señales que atraviesan el primer distribuidor múltiple óptico (32).

2. El sistema (10) de la reivindicación 1 en el que la red de antenas (26) es una subred transversal continua (26).