EP0623969B1

Phased array antenna with optical beamforming device

Abstract

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EP0623969B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 5

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Expired 28 April 2014, 12.4 years ago.

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11 claims: 9 independent, 2 dependent

  1. 1
    Gruppenantenne mit optischen Strahlformungs-Netzwerk, zumindest bestehend aus - mehreren zeilen- und/oder matrixförmig angeordneten Strahlerelementen zum Senden und/oder Empfangen elektromagneti scher Strahlung, - mehreren Sende-/Empfangsmodulen, wobei jedes Strahlerelement an ein zugehöriges Modul angekoppelt ist, - einer Steuereinheit, in der zumindest Sendesignale sowie ein Oszillatorsignal für einen in jedem Modul vorhandenen Mischer erzeugt wird, - einer Auswerteeinheit, in welcher die von den Strahlerelementen empfangenen Empfangssignale ausgewertet werden, - einem ersten optischen Strahlformungs-Netzwerk, das mit Hilfe eines Lichtwellenleiters die Steuereinheit mit einem Sende-/Empfangsmodul verbindet und über das die Sendesignale und das Oszillatorsignal zu dem Modul übertragen werden und - einem zweiten optischen Strahlformungs-Netzwerk, das mit Hilfe eines Lichtwellenleiters die Auswerteeinheit mit einem Sende-/Empfangsmodul verbindet und über das die Empfangssignale von dem Modul übertragen werden, wobei - in jedem Modul ein einstellbarer Phasensteller zum Ändern der Phasenlage des Sende- oder Empfangssignals vorhanden ist, - in jedem Modul ein einstellbarer Amplitudensteller zum Ändern der Amplitude des Sende- oder Empfangssignals vorhanden ist, - in jedem Modul mindestens ein Sende-/Empfangsumschalter vorhanden ist und - in der Steuereinheit eine einzige zentrale Laseranordnung, die optisch an das erste Strahlformungs-Netzwerk gekoppelt ist, vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, - daß die Steuereinheit und die Auswerteeinheit zu einer zentralen Steuer- und Auswerteeinheit zusammengefaßt sind, - daß die beiden optischen Strahlformungs-Netzwerke zu einen gemeinsamen optischen Strahlformungs-Netzwerk zusammengefaßt sind, das mit Hilfe jeweils eines einzigen Lichtwellenleiters die zentralen Steuer- und Auswerteeinheit mit einem Sende-/Empfangsmodul verbindet und über das die Sendesignale, die Empfangssignale, das Oszillatorsignal und die Steuersignale zum und von dem Modul übertragen werden, - daß in jedem Modul eine Modul-Steuerung, mit welcher der Phasensteller, der Amplitudensteller sowie der Sende-/Empfangsumschalter auf Basis der Steuersignale der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit steuerbar sind, vorhanden ist und - daß an die Laseranordnung ein Modulator angeschlossen ist, so daß das von der Laseranordnung ausgesandte Laserlicht im Zeitmultiplexverfahren zumindest mit einem Initalisierungssignal zur Einstellung mindestens eines Sende-/Empfangsmoduls, dem Sendesignal sowie dem Oszillatorsignals modulierbar ist.
  2. 2
    Gruppenantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung einen Halbleiterlaser enthält und daß in dem Strahlformungs-Netzwerk mindestens ein optischer Verstärker vorhanden ist.
  3. 3
    Gruppenantenne nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - daß in mindestens einem Modul ein elektro-optischer Wandler vorhanden ist, - daß der elektro-optische Wandler optisch an das bidirektional im Zeitmultiplexverfahren betreibbare Strahlformungs-Netzwerk angekoppelt ist und - daß der elektro-optische Wandler elektrisch an den Ausgang eines elektrischen Mischers, der aus dem Oszillatorsignal und dem Empfangssignal ein entsprechendes Zwischenfrequenzsignal erzeugt, angeschlossen ist.
  4. 4
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mischer und den elektro-optischen Wandler ein Analog-Digital-Wandler zwischengeschaltet ist und daß das Zwischenfrequenzsignal in digitaler Form optisch über das Strahlformungs-Netzwerk zu der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit übertragbar ist.
  5. 5
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Modul ein integriertes optoelektrisches Halbleiterbauelement vorhanden ist, zumindest bestehend aus einem Halbleitersubstrat, vorzugsweise einem III-V-Halbleitersubstrat, mit - einer integrierten zentralen optischen Signalführung zur Ankopplung an ein Lichtwellenleiter des Strahlformungs-Netzwerkes, - einen an die zentrale optische Signalführung angekoppelten optischen Richtkoppler, - einem ersten Zweig, zumindest bestehend aus einem optoelektrischem Wandler, einem nachgeschaltetem elektrischen Anpaßnetzwerk sowie einem diesem nachgeschalteten rauscharmen Verstärker (LNA) und - einem zweiten Zweig, zumindest bestehend aus einem elektrooptischen Wandler sowie einem diesem nachgeschaltem elektrischem Anpaßnetzwerk.
  6. 6
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Module, vorzugsweise vier, zu einer Modulgruppe zusammengefaßt sind und daß in dem Strahlformungs-Netzwerk ein an die Anzahl der Module der Modulgruppe angepaßter optischer Teiler vorhanden ist.
  7. 7
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem optischen Teiler die Anzahl der optischen Abzweigungen größer ist als die Anzahl der an diesen Teiler angekoppelten Module und daß eine dieser zusätzlichen Abzweigungen für elektrooptische und/oder optoelektrische Testvorgänge vorgesehen ist.
  8. 8
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem Modul ein aus passiven elektrischen Bauelementen aufgebauter elektrischer Diplexer vorhanden ist, in welchem die im Zeitmultiplex anliegenden Sende- und LO-Oszillatorsignale in getrennte elektrische Zweige aufspaltbar sind.
  9. 9
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß mehrere räumlich getrennte Antennenanordnungen, die jeweils aus mehreren Modulen und/oder Modulgruppen bestehen, vorhanden sind und - daß die getrennten Anordnungen über zugehörige optische Teiler an das optische Strahlformungs-Netzwerk angeschlossen sind.
  10. 10
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlerelemente, deren zeilen- oder matrixförmige Anordnung sowie die Module sowie deren zeilen- oder matrixförmige Anordnung auf eine elektromagnetische Strahlung im Millimeterwellen- oder Mikrometerwellen-Bereich abgestimmt sind.
  11. 11
    Gruppenantenne nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - daß das Strahlformungs-Netzwerk mindestens eine optishe Verzweigung in Form einer Stern- oder Baumstruktur enthält, - daß das Strahlformungs-Netzwerk für einen optisch bidirektionalen Zeitmultiplexbetrieb ausgelegt ist und - daß in der zentralen Steuer- und Auswerteeinheit ein optischer Isolator vorhanden ist zur optischen Trennung der ausgesandten und empfangenen optischen Signale.
Independent claims11