將光學(xué)技術(shù)引入的光學(xué)真延時(shí)相控陣?yán)走_(dá)便能夠解決上述問(wèn)題，滿足寬帶寬的要求。由于相移是正比于頻率的，頻率不同相移也不同，二者的關(guān)系可以表示為

此相移可以通過(guò)時(shí)間延遲τ來(lái)實(shí)現(xiàn)：

可以看出，由于相移正比于頻率，在各個(gè)單元間用延時(shí)來(lái)取代相移，每個(gè)頻率分量都將在同一方向射出，這種方法就稱(chēng)為真延時(shí)(TTD)^[4]。采用這種方法，能更好地應(yīng)用于寬帶信號(hào)處理中，因此TTD是高性能雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)偏斜寬瞬時(shí)帶寬工作的關(guān)鍵。

光控相控陣?yán)走_(dá)的基本工作過(guò)程是：來(lái)自在雷達(dá)頻率下工作的微波發(fā)生器的信號(hào)與來(lái)自激光器的光信號(hào)經(jīng)過(guò)電光調(diào)制器得到調(diào)制光信號(hào)，此調(diào)制信號(hào)被分配到一個(gè)信道陣列；陣列中的每條天線通道分配到一個(gè)調(diào)制光信號(hào)，每個(gè)調(diào)制光信號(hào)在輸出到天線發(fā)射單元之前被延時(shí)、解調(diào)和放大(各調(diào)制光信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的延時(shí)單元得到各不相同的延時(shí)，調(diào)制光信號(hào)之間產(chǎn)生延時(shí)差；那么再經(jīng)過(guò)探測(cè)得到的不同信道的微波信號(hào)之間就產(chǎn)生不同的相移)。如圖4所示為光控相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射單元的基本結(jié)構(gòu)圖。

圖3 　光控相控陣?yán)走_(dá)的基本結(jié)構(gòu)圖

將光學(xué)技術(shù)引入到相控陣天線中帶來(lái)了很多優(yōu)點(diǎn)：以光纖作為傳輸介質(zhì)重量輕、尺寸小、靈活性好、抗電磁干擾(EMI)和電磁脈沖(EMP)能力強(qiáng)、損耗小；解決了電纜饋電帶來(lái)的尺寸和重量的限制以及導(dǎo)電電纜干擾發(fā)射單元輻射方向等問(wèn)題；提高了雷達(dá)性能，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本；并且由于其控向角與微波頻率無(wú)關(guān)而消除了天線方向性斜偏，非常適用于寬帶雷達(dá)。目前主要可以通過(guò)以下幾種方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)真延時(shí)：

(1)光纖延時(shí)線^[5]：其結(jié)構(gòu)是采用光纖作為延時(shí)線，選用數(shù)根不同長(zhǎng)度的光纖，把它們連到光開(kāi)關(guān)或MEMS上，在使用時(shí)根據(jù)要求利用開(kāi)關(guān)選擇合適長(zhǎng)度的光纖，從而得到不同的延時(shí)。此外，也可以將光纖繞在壓電晶柱上，通過(guò)改變電壓的大小來(lái)控制光纖長(zhǎng)度的變化，從而得到不同的延時(shí)。目前常用的光纖延時(shí)線有普通光纖延時(shí)線^[6]和色散光纖延時(shí)線^[7]。光纖延時(shí)線具有時(shí)間帶寬積大、被延時(shí)的信號(hào)頻率高、線性好、損耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是延時(shí)難以調(diào)節(jié)。

(2)自由空間段光學(xué)延時(shí)^[8]：其原理與光纖延時(shí)線的情況相同，只是用不同長(zhǎng)度的自由空間段來(lái)取代光纖。調(diào)節(jié)自由空間段的長(zhǎng)度就可以得到不同的延時(shí)，從而產(chǎn)生相移實(shí)現(xiàn)波束掃描。其缺點(diǎn)是元件多裝置復(fù)雜。

(3)聲光技術(shù)延時(shí)^[9]：其實(shí)質(zhì)是通過(guò)一個(gè)空間光調(diào)制器改變光程，用光學(xué)外差的方法將光信號(hào)的相位延遲轉(zhuǎn)移到微波信號(hào)中，從而實(shí)現(xiàn)延遲。但是此方法由于是自由空間傳播易受干擾，機(jī)械調(diào)制反射鏡使得調(diào)節(jié)精度較低。

(4)平面波導(dǎo)技術(shù)光學(xué)延時(shí)^[10]：利用波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)延時(shí)其實(shí)質(zhì)就是當(dāng)光在波導(dǎo)中傳播時(shí)，通過(guò)選取不同的光程來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)。這項(xiàng)技術(shù)需要很高的波導(dǎo)制作工藝水平。

(5)光纖光柵光學(xué)延時(shí)：利用短周期光纖光柵的反射特性得到不同的延時(shí)。光纖光柵憑借其優(yōu)良的選頻特性及可調(diào)諧特性在在各種光學(xué)真延時(shí)方法中占據(jù)著重要的地位。通常可以采用光纖布拉格光柵^[11]和啁啾光柵^[12]。優(yōu)點(diǎn)是成本低且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活。其難點(diǎn)技術(shù)是光柵在光纖中的位置的精確控制以及各種不同啁啾率的光纖光柵的制作。

從上個(gè)世紀(jì)80年代到90年代中期，國(guó)際上光控相控陣研究的主要方向是采用光纖延時(shí)線以及聲光技術(shù)、波導(dǎo)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)延時(shí)：1990年美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室采用基于聲光技術(shù)的光學(xué)外差方法實(shí)現(xiàn)了真延時(shí)，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集成化^[13]；1991年，休斯實(shí)驗(yàn)室提出了一種采用激光二極管作為開(kāi)關(guān)切換光纖延時(shí)線的結(jié)構(gòu)，可以工作于L波段和X波段^[6]；1995年加州大學(xué)的DennisT.K.Tong等人提出了波分復(fù)用技術(shù)與多波長(zhǎng)激光器相結(jié)合的辦法，采用色散光纖作為延時(shí)線^[14]。同年，加利福尼亞大學(xué)的研究人員提出了基于液晶空間光調(diào)制器的光開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，在X波段角精度可達(dá)1.4°^[8]。1994年前后，美國(guó)進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究，證實(shí)了采用光纖光柵光學(xué)延時(shí)的的可行性^[15]。

現(xiàn)今光控相控陣領(lǐng)域的研究依然活躍，美國(guó)、英國(guó)、加拿大、西班牙、法國(guó)、日本、韓國(guó)、新加坡、印度、俄羅斯等等國(guó)家都投入了大量的人力、物力進(jìn)行相控陣?yán)走_(dá)尤其是光控相控陣?yán)走_(dá)的研究，無(wú)論對(duì)已有技術(shù)的改進(jìn)還是對(duì)新技術(shù)的探索都有了新的發(fā)展。目前采用集成光學(xué)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光控相控陣?yán)走_(dá)的方案已經(jīng)被提出來(lái)^[16]，由于其集成度高、體積小、性能好等優(yōu)點(diǎn)更加適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)載、艦載雷達(dá)的要求，可以預(yù)見(jiàn)集成光學(xué)相控陣?yán)走_(dá)必將成為未來(lái)雷達(dá)研究的焦點(diǎn)！

3、結(jié)束語(yǔ)

總之，相控陣?yán)走_(dá)憑借其相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械掃描雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)得到了各國(guó)的青睞并快速發(fā)展，在有的國(guó)家已經(jīng)達(dá)到了實(shí)際應(yīng)用的水平；而光控相控陣?yán)走_(dá)的出現(xiàn)更加適應(yīng)了現(xiàn)代國(guó)際形勢(shì)發(fā)展的需要，解決了一些傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)所不能解決的問(wèn)題，可以預(yù)見(jiàn)不久的將來(lái)將會(huì)有大量的光控相控陣?yán)走_(dá)正式登上國(guó)際軍備競(jìng)爭(zhēng)的舞臺(tái)。