2차원 X-밴드 위상 배열 안테나용 광 실시간 지연선로

Abstract

본 논문에서는 크로스(CROSS) 포트에 광섬유 지연선로가 연결된 <TEX>$2\times2$</TEX> 광 스위치들로 구성된 광섬유 지연선로 행렬과 다파장 광원을 이용한 2차원 위상 배열 안테나(Phased Array Antenna; PAA)용 광 실시간 지연선로(True Time-Delay ; TTD)의 구조를 제안하였고, 파장 의존형 광 TTD와 파장 비의존형 광 TTD를 결합하여 10-GHz 2차원 PAA용 2-비트<TEX>$\times$</TEX>4-비트 광 TTD를 제작하였다. 단위 시간 지연 차이가 각각 <TEX>${\Delta}T=12ps$</TEX>와 <TEX>$\Delta\tau=6ps$</TEX>인 파장 의존형 광 TTD와 파장 비의존형 광 TTD의 모든 주사각에 대해서 시간지연을 측정하였다. 파장 의존형 광 TTD의 시간 지연 오차는 지터에 의해 최대 2.8 ps가 발생하였으며, 파장 비의존형 광 TTD의 경우에는 <TEX>${\pm}0.8ps$</TEX>이하의 오차가 나타났다. 제안된 2차원 PAA용 광 TTD의 구조는 1차원 선형 PAA보다 높은 이득을 얻을 수 있고, 다파장 광원을 사용하므로 광 파워 및 파장의 안정성을 확보할 수 있으며, 전기적 스위치 제어기를 이용하여 <TEX>$2\times2$</TEX> 광 스위치 행렬을 열(column) 단위로 절체하기 때문에 주사 빔 제어 속도가 빠르고 구동이 간단한 장점을 갖고 있다. In this paper, an optical true time-delay (TTD) for two-dimensional (2-D) phased array antennas (PAAs), composed of a multi-wavelength optical source and a fiber optic delay line matrix consisting of <TEX>$2\times2$</TEX> optical switches with optical fiber connected between cross ports, has been proposed. A 2-bit <TEX>$\times4-bit$</TEX> optical TTD for 10-GHz 2-D PAAs has been implemented by cascading a wavelength dependent TTD (WD-TTD) and a wavelength independent TTD (WI-TTD). The unit time delay for WD-TTD and WI-TTD have been chosen as <TEX>${\Delta}T=12ps$</TEX> and <TEX>$\Delta\tau=6ps$</TEX>, respectively. Time delay have been measured at all radiation angles. The maximum delay error for WD-TTD was measured to be 3 ps due to jitter incurred from gain switching. For the case of WI-TTD, error was within <TEX>${\pm}\;1\;ps$</TEX>. The proposed optical TTD for a 2-D PAA has the following advantages: 1) higher gain compared to one-dimensional linear PAAs, 2) stabilization of optical power and wavelength by using a multi-wavelength optical source, and 3) fast beam scan and simple operation due to electronic control of the <TEX>$2\times2$</TEX> optical switches matrix on a column-by-column basis.