Optical True Time-Delay for Planar Phased Array Antennas Composed of a FBG Prism and a Fiber Delay Lines Matrix

In this paper, we proposed an optical true time-delay (TTD) for planar phased array antennas (PAAs), which is composed of a wavelength-dependent optical true time delay (WDOTTD) followed by a wavelength-independent optical true time delay (WIOTTD). The WDOTTD is a fiber Bragg gratings (FBGs) Prism and the WDOTTD is a fiber delay-lines matrix of which each component consists of a certain length of fiber connected to cross-ports of a 2${\times}$2 MEMS switch. A 10-GHz 2-bit${\times}$4-bit two-dimensional optical TTD has been fabricated by cascading a WDOTTD with a maximum time delay of 810 ps to a WIOTTD of $\pm$50 ps. Time delay and insertion loss for each radiation angle have been measured. Time delay error for the WIOTTD has been measured to be less than $\pm$1 ps. We have also designed a two-dimensional 10-GHz PAA composed of 8${\times}$8 microstrip patch antenna elements driven by the proposed TTD. The radiation patterns of this PAA have been obtained by simulation and analyzed.

FBG 프리즘과 광섬유 지연선로 행렬을 이용한 평면 위상 배열 안테나용 광 실시간 지연선로

본 논문에서는 FBG 프리즘을 이용한 파장 의존형 광 실시간 지연선로(wavelength-dependent optical true time-delay; WDOTTD) 와 2${\times}$2 광 스위치의 크로스 포트에 각기 다른 길이의 광섬유 지연선로를 연결한 광섬유 지연선로 행렬인 파장 비의존형 광 실시간 지연선로(wavelength-independent optical true time-delay; WIOTTD)로 구성된 평면 위상 배열 안테나용 OTTD 구조를 제안하였다. 최대 시간 지연 차이가 810 ps인 WDOTTD와 $\pm$50 ps인 WIOTTD를 직렬 연결하여 10-GHz, 2비트${\times}$4비트 2차원 OTTD를 제작하였고, 모든 주사각에 대해서 시간지연과 삽입손실을 측정하였다. 광섬유 지연선로 행렬을 이용한 4-비트 WIOTTD의 시간 지연 측정오차는 $\pm$1 ps이하로 나타났다. 또한, 제안된 광 TTD의 성능을 분석하기 위하여, 8${\times}$8 마이크로스트립 안테나 소자들로 구성된 10-GHz 평면 PAA의 방사 패턴을 시뮬레이션으로 측정하고 분석하였다.