［胥志毅 王查散 陳原］

1 引言

隨著電子技術(shù)及工藝水平的不斷提高，雷達(dá)電子設(shè)備已向小型化、輕量化、輕薄化、高集成化和多功能化方向發(fā)展，超寬帶、超高速、超容量的信息傳輸及交換對(duì)雷達(dá)各系統(tǒng)之間的互聯(lián)速率、帶寬和密度提出了更高的要求，寬帶數(shù)字陣列雷達(dá)中的單通道傳輸速率已從10 Gbit/s向25 Gbit/s發(fā)展，大規(guī)模陣列的下行采樣數(shù)據(jù)多達(dá)數(shù)百Tbit?！半娮犹幚硇畔?，光子傳輸信息”，是目前雷達(dá)技術(shù)重要發(fā)展方向之一，用光互連技術(shù)代替電互連技術(shù)實(shí)現(xiàn)各功能單元之間的信息傳遞，突破信息傳輸?shù)募夹g(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)高速率、高密度、大帶寬信息傳輸[1]。

相對(duì)于電互連技術(shù)，光互連技術(shù)具有高帶寬、低能耗、抗電磁干擾（EMI）等無可比擬的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的基于電子載體的平臺(tái)相比，光子信息載體的處理速度和傳輸帶寬可提高3個(gè)數(shù)量級(jí)，所以光互連技術(shù)不僅成為了寬帶通信、超級(jí)計(jì)算、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于雷達(dá)電子領(lǐng)域。光互連技術(shù)已貫穿于雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈路的分系統(tǒng)互連、模塊間互連、芯片間互連，以及未來處理芯片的片內(nèi)核間高數(shù)據(jù)帶寬低功耗交換互連等各個(gè)層次。

按傳輸介質(zhì)，光互連分為自由空間光互連、光纖互連和光波導(dǎo)互連。自由空間光互聯(lián)是指光信號(hào)從光源發(fā)出后在自由空間中傳播，經(jīng)過一些光學(xué)器件，如透鏡、反射鏡等控制光束和改變光路后，到達(dá)接收端的互聯(lián)方式；光纖互聯(lián)是以光纖作為傳輸介質(zhì)，基于光纖自身的優(yōu)點(diǎn)及技術(shù)成熟度，光纖互聯(lián)得到了廣泛而深入的研究；光波導(dǎo)互聯(lián)是采用光學(xué)波導(dǎo)作為光束(光信號(hào)) 傳輸介質(zhì)，具有良好的電學(xué)與機(jī)械特性，便于集成各種光電器件，實(shí)現(xiàn)層積化光電互連。

未來雷達(dá)系統(tǒng)中既有反導(dǎo)預(yù)警的巨型陣列，也有輕量化小型化的彈載、機(jī)載設(shè)備，既有大空間、多孔徑的分布式網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)，也有全空域立體結(jié)構(gòu)的平臺(tái)化系統(tǒng)，因此需要在雷達(dá)的不同層級(jí)上，針對(duì)上述三種光互連技術(shù)開展深入研究，以滿足雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)高速度、低功耗、大帶寬、高集成和高可靠的互連要求。

2 光纖互連技術(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于光纖互連的光纖傳輸系統(tǒng)目前是雷達(dá)系統(tǒng)中的主要傳輸網(wǎng)絡(luò)，適用于板間、設(shè)備間互連，以及系統(tǒng)長距離連接。尤其是隨著相控陣?yán)走_(dá)、數(shù)字陣列雷達(dá)逐步成熟，光纖傳輸承擔(dān)了高精度的定時(shí)同步、分布式陣面控制、高速海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎匾蝿?wù)。隨著雷達(dá)向大寬帶、多功能和一體化方向發(fā)展，光纖傳輸不僅需要承載更高速率的數(shù)字信號(hào)，還需要承載更高頻率的射頻信號(hào)，將其延伸到雷達(dá)系統(tǒng)的每一個(gè)角落。

典型的雷達(dá)由綜合射頻前端、信息處理平臺(tái)、高速傳輸單元（綜合射頻前端與信息處理平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)和控制指令傳輸）組成。下面針對(duì)這三個(gè)部分討論光互連技術(shù)的具體應(yīng)用。

2.1 綜合射頻前端的一體化光互連技術(shù)

隨著向多功能一體化的發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)成為共用的電子平臺(tái)，其中，基于綜合射頻前端的有源陣面是實(shí)現(xiàn)探干偵通一體化的關(guān)鍵，將綜合孔徑系統(tǒng)和數(shù)字陣列體制有機(jī)結(jié)合起來，將具有非常強(qiáng)大的競爭力。整個(gè)陣面系統(tǒng)由“數(shù)字化高集成有源陣面+陣面綜合網(wǎng)絡(luò)”構(gòu)成，而有源陣面的核心部件是積木化數(shù)字收發(fā)模塊，通過基于光纖的綜合網(wǎng)絡(luò)將這些模塊進(jìn)行互連。

從雷達(dá)信號(hào)特點(diǎn)看，陣面綜合網(wǎng)絡(luò)的多功能、大帶寬、網(wǎng)絡(luò)化是趨勢，這種采用光電轉(zhuǎn)換、波分復(fù)用、光放大功分等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的互連方式不僅極大地簡化了系統(tǒng)架構(gòu)，而且在抗干擾和穩(wěn)定性方面都具有不可比擬的優(yōu)勢。一體化的光纖傳輸將成為數(shù)字陣列雷達(dá)的主要傳輸網(wǎng)絡(luò)。典型一體化光纖傳輸鏈路如圖1所示。

圖1 典型一體化光纖傳輸鏈路

為了滿足陣面光纖小型化的傳輸需求，一體化光模塊依托光學(xué)集成、高頻電路、混合電路集成，利用半導(dǎo)體光放大器（SOA，Semi-conductor Optical Amplifier）實(shí)現(xiàn)全光信號(hào)處理；通過陣列波導(dǎo)光柵（AWG，Array Wavoguide Grating）芯片實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用；采用混合集成電路設(shè)計(jì)，COB（Chip On Board）工藝，確保產(chǎn)品的小體積，并且保證電串?dāng)_滿足使用要求。

另外，基于光纖的射頻信號(hào)傳輸應(yīng)用中，需要關(guān)注多路通道的幅相一致性。其幅度穩(wěn)定性在實(shí)際系統(tǒng)中通過成熟的控制技術(shù)可以得到很好的解決，而相位的一致性必須在系統(tǒng)內(nèi)使用相位漂移測量技術(shù)和時(shí)延補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)，譬如采取負(fù)反饋穩(wěn)相控制系統(tǒng)，以減小或消除這種相位漂移對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的影響。

2.2 信息處理平臺(tái)的并行光互連技術(shù)

雷達(dá)信息處理平臺(tái)主要包括DBF（Digital Beam Forming，數(shù)字波束形成）、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分，具備高速路由、并行計(jì)算和存儲(chǔ)功能。從陣面下行的數(shù)字陣列通道數(shù)量大，數(shù)以萬計(jì)，處理帶寬高達(dá)幾百兆，整部雷達(dá)孔徑波束數(shù)量可高達(dá)上百個(gè)，對(duì)于多通道寬帶數(shù)據(jù)，高達(dá)上萬兆的超高數(shù)據(jù)吞吐率對(duì)信息處理平臺(tái)系統(tǒng)的多通道、高帶寬的超高數(shù)據(jù)吞吐能力提出了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。

基于COBO（Consortium for On-Board Optics）技術(shù)的板上或嵌入式光模塊是信息處理平臺(tái)高速并行光互連未來發(fā)展的方向，是能夠滿足Tb級(jí)寬帶需求的低功耗、低成本、微型化的互連解決方法。其中，并行光模塊作為并行光互連的核心器件，選型的原則首先是遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，借鑒商用先進(jìn)成熟技術(shù)，同時(shí)，要滿足雷達(dá)整機(jī)環(huán)境要求（如寬溫度工作范圍、貯存溫度范圍、工作壽命、穩(wěn)態(tài)濕熱、機(jī)械振動(dòng)及沖擊）。典型并行光模塊分為4通道、12通道、24通道三種類型，單通道傳輸速率高達(dá)10 Gbit/s，通常采用850 nm波長垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL，Vertical-cavity Surface-emitter laser）和PD（Photo Detector）陣列，具有低成本和低功耗的優(yōu)勢，容易實(shí)現(xiàn)電信號(hào)和光信號(hào)的速率匹配，接口封裝上多采用基于焊接的LCC（Leadless Chip Carriers）形式或SNAP12等嵌入式。

為滿足信息處理平臺(tái)更高速率、更高密度的光纖互連要求，光模塊向智能化、小型化方向發(fā)展，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：

（1）數(shù)字診斷功能：通過支持?jǐn)?shù)字監(jiān)測和診斷功能的SFF-8472協(xié)議，對(duì)并行光模塊內(nèi)部的五個(gè)工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷，包括發(fā)射光功率、接收光功率、偏置電流、電壓和溫度信息。該協(xié)議為光模塊和信息處理平臺(tái)的故障監(jiān)測和預(yù)警提供了便利，大大簡化了系統(tǒng)維護(hù)工作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（2）基于板載光學(xué)：把光模塊從面板移到板卡上去，使光模塊靠近電子芯片，從而實(shí)現(xiàn)更短的銅質(zhì)板走線、更佳的信號(hào)完整性以及更低的功耗，光模塊通過表面貼裝電子球柵陣列封裝（BGA，Ball Grid Array）/觸點(diǎn)陣列封裝（LGA，Land Grid Array）插槽連接到板卡，再借助光學(xué)連接器系統(tǒng)連接至前面板的高密度帶狀光纖組件來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。基于板載光模塊設(shè)計(jì)技術(shù)增加了輸入端口密度，減少了印刷板結(jié)構(gòu)空間，降低了印刷板銅線損耗，同時(shí)每通道傳輸速率高達(dá)25 Gbit/s，能夠滿足未來綜合處理平臺(tái)的高速互連需求[2]。國外推出的一平方英寸大小板載收發(fā)器，擁有12個(gè)發(fā)送通道及12個(gè)接收通道，每通道都能以25 Gbit/s的速度傳輸100 m，總吞吐量達(dá)300 Gbit/s。

圖2 光模塊貼裝示意圖

2.3 基于光端機(jī)的波分復(fù)用技術(shù)

光端機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，而在雷達(dá)系統(tǒng)中，通常用于天線陣面和電子設(shè)備方艙之間的信號(hào)傳輸，可通過波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖互連，實(shí)現(xiàn)分布式拉遠(yuǎn)或動(dòng)態(tài)信號(hào)傳輸。作為雷達(dá)系統(tǒng)中最核心的傳輸樞紐，光端機(jī)的需求主要包括：

（1）多業(yè)務(wù)功能：可以傳輸視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、射頻信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、電話語音信號(hào)、開關(guān)量信號(hào)等，其中既有低速信號(hào)，也有高速數(shù)據(jù)；

（2）模塊化：包含多種業(yè)務(wù)模塊，能夠根據(jù)不同的傳輸需求靈活配置不同的板卡，降低定制產(chǎn)品的成本，可以大大縮短研發(fā)周期。采用機(jī)架式設(shè)計(jì)，支持熱插拔功能，當(dāng)設(shè)備現(xiàn)場出現(xiàn)問題后能及時(shí)定位問題，能及時(shí)便捷的更換相應(yīng)板卡，保證業(yè)務(wù)能在最短的時(shí)間內(nèi)回復(fù)，減小維護(hù)人員的工作量，降低維護(hù)成本；

（3）高可靠，智能化：提高設(shè)備高低溫極限電壓啟動(dòng)及長時(shí)間工作能力；為進(jìn)一步提高設(shè)備的穩(wěn)定性，應(yīng)用雙電源及雙光口備份技術(shù)，通過網(wǎng)管監(jiān)控完善系統(tǒng)BITE。

基于模塊化、通用化的光端機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架和插槽式結(jié)構(gòu)，通過總線實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互連，配置靈活，易于擴(kuò)展。機(jī)箱按照標(biāo)準(zhǔn)19英寸3U高度設(shè)計(jì)，業(yè)務(wù)模塊可分為電源模塊、網(wǎng)管模塊、控制信號(hào)模塊、音視頻模塊、射頻信號(hào)模塊、波長轉(zhuǎn)換模塊和波分復(fù)用模塊等，模塊化光傳輸業(yè)務(wù)平臺(tái)模塊示意圖如圖3所示。

圖3 模塊化光傳輸業(yè)務(wù)平臺(tái)模塊示意圖

3 自由空間光互連技術(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用

自由空間光互連技術(shù)，是一種利用激光作為載波，在自由空間（包括地球大氣、外太空、真空以及類似的空間）中實(shí)現(xiàn)無線傳輸信息的技術(shù)。自由空間光互連技術(shù)具有可用頻譜寬、保密性好、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、體積小和傳輸容量大等優(yōu)點(diǎn)，因此在雷達(dá)系統(tǒng)中受到越來越多的關(guān)注和研究。

3.1 分布式雷達(dá)系統(tǒng)的自由空間光互連技術(shù)

多基地雷達(dá)與分布式雷達(dá)是未來雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，可以極大拓展雷達(dá)性能邊界和生存能力，是解決平臺(tái)約束與探測性能矛盾的有效手段。而為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境以及來自各種目標(biāo)的威脅，一種機(jī)會(huì)陣?yán)走_(dá)應(yīng)運(yùn)而生。分布式雷達(dá)將各部件規(guī)則或隨機(jī)的布置在戰(zhàn)場（如飛機(jī)或船舶等各個(gè)開放平臺(tái)上），為了滿足雷達(dá)的高機(jī)動(dòng)性和隱身性，部件之間需采用無線傳輸實(shí)現(xiàn)雷達(dá)內(nèi)部信號(hào)的互連[3]。基于微波的無線傳輸技術(shù)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、距離遠(yuǎn)、可跨視距通信以及可立體組網(wǎng)，但難以滿足大數(shù)據(jù)容量、高實(shí)時(shí)性、高安全保密性的要求。自由空間光互連技術(shù)可最大限度滿足大帶寬通信、多業(yè)務(wù)性、高抗毀性、強(qiáng)保密性、高實(shí)時(shí)性、強(qiáng)機(jī)動(dòng)性、全域全維覆蓋等需求，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

（1）速率高、容量大、頻帶寬

激光通信憑借其帶寬優(yōu)勢，成為未來高速空間通信不可或缺的有效手段，是近年來國內(nèi)國際上的研究熱點(diǎn)。隨著全光器件工藝水平的提高，地面激光通信已經(jīng)得到商業(yè)化，也給雷達(dá)上的工程應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。使用高度集中的光束載體穿透大氣空間，可提供2.5 Gbit/s的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸速率，采用波分復(fù)用技術(shù)后，可提供高達(dá)10 Gbit/s以上的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足雷達(dá)數(shù)字化的高速傳輸需求。

（2）設(shè)備小型化，部署快速靈活

隨著集成光電子器件水平不斷提高，無線激光設(shè)備也逐步小型化，可以嵌入各種雷達(dá)內(nèi)部傳輸節(jié)點(diǎn)，不但架設(shè)靈活便捷，無需布設(shè)線纜，也滿足雷達(dá)單元分布的隨機(jī)性要求。

（3）傳輸信道適應(yīng)性好

無線激光通信以光為載波，采用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以承載多種傳輸協(xié)議，支持常用的數(shù)據(jù)信號(hào)、音視頻模擬信號(hào)和射頻信號(hào)等，非常適合用于雷達(dá)分系統(tǒng)內(nèi)部各種信號(hào)的傳輸，另一方面，無線激光通信傳輸信道一般采用紅外波段，具有良好的安全性、保密性和抗干擾性。

圖4 基于無線激光通信的雷達(dá)傳輸網(wǎng)絡(luò)示意圖

自由空間光互連系統(tǒng)的基本組成與光纖通信系統(tǒng)大體相同，區(qū)別僅在于信息傳輸?shù)慕橘|(zhì)由光纖變成空間大氣，并增加了收、發(fā)光學(xué)天線系統(tǒng)及捕獲、追蹤和瞄準(zhǔn)（ATP）伺服控制系統(tǒng)，用以克服大氣效應(yīng)的影響和光束精確對(duì)準(zhǔn)。大氣對(duì)傳輸鏈路的影響主要包含光束能量衰減和光束漂移等，由于激光光束較窄且為不可見的近紅外波段，從而影響光束對(duì)準(zhǔn)精確。目前解決方法和技術(shù)主要包含自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、部分相干光技術(shù)、光復(fù)用技術(shù)、編碼技術(shù)、大口徑接收結(jié)合多孔徑發(fā)射技術(shù)、光束寬度調(diào)節(jié)方法和快速傾斜鏡補(bǔ)償光束偏移角技術(shù)等，此類技術(shù)主要通過提高接收端光功率來提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和傳輸速率。

3.2 基于板載光學(xué)的甚短距離無線傳輸

板載光學(xué)無線互連是指利用各種折射、反射、透射元件和全息光學(xué)元件改變光在自由空間中的傳輸方向，最終實(shí)現(xiàn)電子組件之間的光學(xué)連接，適用于芯片級(jí)、板級(jí)的甚短距離無線傳輸，具有互聯(lián)密度高的優(yōu)點(diǎn)，可以滿足彈載、機(jī)載或星載雷達(dá)的小型化、輕量化需求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，基板采用的是更適合高頻電路設(shè)計(jì)的低溫共燒陶瓷（LTCC，Low Temperature Cofired Ceramic）材料，板載光學(xué)無線互連的實(shí)現(xiàn)電路由發(fā)射和接收兩部分組成。如圖5所示，其中光學(xué)介質(zhì)是自由空間。光互連的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是由激光發(fā)射部分和激光接收部分組成，首先是電信號(hào)通過激光驅(qū)動(dòng)器，然后由激光二極發(fā)出激光，其經(jīng)過自由空間傳播后到達(dá)接收部分的光電探測器，然后通過一系列放大器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

圖5 板載光學(xué)無線互連實(shí)現(xiàn)電路示意圖

板載無線光互聯(lián)模塊的激光器多采用波長為850 nm的VCSEL多模激光器，光束發(fā)散全角約為25°，可以降低安裝或者封裝時(shí)的對(duì)準(zhǔn)精度。對(duì)端接收互聯(lián)模塊的接收探測器可采用Si-APD探測器，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。板間無線光互聯(lián)模塊可以實(shí)現(xiàn)2.5 Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，同時(shí)向下兼容1.25 Gbit/s、155 Mbit/s和8 Mbit/s的傳輸速率，既可實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)微小空間內(nèi)控制指令的傳輸，也能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸。

4 光波導(dǎo)互連技術(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用

光波導(dǎo)互連采用光波導(dǎo)作為光信號(hào)的傳輸介質(zhì)，光束被束縛在光波導(dǎo)內(nèi)，完全由傳輸介質(zhì)定義其傳輸路徑和方向，由于光波導(dǎo)傳輸具有損耗低、帶寬高、容量大、抗電磁干擾強(qiáng)、互連密度高和具有光信號(hào)獨(dú)立傳播不受干擾等優(yōu)點(diǎn)，可以將光波導(dǎo)引入到印制板中，即在普通印制板上制備一層光波導(dǎo)層或者在印制板中將光波導(dǎo)作為一個(gè)夾層嵌入，從而實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的高帶寬傳輸，能夠有效解決傳統(tǒng)電互連所遇到容量提升困難的瓶頸，因此，光波導(dǎo)互連背板技術(shù)將成為未來互連系統(tǒng)性能提升的核心增長點(diǎn)[4]。目前應(yīng)用于光互連層中光波導(dǎo)的材料主要是玻璃和聚合物，玻璃具有高透明度、低成本、抗溫抗壓等優(yōu)勢，而聚合物材料具有良好的光電特性和工藝兼容性，可在現(xiàn)有的印制板制造技術(shù)和表面組裝技術(shù)基礎(chǔ)上通過改進(jìn)工藝和參數(shù)實(shí)現(xiàn)光波導(dǎo)的低成本制作與組裝。無論采取哪種傳輸介質(zhì)，光波導(dǎo)互連背板都是一種以電執(zhí)行運(yùn)算，以光傳遞信號(hào)的新一代高速封裝基板，不僅繼承了光互連的低能耗、高帶寬等優(yōu)點(diǎn)，而且兼容了傳統(tǒng)電路板的小尺寸設(shè)計(jì)、加工能力，真正做到了一體化集成設(shè)計(jì)，適用于芯片內(nèi)、芯片間和印制板級(jí)的光互連，有望在未來寬帶通信、超級(jí)計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而在雷達(dá)系統(tǒng)中，信號(hào)處理的高速交換平臺(tái)及陣面綜合網(wǎng)絡(luò)均采用背板形式，由傳統(tǒng)多層板技術(shù)發(fā)展為普通HDI（High Density Interconnector）技術(shù)，目前正往任意層互連HDI方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)、控制信號(hào)、高速光電信號(hào)的互連傳輸。其研究的核心是在印制板中植入光波導(dǎo)，設(shè)計(jì)耦合方案，并利用器件貼裝和封裝技術(shù)將光組件、光連接器和光波導(dǎo)進(jìn)行集成，形成高速高集成互連背板。

4.1 信號(hào)處理系統(tǒng)的光波導(dǎo)背板技術(shù)

為滿足新一代雷達(dá)在復(fù)雜電磁環(huán)境下具備探干偵通一體化能力，信號(hào)處理系統(tǒng)需大幅度提升在并行處理、大容量存儲(chǔ)和大帶寬數(shù)據(jù)交換等方面的性能，其中背板是信號(hào)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模塊間互連的橋梁，由于互連密度和傳輸速率越來越高，導(dǎo)致集成了光波導(dǎo)的光背板成為信號(hào)處理系統(tǒng)互連領(lǐng)域的發(fā)展方向?；诠獠▽?dǎo)背板的信號(hào)處理互連系統(tǒng)由業(yè)務(wù)板卡和背板組成。業(yè)務(wù)板卡上集成芯片、光收發(fā)器件及光連接器，背板上集成光波導(dǎo)，用于業(yè)務(wù)板卡之間的互連。業(yè)務(wù)板卡和背板之間通過垂直耦合的高密度MT光纖適配器進(jìn)行互連，設(shè)計(jì)簡單、可靠、高耦合效率的光背板連接器是研發(fā)的重點(diǎn)，其中具有垂直轉(zhuǎn)向功能的光連接器技術(shù)是重中之重。因此，下一步研發(fā)應(yīng)集中在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化方面，以滿足不同鏈路結(jié)構(gòu)的光背板互連應(yīng)用要求。

隨著電集成技術(shù)、光集成技術(shù)的迅速發(fā)展，未來雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)將成為集成高速光交換、光儲(chǔ)存和光運(yùn)算的多功能、智能化系統(tǒng)，可充分滿足雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大容量匯聚、高速解算、靈活調(diào)度，以及對(duì)設(shè)備節(jié)能減排的需求。光背板應(yīng)呈現(xiàn)為光電混合集成交叉平臺(tái)，有效解決傳統(tǒng)背板容量受限于電路板層數(shù)、走線密度及高速光信號(hào)傳輸損耗的問題，采用光電一體化交叉和高可靠性系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大容量電交叉、光交叉以及雷達(dá)處理重構(gòu)功能，采用先進(jìn)制程芯片、光技術(shù)和全光交換技術(shù)，大幅降低整機(jī)功耗，同時(shí)有效解決風(fēng)道散熱，綠色節(jié)能。

4.2 陣面光波導(dǎo)綜合背板

在雷達(dá)系統(tǒng)中，天線輻射、饋電及電路一體化設(shè)計(jì)是有源陣面輕型化、一體化和共形化的關(guān)鍵技術(shù)，而綜合網(wǎng)絡(luò)集成化、層積化、模塊化、共形化、互連快速化是發(fā)展趨勢。隨著相控陣?yán)走_(dá)數(shù)字化和微系統(tǒng)化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字、射頻、光電、集成封裝等技術(shù)正在走向多領(lǐng)域?qū)I(yè)交叉融合，核心功能模塊可采用基板互連的微系統(tǒng)集成架構(gòu)。該系統(tǒng)架構(gòu)首先將多功能芯片封裝成若干個(gè)SIP（System In a Package）功能單元，再將這些功能單元集成到板級(jí)系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)板間互連，可采用高集成綜合背板技術(shù)，不僅將各種封裝SIP器件、集成IC芯片、甚至芯片化組件等集成到背板上，并且將光波導(dǎo)直接嵌入背板中，實(shí)現(xiàn)光路上的高速傳輸和分路。綜合背板可以將射頻網(wǎng)絡(luò)、光網(wǎng)絡(luò)和電源網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，通過微波板、光波導(dǎo)和環(huán)氧板混壓多層板的形式真正實(shí)現(xiàn)雷達(dá)陣面的輕薄化、小型化、一體化。

圖6 綜合背板互連示意圖

綜合背板中的微波電路主要實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的分配或合成，電源電路主要用大片銅層實(shí)現(xiàn)電流的分配傳輸，互連轉(zhuǎn)接層的電路主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的收發(fā)分路、濾波等功能，光波導(dǎo)上可以設(shè)計(jì)交叉、分束、彎曲等各類形狀，從而實(shí)現(xiàn)傳輸、分波、耦合等不同功能。相比于光纖互連，基于光波導(dǎo)的分束器、復(fù)用器、解復(fù)用器、光開關(guān)、光調(diào)制器、光放大器及集成光路更易于和其它光波導(dǎo)器件結(jié)合以構(gòu)成陣面一體化全光網(wǎng)絡(luò)。

5 結(jié)束語

近年來，光互連技術(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)中得到了大量的工程應(yīng)用，而隨著硅基光子學(xué)的不斷成熟，片上光互連技術(shù)正朝著更短傳輸距離、更大帶寬和更高集成度的方向發(fā)展，光子技術(shù)與雷達(dá)的聯(lián)系將更加緊密，光子技術(shù)已逐步取代功率組件之后所有模擬電路部分。同時(shí)芯片技術(shù)、3D封裝等在微納尺度上基于新理念與新工藝的逐步發(fā)展，功能模塊或子系統(tǒng)集成度越來越高，雷達(dá)也將微系統(tǒng)化。由于硅基光子技術(shù)與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）工藝有很好的兼容性，使得光互連系統(tǒng)的互連密度和成本效益大大提高而且子系統(tǒng)的高集成度可為整體光互連提供更高的穩(wěn)定性和更低的功耗。采用全光交換的光互連技術(shù)直接在光域完成光信道間信息的交換，先進(jìn)的光電子器件、集成光學(xué)器件將逐步取代純電子器件，出現(xiàn)在雷達(dá)的信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)處理、轉(zhuǎn)換以及信號(hào)傳輸與分配等各個(gè)層面，促使雷達(dá)性能產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，同時(shí)為解決雷達(dá)系統(tǒng)研制中現(xiàn)存的許多重大難題提供可行的技術(shù)方案，解決寬帶雷達(dá)的瓶頸問題。由此可見，硅基光互連成為未來雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，光子技術(shù)在雷達(dá)中的應(yīng)用其前景是十分廣闊的，為未來的雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)帶來根本性的變革，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和軍事價(jià)值是不可估量的。