基于微波光子技术的构架和路线探讨 （五）
多数微波光子滤波器的原理是基于线性系统的数字信号处理理论，输出微波信号
可以表示为每一路经过延时 T 的输入微波信号
的叠加，满足如式(3)
其中， N 为抽头数(采样数),
为抽头系数。
为系统的冲击响应，其可视为 1 个离散时间信号，对其进行离散时间傅里叶变换可得此类微波光子滤波器的传输函数如式(5)
由式(5)可知，基于光纤延时线的微波光子滤波器的滤波特性具有周期性，从而限制了所处理微波信号的带宽，并可能导致频谱的重叠。为了得到单通带的滤波特性，人们提出了基于光滤波的微波光子滤波器。基于光滤波的微波光子滤波器通过在光域上对信号进行选频，具有灵活的可调谐性和可重构性。对于这一类型的微波光子滤波器，光滤波的性能对滤波器的频率响应具有决定性影响。需要注意的是，品质因数与滤波器带宽成反比，也即为了获得精细调控，需要光滤波器具备极高的品质因数。遗憾的是，目前此类微波光子滤波器仍鲜见报道。此外，在光域中，微波光子滤波器的设计还需要考虑在输入光功率过大情况下引入的非线性效应，例如自相位调制、交叉相位调制、四波混频、受激布里渊散射等等。综上，高精细、高可靠、宽带可调谐的微波光子滤波仍需持续攻关。
为了突破模数转换(ADC)器件性能的限制而获得更高的采样率和分辨率，基于并行方式的技术(诸如时基交替模数转换)技术已经成为一种提升实时采样率的非常有效且可行的方法，进而被广泛应用在实时获取非周期信号波形中。微波光子模数转换技术与该方法的思想是基本相同的。同时，微波光子模数转换可以获得比电子设备更精确的采样脉冲重复频率，有效克服所有电子 ADC 的抖动限制，进而显著提高 ADC 的采样率和分辨率。然而必须清楚地认识到，超高速采样系统还需要在并行采样技术、系统并行构架、失配误差校正、多器件并行数据同步和并行出发定位等方面开展深入的研究工作。
(4) 分布式环境下微波光波协同与可重构组网。
在应对大带宽、大阵列、分布式、多传感应用的情况下，基于微波光子技术的网络架构需要建立以感知环境和协同调配频率、幅度、相位和空间分布为基础的模型，从理论上指导网络架构的设计：需要定义中心站和天线节点的功能，优化网络的拓扑结构，以及均衡微波链路的增益、噪声、动态范围等；需要不断完善采用微波光子的频率切换和基于微波光子的射频信号幅相控制方法与协议，最终获得尽可能高的网络容量和尽可能低的能量消耗。
(5) 环境适应性及成本的挑战。
当前限制微波光子相关技术在相控阵雷达中应用的一个关键瓶颈在于微波光子相关的链路系统对环境因素比较敏感，集中表现在微波光子链路的传输媒质(特别是光纤)受温度、振动、张力等环境因素变化作用时，其承载的射频信号的相位会发生剧烈变化。从而影响整个相控阵系统的相参性能。首先来看温度变化的影响：忽略光纤折射率的变化，射频信号在长度为
的光纤中传播时，由于外界温度变化
引起的相位变化
可表示为
其中，
为射频信号的频率，
为光纤折射率，L 为光纤长度， K 为光纤相位长度相对温度变化的典型系数
, c 为光在真空中的传播速度。对于一个 L 波段地基相控阵雷达
,阵面规模 50 m ( L=25m)，选用 SMF-28 光纤
传输，当阵面因功率失配等原因导致局部发热引起温度变化
时，相应的相位变化量可达 17.2°。
由于阵面形变等因素引起的光纤长度变化也会引入相位变化，可用公式表示为
对于某星载 X 频段
阵面来说，当因阵面形变导致光纤等效长度发生 1 mm 微小变化时，其传输的相位变化将达到 18°。
通过上面的分析可见，由于光纤对于温度及振动的敏感性，微波光子相控阵在应用射频光传输链路时其相参性能受到了一定程度的挑战。尤其要强调的是，由于阵面展开及工作时，形变和局部温度骤变的不可预知性，由此带来的射频光传输相位变化的不确定性无疑给整个相控阵阵面的相位补偿带来了极大的困难。因此，射频稳相光传输技术是微波光子相控阵走向工程化应用亟待解决的关键问题。
另一方面，随着相控阵集成度的提高，天线阵面变得越来越紧凑，功能也越来越丰富，这对天线阵面相关组件的布局提出了极大的挑战。分立的光电器件已难以满足小型化、通用化的需求。因此，为了应对未来武器装备及信息系统发展的重大挑战，采用光电混合集成技术的相控阵阵面才应是未来微波光子相控阵应有的形态。微波光子器件与数字光通信中广泛采用的光器件、光模块不同，在尚未形成标准化、批量化生产的今天，更多的射频光模块均为定制产品，成本较昂贵，限制了其应用场景。据 Intel 统计，光电子集成器件总体成本中，芯片设计、封装和测试各占 1/3。因此，为了降低集成器件成本，必须在芯片设计初期就开始考虑耦合、微波封装的方式，从而将光电子芯片的性能充分发挥出来，将封装寄生参数的影响降到最低。此外，为了降低阵面复杂度及系统运维成本，支持热插拔的小型化光收发模块一体化设计也势在必行，这也给封装带来了挑战。
