Photonic wideband phased array: an optical time steered antenna based on a new true time delay unit

L’attività di ricerca svolta durante il corso di dottorato e descritta dettagliatamente all’interno della tesi è stata diretta al progetto di una innovativa rete ottica di formazione del fascio per antenne a schiera a banda larga esenti dal fenomeno del beam squint. La rete di formazione del fascio proposta è basata sull’utilizzo di un chip ottico integrato modulare che consente di realizzare il True Time Delay implementando switched delay lines. Le caratteristiche del sistema ne consentono l’utilizzo in architetture ad array e a subarray, e la sua modularità rende possibile, in principio, il pilotaggio del sistema radiante, integrando in un unico componente le linee di ritardo di ciascun elemento della schiera. Nella sua prima parte la tesi di dottorato introduce alle antenne ad alte prestazioni richieste dalle moderne applicazioni, focalizzando l’attenzione sui Phased Array, sistemi radianti destinati a svolgere un ruolo di primo piano grazie alla loro flessibilità e potenzialità. Un’analisi ragionata delle soluzioni proposte in letteratura viene, quindi, proposta al fine di evidenziare i principi di funzionamento e le principali problematiche connesse all’implementazione di reti ottiche di formazione del fascio. Inoltre, vengono descritte e discusse le architetture ottiche utilizzate sia per il controllo della fase che per il controllo del ritardo. Successivamente viene presentata la nuova unità ottica integrata di tipo True Time Delay. Le configurazioni di utilizzo del chip ottico studiate e messe a punto durante gli anni del corso di dottorato vengono presentate nel dettaglio, chiarendo le scelte e le strategie di progetto utilizzate in modo da ottimizzare le prestazioni del sistema. Viene presentato il progetto di un prototipo di antenna a schiera basato sul nuovo modulo True Time Delay e un modello accurato dell’intero sistema, implementato allo scopo di verificare il funzionamento dell’antenna e determinarne le prestazioni. Il modello sviluppato tiene in conto delle reali caratteristiche dei dispositivi disponibili in commercio da utilizzarsi all’interno della rete e del sistema radiante, degli inevitabili errori realizzativi relativi a ciascun componente e delle caratteristiche peculiari del nuovo modulo di ritardo. Per compensare gli effetti degli errori suddetti è stata prevista all’interno della rete un’unità di compensazione. Per rendere semplice ed efficace determinarne i parametri è stato sviluppato un algoritmo evolutivo capace di sfruttare al meglio le potenzialità dell’unità così da evitare inutili complessità. Infine, viene proposta una nuova architettura, interamente ottica, di una rete di formazione del fascio per antenne a schiera capaci di irradiare sia fasci somma che fasci differenza beam squint free.