随着光纤光栅在光纤通信领域的不断发展,对带宽、反射率及时延抖动等能反映光纤光栅光学特性的要求也越来越严格。因此对光纤光栅的光学特性进行模拟分析和实验验证,并将其与在光纤通信实际应用相联系的研究变得很有实用价值和意义。随着相控阵雷达和智能天线等技术的发展,其核心技术波束形成网络(OBFNs)得到了广泛的关注,而OBFNS的关键组件为光真时延(OTTD)模块,基于光纤光栅的OTTD模块由于结构简单,且易实现小型化、集成化、实用化等优势而成为研究热点。目前,对基于光纤光栅的OTTD模块的研究大多集中在选取不同的光纤光栅(如均匀光纤光栅、啁啾光纤光栅、取样光纤光栅等)或设计不同的OTTD结构(如均匀与啁啾光纤光栅相结合,光纤与光开关相结合,光纤光栅与光子晶体光纤相结合)等方面,希望能实现更高的工作波长带宽、更小的时延抖动、更大的时延范围、更高的时延精度、更高的反射率、更简单的结构、更好的拓展性等优势。布拉格光纤光栅(FBG)是最常见且结构最简单的光纤光栅,基于FBG的OTTD模块具有无时延抖动、带宽大、易制作等优势,但它能实现的最小时延差通常被认为10ps,适用于最大微波工作频率3GHz的OBFNs中。论文前半部分首先介绍均匀光纤光栅和啁啾光纤光栅的基础和光学特性,如何使用传输矩阵法分析啁啾光纤光栅的时延,并给出基于啁啾光纤光栅的波束形成网络中,啁啾光纤光栅的设计方法,之后着重研究如何改造优化基于光栅棱镜真时延结构的波束形成系统,从传统的结构入手,阐述其原理并指出存在的问题和可以改进的地方,为了实现精确、低时延抖动的真时延模块,提出一种利用布拉格光栅两端入射光载微波并反射的特点,适用于高频率真时延系统的新结构,并通过实验进行了验证。高色散光纤是一类光纤,品种繁多,具有高色散性及稳定性。论文提出一种新型的基于两种真时延模块组成的级联混合波束形成系统,该结构结合了两种真时延模块的优点,使用波长变换器级联,这样两个真时延模块结合起来后,便可以做到大角度扫描和小角度步长。论文的最后介绍了一些成熟的真时延技术,包括基于单个啁啾光纤光栅和宽谱光源,基于啁啾系数可调的啁啾光纤光栅,基于光子晶体光纤和超结构光纤光栅的真时延系统,并指出每种结构的优缺点。