一种零中频的微波光子信道化接收机的装置及方法制造方法及图纸

技术编号:14765320 阅读:1234 留言:0更新日期:2017-03-08 08:47
本发明专利技术公开了一种零中频的微波光子信道化接收机的装置及方法。如附图所示,装置包括激光二极管(LD)、两个本振信号(LO1、LO2)、DP‑QPSK调制器、光带通滤波器(OBPF)、单偏振马曾调制器(MZM)、分路器、窄带OBPF组、偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、平衡探测器(BPD)、多通道ADC。利用DP‑QPSK调制器产生光频梳和正负二阶边带的偏振复用信号,射频(RF)信号对正二阶边带调制,产生的下边带落在光频梳的谱线内,窄带OBPF组进行信道分割后平衡探测,解调得到IQ数据。直流偏差和偶次失真通过平衡探测得到了抑制,IQ幅度和相位平衡度可通过光功率和偏振态精细校正。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光通信
和微波
,主要涉及利用光子学技术实现宽带微波信号的零中频信道化接收。
技术介绍
在现代电子战和雷达系统中,接收机接收到的微波信号带宽大、种类多、形式多样,而且频率覆盖范围逐渐增大。这就要求接收机具备大的瞬时接收带宽,能同时处理多频点、多形式信号,且具有高分辨率、高灵敏度等特点。然而,现有模数转换器(ADC)的采样率和带宽有限,无法实现超大带宽信号的同时处理。信道化接收机可以将接收到的宽带信号分割为多个子频带,并将各个子频带下变频到同一中频或者基带,降低了对ADC的要求,可以实现大瞬时带宽及高精度的数字信号处理能力。因此,信道化接收机逐渐成为超宽带电子系统的重要装备。传统的模拟信道化接收机器件功耗、差损大,对电滤波器的要求高,子信道数目较多时系统体积庞大,从而逐渐被数字信道化接收机替代;数字接收机可调谐、精度高,但ADC的采样率和工作带宽有限,而且海量的数据对信号处理也提出了更高的要求。所以寻找一种可以处理超宽带信号信道化接收机十分重要。近几年,微波光子技术迅速发展。由于光子学技术具有瞬时带宽大、工作频段宽、隔离度高、抗电磁干扰等一系列优点,为信道化接收机的实现提供了一个新的解决方案,基于光子学的信道化接收机成为研究的热点。目前已报道的微波光子信道化接收机,大多产生两套光频梳(载波光频梳和本振光频梳),结合梳状光滤波器和波分复用器来实现多信道接收功能。在该方案中,光梳间隔需要远大于接收信号的最高频率,梳线数不少于子信道数。然而多梳线、宽间隔、稳定相干的光频梳较难产生,而且该方案要求两套光梳具有精确的频差和稳定的相位关系,这造成系统实施难度较大。
技术实现思路
为了解决技术背景中所存在的问题,本专利技术提出了一种利用双偏振正交相移键控(DP-QPSK)调制器和窄带光滤波器组来实现零中频信道化接收机的方法。该方法仅需要一套光频梳就可以实现宽带信号的零中频多信道接收,而且光频梳的梳线间隔只需要等于子信道宽度即可,非常容易实现。采用光子学IQ解调和平衡探测接收技术,在降低ADC带宽和采样率的同时,消除了传统零中频接收机存在的本振泄露、直流偏差、偶次失真、IQ不平衡等问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:所述装置包括激光二极管(LD)、两个频率不同的本振信号(LO1、LO2)、DP-QPSK调制器、光带通滤波器(OBPF)、单偏振马曾调制器(MZM)、光分路器、窄带OBPF组、偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、平衡探测器(BPD)、多通道ADC。其中DP-QPSK调制器由两个并行的双平衡马曾调制器(DPMZM1和DPMZM2)以及尾部的偏振合束器(PBC)集成,DPMZM由两个并行的子MZMa、MZMb和一个主MZMc构成;LD的输出端与DP-QPSK调制器输入端相连。在DPMZM1中,本振信号LO1与MZMa的射频输入端相连,MZMb的射频输入端空载;在DPMZM2中,本振信号LO2与MZMa的射频输入端相连,MZMb的射频输入端空载。DP-QPSK调制器的输出端和OBPF相连,OBPF的输出端和单偏振MZM相连。宽带射频(RF)信号加载在单偏振MZM的射频输入端。单偏振MZM的输出端和光分路器的输入端相连,光分路器的每一路输出和中心频率不同的窄带OBPF相连,每路窄带OBPF的输出经光分路器分为两部分,每部分输出均依次通过PC、PBS和BPD。BPD的输出端和ADC相连。本专利技术在工作时包括以下步骤:(1)从LD发出波长为λ的光载波输入到DP-QPSK调制器中;(2)在DP-QPSK内,光载波被等分为两路,分别输入到DPMZM1和DPMZM2中。在DPMZM1中,本振信号LO1输入到MZMa的射频输入端口,MZMb的射频输入端空载。将幅度为V1a的直流电压接入到MZMa的直流输入端,幅度为V1b的直流电压接入到MZMb的直流输入端,幅度为V1c的直流电压接入到MZMc的直流输入端。(3)在DPMZM2中,本振信号LO2输入到MZMa的射频输入端口,MZMb的射频输入端空载。将幅度为V2a的直流电压接入到MZMa的直流输入端,幅度为V2b的直流电压接入到MZMb的直流输入端,幅度为V2c的直流电压接入到MZMc的直流输入端。(4)设置DPMZM1中V1a、V1b、V1c的大小,使DPMZM1输出频率间隔为本振信号LO1频率的5线平坦光频梳;设置DPMZM2中V2a、V2b、V2c的大小,使DPMZM2输出载波抑制的正负二阶边带。(5)DPMZM1和DPMZM2输出的两路信号经过PBC后,分别变为TE模和TM模,在DP-QPSK调制器的输出端得到一个偏振复用信号;(6)DP-QPSK调制器输出的偏振复用信号输入到OBPF。OBPF滤除LO2调制的负二阶边带,输出包含光频梳和正二阶光边带的偏振复用信号。(7)OBPF输出的光信号进入单偏振MZM。在单偏振MZM中,宽带RF信号只对TM模的正二阶边带调制,对TE模的光频梳不调制。通过设置单偏振MZM直流偏置压的大小,使其工作在最小传输点,实现载波抑制的双边带调制。因为已调宽带RF信号的下边带在光梳中心频率附近,这里只考虑下边带。调节本振信号LO2的频率为宽带RF信号中心频率的一半,这样宽带RF信号调制后的下边带中心频率刚好与光梳的中心频率吻合。(8)单偏振MZM输出的光信号经光分路器分为5路,每一路经过中心频率不同的窄带OBPF,实现频带分割,每个窄带OBPF输出的偏振复用光包含一个光载波(5梳线之一)和一个子信道的RF信号,且光载波的频率等于子信道的中心频率。每个窄带OBPF的输出经光分路器分为两部分,均分别经过PC、PBS和BPD。(9)调节每个信道中的两路上的PC,使其中一路中光载波与射频信号相位差为0°,这样经过PBS和BPD后输出平衡探测的I路信息;使另一路中光载波与射频信号相位差为90°,这样经过PBS和BPD后输出平衡探测的Q路信息。(10)5个子信道输出的IQ基带信号经过ADC后进行数字处理。本专利技术提出了一种新型的光子学零中频信道化接收机,该方案中DP-QPSK调制器产生一个由光频梳和正负二阶边带组成的偏振复用信号。利用正二阶边带作为新的载波对宽带RF信号进行调制,使宽带RF信号调制的下边带落在光频梳内,窄带OBPF组对宽带信号和光频梳同时进行分割,实现了宽带信号的信道化。每个信道内信号进行光子学IQ解调和平衡探测,得到IQ两路基带信息,最后进行ADC和数字信号处理。本方案仅需要一套光频梳,且光频梳的梳线间隔小,对本振信号的频率要求降低,容易产生。整个光链路采用偏振复用技术,既简化了系统结构、降低了实现成本,也能够降低环境引入的随机噪声,实现本振和射频的稳定相干。利用零中频接收模式,简化了结构,且进一步降低对ADC的采样率和带宽需求。采用双平衡探测技术,可以消除直流偏差和偶次失真。IQ两路的幅度和相位平衡度可以通过两路的光功率和偏振态进行调节,且对工作频率不敏感,所以能提高IQ两路的平衡度。图1为零中频微波光子信道化接收机的原理图;图2为仿真结果图,其中:(a)为OBPF后的光信号频谱图;(b)为宽带射频信号调制后的光信号频谱图;(c)为第2个子信道平衡探测解调得到的I路和Q路电信号频谱图;(d)为第本文档来自技高网
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一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/62/201610880058.html" title="一种零中频的微波光子信道化接收机的装置及方法原文来自X技术">零中频的微波光子信道化接收机的装置及方法</a>

【技术保护点】
一种零中频的微波光子信道化接收装置,包括激光二极管(LD)、电光调制器、光带通滤波器(OBPF)、分路器、窄带OBPF组、偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、平衡探测器(BPD)、多通道ADC,实现宽带微波信号的零中频信道化接收。其特征在于:电光调制器采用双偏振正交相移键控(DP‑QPSK)调制器,两个本振信号(LO1、LO2)驱动双偏振调制器,产生LO1的光频梳和LO2的光边带的偏振复用信号,调制器输出的光信号经光带通滤波器(OBPF)滤掉LO2的一个边带,进入一个偏振相关调制器被宽带射频(RF)信号调制,偏振相关调制器输出的光信号分为多路,每路通过中心频率不同的窄带OBPF实现RF子信道和对应光梳线的同时分离,经过PC、PBS和BPD后输出I、Q信息,实现宽带RF信号的信道化和零中频接收。

【技术特征摘要】
1.一种零中频的微波光子信道化接收装置,包括激光二极管(LD)、电光调制器、光带通滤波器(OBPF)、分路器、窄带OBPF组、偏振控制器(PC)、偏振分束器(PBS)、平衡探测器(BPD)、多通道ADC,实现宽带微波信号的零中频信道化接收。其特征在于:电光调制器采用双偏振正交相移键控(DP-QPSK)调制器,两个本振信号(LO1、LO2)驱动双偏振调制器,产生LO1的光频梳和LO2的光边带的偏振复用信号,调制器输出的光信号经光带通滤波器(OBPF)滤掉LO2的一个边带,进入一个偏振相关调制器被宽带射频(RF)信号调制,偏振相关调制器输出的光信号分为多路,每路通过中心频率不同的窄带OBPF实现RF子信道和对应光梳线的同时分离,经过PC、PBS和BPD后输出I、Q信息,实现宽带RF信号的信道化和零中频接收。2.根据权利要求1所述的零中频的微波光子信道化接收装置,其特征在于:在DP-QPSK调制器的上路双平衡马曾调制器(DPMZM1)中,本振信号LO1输入到MZMa的射频端口,MZMb的射频输入端空载,设置LO1幅度和DP...

【专利技术属性】
技术研发人员:高永胜文爱军李晓艳陈玮谭庆贵蒋炜
申请(专利权)人:西安电子科技大学西安空间无线电技术研究所
类型:发明
国别省市:陕西;61

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