一种可重构的微波光子下变频方法及装置制造方法及图纸

一种可重构的微波光子下变频方法，其旨在于提供一种能够满足任意频段、宽带射频信号的微波光子下变频的需求，同时降低对高频电学本振信号源要求的下变频方法，避免使用高频电学本振源。对光混频结构中输入的光频梳信号进行滤波，分别产生两个频率不同的光载波，实现频率间隔可调的光学本振；将待处理的射频信号通过光混频结构中的相位调制器调制在其中一个光载波上，将电学本振信号通过光混频结构中的另外一个相位调制器调制在另外一个光载波上，相位调制产生的相邻一阶光边带进行拍频并由光电探测器进行检测，得到下变频信号；通过改变光学本振的频率间隔和设置电学本振的频率，实现不同频段和带宽射频信号的可重构微波光子下变频。

【技术实现步骤摘要】
一种可重构的微波光子下变频方法及装置
本专利技术属于微波光子
，具体涉及一种可重构的微波光子下变频方法及微波光子下变频装置。
技术介绍
混频器是通信系统中不可或缺的变频基本器件，随着高载频、大宽带光载微波系统成为未来光纤通信的发展趋势，传统电学的变频技术受到工作带宽限制、隔离度低、损耗大以及转换效率低等问题的影响，越来越难以满足当前的需求。微波光子变频技术充分利用光子技术的带宽大、传输损耗低、隔离度高等优点，实现对高频射频信号到中频或者基频的下变频，在无线通信系统、相控阵雷达和电子战系统中应用广泛。发展微波光子变频技术对于产生、接收、处理分析高频、宽带射频信号特别重要。通常，基于微波光子技术的下变频方法有串联或并联电光调制法(HaasBM,MurphyTE.Linearizeddownconvertingmicrowavephotoniclinkusingdual-wavelengthphasemodulationandopticalfiltering[J].IEEEPhotonicsJournal,2011,3(1):1-12.TangZZ,PanSL.AReconfigurablePhotonicMicrowaveMixerUsinga90°OpticalHybrid[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2016,64(9):3017-3025.)、光电振荡法(TangZZ,ZhangFZ,PanSL.Photonicmicrowavedownconverterbasedonanoptoelectronicoscillatorusingasingledual-driveMach-Zehndermodulator[J].Opticsexpress,2014,22(1):305-310.)、光频梳外差法(FangX,BaiM,YeXZ,ZhengZ.Ultra-broadbandmicrowavefrequencydown-conversionbasedonopticalfrequencycomb[J].Opticsexpress,2015,23(13):17111-17119.)。其中串联或并联电光调制法通过将待处理射频信号和电学本振信号分别加载到两个不同的电光调制器上，利用光滤波器选择两个频率相邻的调制光边带，然后通过光电探测器拍频实现下变频，该方案需要高频的电学本振源，且由于受到光滤波器滤波带宽限制，待处理的射频信号频率范围受限，转换效率低；光电振荡法利用电-光-电振荡原理实现高质量本振信号的产生，无需额外提供高频电学本振信号，但由于振荡系统和宽带的微波器件的存在，增加了系统复杂度和成本；光频梳外差法利用加载了待处理射频信号的调制光边带与光频梳进行外差拍频，可实现任意频段射频信号的下变频处理，且无需额外的电学本振信号，但由于仅仅采用光频梳作为光学本振源，下变频的中频信号频率无法灵活控制，对不同带宽的射频信号较难处理。目前，亟需发展一种能够满足任意频段、宽带射频信号的微波光子下变频的需求，同时降低对高频电学本振信号源要求的下变频方法。为了解决以上问题，本专利技术通过在光混频结构中实现频率间隔可调的光学本振，并结合频率可调的电学本振，对高频射频信号实现灵活、宽带的下变频，具有光学本振频率间隔可调、电学本振频率低、灵活、可重构、操作简便的特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够满足任意频段、宽带射频信号的微波光子下变频的需求，同时降低对高频电学本振信号源要求的下变频方法，避免使用高频电学本振源。本专利技术的一种可重构的微波光子下变频方法，锁模激光器输出的光频梳信号进入到由光分束器和光合束器等组成的光混频结构，在光混频结构的上、下两臂上，光频梳信号由可调光滤波器分别滤出不同频率的光载波，形成频率间隔可调的光学本振，两光载波分别经由偏振控制器进入到相位调制器，待处理射频信号和电学本振信号分别加载到两相位调制器上，对两个光载波进行调制，调制后的光载波通过光合束器合路成为光混频结构的输出光信号，之后光信号进入光电探测器进行光电检测，从两相位调制产生的相邻一阶光边带的拍频信号，得到下变频信号。上述技术方案中，通过在光混频结构中获得频率间隔可调的光学本振，实现微波光子下变频，光混频结构是由光分束器和光合束器等组成的干涉结构，光混频结构的上臂包括依次光连接的可调光滤波器Ⅰ、偏振控制器Ⅰ和相位调制器Ⅰ，光混频结构的下臂包括依次光连接的可调光滤波器Ⅱ、偏振控制器Ⅱ和相位调制器Ⅱ。上述技术方案中，锁模激光器输出光频梳信号的重复频率为fs，光混频结构上、下臂上光载波的频率差为Nfs，此即光学本振的频率间隔，在相位调制器Ⅰ的电极上加载频率为fR的待处理射频信号，在相位调制器Ⅱ的电极上加载频率为fL的电学本振信号，得到下变频信号频率为|fR-Nfs|±fL，满足N为正整数，且fs>|fR-Nfs|±fL。上述技术方案中，针对不同频段和带宽的射频信号，改变光混频结构中的可调光滤波器的中心波长，从而改变并联上、下臂中两个光载波的频率差，即改变光学本振的频率间隔，并设置不同电学本振频率，实现可重构的微波光子下变频。本专利技术还提供了一种可重构的微波光子下变频装置，包括锁模激光器、光混频结构、电学本振源和光电探测器。所述光混频结构包括光分束器和光合束器，光分束器和光合束器之间连接有光混频结构的上臂和光混频结构的下臂；光混频结构的上臂：包括依次光连接的可调光滤波器Ⅰ、偏振控制器Ⅰ和相位调制器Ⅰ；光混频结构的下臂：包括依次光连接的可调光滤波器Ⅱ、偏振控制器Ⅱ和相位调制器Ⅱ。上述技术方案中，待处理射频信号输出与相位调制器I的电极通过电连接，电学本振源输出与相位调制器Ⅱ的电极通过电连接。上述技术方案中，锁模激光器产生光频梳信号，且光频梳重复频率为fs，光混频结构的上臂和光混频结构的下臂上两光载波的频率差为Nfs，此即光学本振的频率间隔；上述技术方案中，在相位调制器Ⅰ的电极上加载频率为fR的待处理射频信号，在相位调制器Ⅱ的电极上加载频率为fL的电学本振信号，所得下变频信号频率为|fR-Nfs|±fL，满足N为正整数，且fs>|fR-Nfs|±fL。本专利技术的有益效果是：本专利技术由锁模激光器、光混频结构、电学本振源和光电探测器组成，通过改变光混频结构上、下臂中光载波构成的光学本振的频率间隔和设置电学本振频率，将任意频段、带宽的射频信号下变频到中频或基频频段，获得灵活、可重构的微波光子下变频系统；利用光学本振的可调频率间隔大大降低对电学本振信号频率的要求。附图说明图1是本专利技术一种可重构的微波光子下变频装置图；图2是本专利技术实施例中通过改变光混频结构的上、下臂中光学本振的频率间隔和电学本振频率大小，记录的不同频率的待处理射频信号下变频到同一频率的中频信号的示意图；图3是本专利技术实施例中通过改变电学本振频率大小，记录的同一待处理射频信号下变频到不同频率的中频信号的示意图。其中附图1标记：1-锁模激光器、2-光分束器、31-可调光滤波器Ⅰ、41-偏振控制器Ⅰ、51-相位调制器Ⅰ、32-可调光滤波器Ⅱ、42-偏振控制器Ⅱ、52-相位调制器Ⅱ、6-电学本振源、7-光合束器、8-光电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重构的微波光子下变频方法，其特征在于，包括以下步骤：在光混频结构中对输入的光频梳信号进行滤波，分别产生两个频率不同的光载波，实现频率间隔可调的光学本振；将待处理的射频信号通过光混频结构中的相位调制器调制在其中一个光载波上，将电学本振信号通过光混频结构中的另外一个相位调制器调制在另外一个光载波上，相位调制产生的相邻一阶光边带进行拍频并由光电探测器进行检测，得到下变频信号；通过改变光学本振的频率间隔和设置电学本振的频率，实现不同频段和带宽射频信号的可重构微波光子下变频。

【技术特征摘要】
1.一种可重构的微波光子下变频方法，其特征在于，包括以下步骤：在光混频结构中对输入的光频梳信号进行滤波，分别产生两个频率不同的光载波，实现频率间隔可调的光学本振；将待处理的射频信号通过光混频结构中的相位调制器调制在其中一个光载波上，将电学本振信号通过光混频结构中的另外一个相位调制器调制在另外一个光载波上，相位调制产生的相邻一阶光边带进行拍频并由光电探测器进行检测，得到下变频信号；通过改变光学本振的频率间隔和设置电学本振的频率，实现不同频段和带宽射频信号的可重构微波光子下变频。2.根据权利要求书1所述的一种可重构的微波光子下变频方法，其特征在于：所述光混频结构包括光分束器(2)和光合束器(7)，光分束器(2)和光合束器(7)之间连接有光混频结构的上臂和光混频结构的下臂；光混频结构的上臂：包括依次光连接的可调光滤波器Ⅰ(31)、偏振控制器Ⅰ(41)和相位调制器Ⅰ(51)；光混频结构的下臂：包括依次光连接的可调光滤波器Ⅱ(32)、偏振控制器Ⅱ(42)和相位调制器Ⅱ(52)。3.根据权利要求书1所述的一种可重构的微波光子下变频方法，其特征在于：所述光频梳信号是由锁模激光器(1)产生，且光频梳重复频率为fs，光混频结构的上臂和光混频结构的下臂上两光载波的频率差为Nfs，此即光学本振的频率间隔；在相位调制器Ⅰ(51)的电极上加载频率为fR的待处理射频信号，在相位调制器Ⅱ(52)的电极上加载频率为fL的电学本振信号，所得下变频信...

【专利技术属性】
技术研发人员：张尚剑，邹新海，王恒，张雅丽，刘永，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51