一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法，其中系统包括：激光器，参考晶振，第二鉴相器，PID控制器，第二光电振荡器，谐波混频器，第一鉴相器，以及第一光电振荡器。本发明专利技术实施例提供的基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法，所输出的目标毫米波频段信号具有高长期频率稳定度及低相位噪声特点，能够满足毫米波电子系统对频率源更高的要求。

A Millimeter Wave Photoelectric Oscillation System Based on Double Loop Phase Locking and Its Frequency Stabilization Method

The embodiment of the present invention provides a millimeter wave photoelectric oscillation system based on double-loop phase-locked and its frequency stabilization method. The system includes a laser, a reference crystal oscillator, a second phase discriminator, a PID controller, a second photoelectric oscillator, a harmonic mixer, a first phase discriminator and a first photoelectric oscillator. The millimeter-wave photoelectric oscillation system based on double-loop phase-locked and its frequency stabilization method are provided in the embodiment of the invention. The output target millimeter-wave frequency band signal has the characteristics of high long-term frequency stability and low phase noise, and can meet the higher requirements of the millimeter-wave electronic system for frequency source.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法
本专利技术涉及光电振荡器
，特别是涉及一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法。
技术介绍
毫米波频率介于微波和光波之间，具有频谱宽、分辨率高、抗干扰性好等优点。因此，毫米波系统在卫星通信、雷达、制导、电子对抗、无人驾驶和天文等领域均得到了广泛的应用。而毫米波频率源是毫米波电子系统的重要组成部分，它的技术指标直接决定着毫米波系统的性能。随着毫米波技术的迅猛发展，毫米波电子系统对频率源的技术指标提出了越来越高的要求，例如：低相位噪声，高频率稳定度，以及高调谐分辨率。现有的毫米波信号源可以利用光电振荡器生成，光电振荡器利用高品质光学谐振腔实现电磁储能，在电感Q值、工作频段、抗电磁干扰等方面具有独特的优势，可产生从几百兆赫兹到上百吉赫兹频率范围的高频谱纯度微波信号，并且信号的相位噪声与工作频段无关，是高频微波系统尤其是毫米波系统非常理想的信号发生装置。然而，专利技术人在实现本专利技术的过程中发现，现有技术至少存在如下问题：由于光纤具有温度、震动及应力敏感性，光电振荡器的长期频率稳定度较差。对于低频的光电振荡器而言，可以利用电控移相器通过锁相环技术来实现光电振荡器的频率稳定，但是由于电控移相器的移相范围随着工作频率的增加而减小，在毫米波波段，现有的电控移相器移相范围太窄，无法跟随和补偿光电振荡器信号的相位变化，从而难以优化毫米波高频光电振荡器的频率稳定度。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统及其稳频方法，以实现毫米波信号源具有长期频率稳定性。具体技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统，所述系统包括：激光器，参考晶振，第二鉴相器，比例-积分-微分PID控制器，第二光电振荡器，谐波混频器，第一鉴相器，以及第一光电振荡器；其中，所述激光器用于生成连续的激光信号；所述参考晶振用于生成参考信号；所述第二鉴相器用于将所述参考信号与所述第二光电振荡器的分频输出信号进行鉴相，得到鉴相后的信号；所述PID控制器用于对所述第二鉴相器鉴相后得到的信号进行PID处理，输出环境误差控制信号；所述第二光电振荡器用于基于所述环境误差控制信号对自身的谐振腔长进行反馈补偿，输出目标微波频段信号；所述谐波混频器用于对所述第一光电振荡器生成的毫米波频段信号和所述目标微波频段信号进行谐波混频，输出差频信号；所述第一鉴相器用于将所述差频信号与所述参考信号进行鉴相，得到所述第一光电振荡器的谐振腔长误差信号；所述第一光电振荡器用于基于所述谐振腔长误差信号对自身的谐振腔长进行反馈补偿，输出目标毫米波频段信号。可选的，所述第一光电振荡器，包括：双平行马赫-曾德尔调制器，用于将所述毫米波频段信号调制到所述激光信号上，并通过所述谐振腔长误差信号控制调制后的信号，得到第一光信号；光滤波器，用于对所述第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；第一光纤储能链路，用于储能以及传输所述第二光信号；第一光电探测器，用于将所述第二光信号转换为第一电信号；第一电放大器，用于对所述第一电信号进行放大处理；毫米波带通滤波器，用于对放大后的第一电信号进行滤波处理，得到目标毫米波频段信号。可选的，所述第二光电振荡器，包括：电控移相器，用于利用所述环境误差控制信号对所述第二光电振荡器生成的微波频段信号进行相位调整，得到第二电信号；马赫-曾德尔调制器，用于将所述第二电信号调制到所述激光信号上，得到第三光信号；第二光纤储能链路，用于储能以及传输所述第三光信号；第二光电探测器，用于将所述第三光信号转换为第三电信号；第二电放大器，用于对所述第三电信号进行放大处理；微波带通滤波器，用于对放大后的第三电信号进行滤波处理，得到目标微波频段信号；分频器，用于对所述第二电信号进行分频，得到分频输出信号。可选的，所述激光器的输出端分别与所述双平行马赫-曾德尔调制器的光输入端以及所述马赫-曾德尔调制器的光输入端连接；所述参考晶振的输出端分别与所述第一鉴相器的其中一个输入端以及所述第二鉴相器的其中一个输入端连接；所述第二鉴相器的输出端与所述PID控制器的输入端连接；所述PID控制器的输出端与所述电控移相器的电压控制端连接；所述谐波混频器的输出端与所述第一鉴相器的其中一个输入端连接；所述第一鉴相器的输出端与所述双平行马赫-曾德尔调制器的偏压控制端连接；所述电控移相器的输出端分别与所述分频器的输入端和所述马赫-曾德尔调制器的电输入端连接；所述分频器的输出端与所述第二鉴相器的其中一个输入端连接；所述马赫-曾德尔调制器的输出端与所述第二光纤储能链路的输入端连接；所述第二光纤储能链路的输出端与所述第二光电探测器的输入端连接；所述第二光电探测器的输出端与所述第二电放大器的输入端连接；所述第二电放大器的输出端与所述微波带通滤波器的输入端连接；所述微波带通滤波器的输出端与分别与所述电控移相器的射频输入端以及所述谐波混频器的其中一个输入端连接；所述双平行马赫-曾德尔调制器的光输出端与所述光滤波器的输入端连接；所述光滤波器的输出端与所述第一光纤储能链路的输入端连接；所述第一光纤储能链路的输出端与所述第一光电探测器的输入端连接；所述第一光电探测器的输出端与所述第一电放大器的输入端连接；所述第一电放大器的输出端与所述毫米波带通滤波器的输入端连接；所述毫米波带通滤波器的输出端分别与所述双平行马赫-曾德尔调制器的电信号输入端以及所述谐波混频器的其中一个输入端连接。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统的稳频方法，应用于第一方面所述的基于双环锁相的毫米波光电振荡系统，所述方法包括：第一光电振荡器和第二光电振荡器利用激光信号起振；将所述第二光电振荡器产生的微波频段信号经分频后与参考信号进行鉴相，得到鉴相后的信号；对鉴相后得到的信号进行PID处理，输出环境误差控制信号；基于所述环境误差控制信号对第二谐振腔长进行反馈补偿，输出目标微波频段信号，其中，所述目标微波频段信号为频率稳定的微波频段信号；将目标微波频段信号与第一光电振荡器产生的毫米波频段信号进行谐波混频，得到差频信号；将所述差频信号与所述参考信号进行鉴相，得到所述第一光电振荡器的谐振腔长误差信号；基于所述谐振腔长误差信号对第一谐振腔长进行反馈补偿，输出目标毫米波频段信号，其中，所述目标毫米波频段信号为频率稳定的毫米波频段信号。可选的，所述基于所述环境误差控制信号对第二谐振腔长进行反馈补偿，输出目标微波频段信号的步骤，包括：利用所述环境误差控制信号对所述第二光电振荡器生成的微波频段信号进行相位调整，得到第二电信号；对所述第二电信号进行分频，得到分频输出信号；将所述第二电信号调制到所述激光信号上，得到第三光信号；储能以及传输所述第三光信号；将所述第三光信号转换为第三电信号；对所述第三电信号进行放大处理；对放大后的第三电信号进行滤波处理，得到目标微波频段信号。可选的，所述基于所述谐振腔长误差信号对第一谐振腔长进行反馈补偿，输出目标毫米波频段信号的步骤，包括：将所述毫米波频段信号调制到所述激光信号上，通过所述谐振腔长误差信号控制调制后的信号，得到第一光信号；对所述第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；储能以及传输所述第二光信号；将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统，其特征在于，所述系统包括：激光器，参考晶振，第二鉴相器，比例‑积分‑微分PID控制器，第二光电振荡器，谐波混频器，第一鉴相器，以及所述第一光电振荡器；其中，所述激光器用于生成连续的激光信号；所述参考晶振用于生成参考信号；所述第二鉴相器用于将所述参考信号与所述第二光电振荡器的分频输出信号进行鉴相，得到鉴相后的信号；所述PID控制器用于对所述第二鉴相器鉴相后得到的信号进行PID处理，输出环境误差控制信号；所述第二光电振荡器用于基于所述环境误差控制信号对自身的谐振腔长进行反馈补偿，输出目标微波频段信号；所述谐波混频器用于对所述第一光电振荡器生成的毫米波频段信号和所述目标微波频段信号进行谐波混频，输出差频信号；所述第一鉴相器用于将所述差频信号与所述参考信号进行鉴相，得到所述第一光电振荡器的谐振腔长误差信号；所述第一光电振荡器用于基于所述谐振腔长误差信号对自身的谐振腔长进行反馈补偿，输出目标毫米波频段信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于双环锁相的毫米波光电振荡系统，其特征在于，所述系统包括：激光器，参考晶振，第二鉴相器，比例-积分-微分PID控制器，第二光电振荡器，谐波混频器，第一鉴相器，以及所述第一光电振荡器；其中，所述激光器用于生成连续的激光信号；所述参考晶振用于生成参考信号；所述第二鉴相器用于将所述参考信号与所述第二光电振荡器的分频输出信号进行鉴相，得到鉴相后的信号；所述PID控制器用于对所述第二鉴相器鉴相后得到的信号进行PID处理，输出环境误差控制信号；所述第二光电振荡器用于基于所述环境误差控制信号对自身的谐振腔长进行反馈补偿，输出目标微波频段信号；所述谐波混频器用于对所述第一光电振荡器生成的毫米波频段信号和所述目标微波频段信号进行谐波混频，输出差频信号；所述第一鉴相器用于将所述差频信号与所述参考信号进行鉴相，得到所述第一光电振荡器的谐振腔长误差信号；所述第一光电振荡器用于基于所述谐振腔长误差信号对自身的谐振腔长进行反馈补偿，输出目标毫米波频段信号。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一光电振荡器，包括：双平行马赫-曾德尔调制器，用于将所述毫米波频段信号调制到所述激光信号上，并通过所述谐振腔长误差信号控制调制后的信号，得到第一光信号；光滤波器，用于对所述第一光信号进行滤波处理，得到第二光信号；第一光纤储能链路，用于储能以及传输所述第二光信号；第一光电探测器，用于将所述第二光信号转换为第一电信号；第一电放大器，用于对所述第一电信号进行放大处理；毫米波带通滤波器，用于对放大后的第一电信号进行滤波处理，得到目标毫米波频段信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二光电振荡器，包括：电控移相器，用于利用所述环境误差控制信号对所述第二光电振荡器生成的微波频段信号进行相位调整，得到第二电信号；马赫-曾德尔调制器，用于将所述第二电信号调制到所述激光信号上，得到第三光信号；第二光纤储能链路，用于储能以及传输所述第三光信号；第二光电探测器，用于将所述第三光信号转换为第三电信号；第二电放大器，用于对所述第三电信号进行放大处理；微波带通滤波器，用于对放大后的第三电信号进行滤波处理，得到目标微波频段信号；分频器，用于对所述第二电信号进行分频，得到分频输出信号。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光器的输出端分别与所述双平行马赫-曾德尔调制器的光输入端以及所述马赫-曾德尔调制器的光输入端连接；所述参考晶振的输出端分别与所述第一鉴相器的其中一个输入端以及所述第二鉴相器的其中一个输入端连接；所述第二鉴相器的输出端与所述PID控制器的输入端连接；所述PID控制器的输出端与所述电控移相器的电压控制端连接；所述谐波混频器的输出端与所述第一鉴相器的其中一个输入端连接；所述第一鉴相器的输出端与所述双平行马赫-曾德尔调制器的偏压控制端连接；所述电控移相器的输出端分别与所述分频器的输入端和所述马赫-曾德尔调制器的电输入端连接；所述分频器的输出端与所述第二鉴相器的其中一个输入端连接；所述马赫-曾德尔调制器的输出端与所述第二光纤储能链路的输入端连接；所述第二光纤储...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴键，刘安妮，杨悦，许方星，张天，尹飞飞，张海鹏，宋瑞良，徐坤，
申请(专利权)人：北京邮电大学，中国电子科技集团公司第三十八研究所，中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11