基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法。用待分频微波信号对光载波进行第一级载波抑制光双边带调制，然后用振荡信号对一级调制光信号进行第二级载波抑制光双边带调制，用光电探测器将二级调制光信号转换为电信号并令其通过微波放大器、移相器以及微波滤波器后，将其分为两路，分别作为振荡信号和三分之二分频输出；令三分之二分频振荡模式在光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的三分之二分频输出。本发明专利技术还公开了一种基于光电振荡环路的微波三分之二分频装置。本发明专利技术能够在光域实现任意微波信号的三分之二分频，且具有大带宽、低噪声、低杂散以及对外部产生的干扰小的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法及装置
本专利技术涉及一种微波分频方法，尤其涉及一种基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法及装置。
技术介绍
分频器是一种用于将输入周期模拟或数字信号转换为输出周期模拟或数字信号的器件，且输出频率是输入频率的部分分量。它作为一种重要的组件被广泛应用于现代通信系统、雷达探测系统中。当应用于通信系统时，为应对不同速率的信号产生、调制与解调，分频器基于自身的参考时钟，向系统提供可变的时钟信号；当应用于雷达探测系统时，分频器作为频率综合器中重要组成部分，提供包括本振分频、锁相环等功能。随着现如今不断提升的对极大通信容量和射频探测领域中探测精度需求，微波的频率、带宽及性能的要求也成为人们越来越关注的重点，同时对分频器的工作频率、杂散、抗干扰、噪声性能等方面的发展也提出了更高的要求。常见的分频器主要基于电子学原理。种类涵盖了数字分频器和模拟分频器两类。数字分频器分频灵活，内部利用数字计数器及触发器实现功能，但是其工作频率较低只能达到数GHz的级别。除此之外，该种触发器的工作模式易给系统引入过多杂散分量，相位噪声恶化严重，对使用具有很大的局限性。而模拟分频是基于超调和注入锁定或再生反馈回路，该两种技术都是利用微波混频器的非线性并形成微波环路，最终微波环路中实现输出分频后的信号。模拟分频器的带宽可以扩展到毫米波范围，能够实现高频、低相位噪声的信号分频。但是为了选择出需要的振荡模式，基于微波技术的分频器中往往需要使用窄带滤波器件，从而很难实现宽带的分频器。为了克服电子学方法的缺点，人们提出了基于光子技术实现分频的技术，主要包括光参量分频法和基于光学注入锁定分频法以及基于光电振荡器分频法。基于光参量分频技术主要将输入信号转换成两个强烈的相干分谐波输出【N.C.Wong,"Opticalfrequencydivisionusinganopticalparametricoscillator,"Opt.Lett.15,1129-1131(1990)】，通过将它们的差频锁定到微波，毫米波或红外参考源，可以精确地确定输出频率。该方法本质上可以生成比泵浦激光器更稳定的分频信号，抑制过量噪声，适用于超高分辨率应用。但是该方法对器件要求较高，系统复杂，并且频率不确定性受输入频率和功率的限制。而基于光学注入锁定分频技术主要实现信号的精确频率划分，用于微波信号的固定下变换【ChanSC,LiuJM.Microwavefrequencydivisionandmultiplicationusinganopticallyinjectedsemiconductorlaser[J].2005.】。该技术利用了半导体激光非线性动力学，研究了一种光学注入系统，其中从激光器受到来自主激光器的连续波(CW)光学注入。随着注入强度的增加，从激光器首先被去稳定以在基本微波频率下振荡，然后它经历倍周期分岔以产生次谐波频率。该技术有效保证了分频信号提取的精确性，然而，该技术只能对单一的频率进行分频提取，且所分频的微波信号的质量较差，锁定质量没有进一步的优化措施。而基于光电振荡器分频法【江阳,梁建惠,白光富,等.光子微波信号的亚谐波产生技术[J].贵州大学学报:自然科学版,2014,31(4):1-5.】主要利用光电振荡器这种光电混合结构，利用振荡腔的次谐波注入锁定效应，实现注入信号的分频。然而，该技术在不注入信号情况下，光电振荡器依然会输出微波信号且输出微波信号频率在注入信号分频附近，存在对系统造成干扰的风险。同时，该技术对于不同的输入频率或不同的分频比时，需要更换中心频率不同的窄带滤波器与之匹配，使得系统的实用性大大缩减。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法，能够在光域实现任意微波信号的三分之二分频，且具有大带宽、低噪声、低杂散以及对外部产生的干扰小的优点。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题：基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法，构建以下的光电振荡环路并在其中引入延时：用待分频微波信号对光载波进行第一级载波抑制光双边带调制，生成一级调制光信号，然后用振荡信号对所述一级调制光信号进行第二级载波抑制光双边带调制，生成二级调制光信号，用光电探测器将所述二级调制光信号转换为电信号，令所述电信号通过微波放大器、移相器以及微波滤波器后，将其分为两路，其中一路作为所述振荡信号，另一路作为三分之二分频输出；所述微波滤波器为在待分频微波信号频率处带阻而在三分之二分频频率处带通的宽带滤波器；令三分之二分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的三分之二分频输出。进一步地，令所述光电振荡环路满足以下稳态条件，以使得三分之二分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡：P为光载波的光功率，α为系统衰减，为光电探测器响应度，G为微波放大器增益，ω0为待分频微波信号的频率，V0、θ0和V1、θ1分别为待分频信号及三分之二分频的振荡模式的幅度、相位，τ为引入的延时，βn(n＝0,1)为两级调制器的调制系数，其中β0、β1分别为第一级、第二级调制器的调制系数，J1(βn)为第一阶贝塞尔函数，J2(βn)为第二阶贝塞尔函数，Vπ-0、Vπ-1分别为第一级、第二级调制器的半波电压。优选地，使用工作在最小传输点的推挽式马赫曾德尔调制器实现所述第一级载波抑制光双边带调制和/或第二级载波抑制光双边带调制。优选地，利用设置于所述光电振荡环路的光路部分中的延时光纤来在所述光电振荡环路中引入延时。根据相同的专利技术思路还可以得到以下技术方案：基于光电振荡环路的微波三分之二分频装置，包括光电振荡环路以及用于在所述光电振荡环路中引入延时的延时部件，所述光电振荡环路包括：光源，用于产生光载波；两级电光调制模块，其包括第一级调制器和第二级调制器，第一级调制器用于用待分频微波信号对光载波进行第一级载波抑制光双边带调制，生成一级调制光信号，第二级调制器用于用振荡信号对所述一级调制光信号进行第二级载波抑制光双边带调制，生成二级调制光信号；光电探测器，用于将所述二级调制光信号转换为电信号；微波放大器，用于对所述电信号进行放大；移相器，用于对所述电信号相位进行调整；微波滤波器，其为在待分频微波信号频率处带阻而在三分之二分频频率处带通的宽带滤波器，用于对所述电信号进行滤波；功分器，用于将经过微波放大器、移相器及微波滤波器之后的电信号分为两路，一路作为所述振荡信号，另一路作为三分之二分频输出。优选地，所述光电振荡环路满足以下稳态条件，以使得三分之二分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡：P为光载波的光功率，α为系统衰减，为光电探测器响应度，G为微波放大器增益，ω0为待分频微波信号的频率，V0、θ0和V1、θ1分别为待分频信号及三分之二分频的振荡模式的幅度、相位，τ为引入的延时，βn(n＝0,1)为两级调制器的调制系数，其中β0、β1分别为第一级、第二级调制器的调制系数，J1(βn)为第一阶贝塞尔函数，J2(βn)为第二阶贝塞尔函数，Vπ-0、Vπ-1分别为第一级、第二级调制器的半波电压。优选地，所述第一级调制器和/或第二级调制器为工作在最小传输点的推挽式马赫曾德尔调制器。优选地，所述延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法，其特征在于，构建以下的光电振荡环路并在其中引入延时：用待分频微波信号对光载波进行第一级载波抑制光双边带调制，生成一级调制光信号，然后用振荡信号对所述一级调制光信号进行第二级载波抑制光双边带调制，生成二级调制光信号，用光电探测器将所述二级调制光信号转换为电信号，令所述电信号通过微波放大器、移相器以及微波滤波器后，将其分为两路，其中一路作为所述振荡信号，另一路作为三分之二分频输出；所述微波滤波器为在待分频微波信号频率处带阻而在三分之二分频频率处带通的宽带滤波器；令三分之二分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的三分之二分频输出。

【技术特征摘要】
1.基于光电振荡环路的微波三分之二分频方法，其特征在于，构建以下的光电振荡环路并在其中引入延时：用待分频微波信号对光载波进行第一级载波抑制光双边带调制，生成一级调制光信号，然后用振荡信号对所述一级调制光信号进行第二级载波抑制光双边带调制，生成二级调制光信号，用光电探测器将所述二级调制光信号转换为电信号，令所述电信号通过微波放大器、移相器以及微波滤波器后，将其分为两路，其中一路作为所述振荡信号，另一路作为三分之二分频输出；所述微波滤波器为在待分频微波信号频率处带阻而在三分之二分频频率处带通的宽带滤波器；令三分之二分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的三分之二分频输出。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，令所述光电振荡环路满足以下稳态条件，以使得三分之二分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡：P为光载波的光功率，α为系统衰减，为光电探测器响应度，G为微波放大器增益，ω0为待分频微波信号的频率，V0、θ0和V1、θ1分别为待分频信号及三分之二分频的振荡模式的幅度、相位，τ为引入的延时，βn(n＝0,1)为两级调制器的调制系数，其中β0、β1分别为第一级、第二级调制器的调制系数，J1(βn)为第一阶贝塞尔函数，J2(βn)为第二阶贝塞尔函数，Vπ-0、Vπ-1分别为第一级、第二级调制器的半波电压。3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，使用工作在最小传输点的推挽式马赫曾德尔调制器实现所述第一级载波抑制光双边带调制和/或第二级载波抑制光双边带调制。4.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，利用设置于所述光电振荡环路的光路部分中的延时光纤来在所述光电振荡环路中引入延时。5.基于光电振荡环路的微波三分之二分频装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘时龙，刘世锋，赵家宁，吕凯林，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32