光子型微波二分频方法及光子型微波二分频器技术

本发明专利技术公开了一种光子型微波二分频方法，构建以下光电振荡环路并在其中引入延时：将待分频微波信号输入合波器一个输入端口，将合波器的输出信号调制于光载波上，生成载波抑制强度调制信号，并将其转换为电信号，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，其中一路输入至合波器的另一个输入端口，另一路作为二分频输出，微波滤波器可滤除待分频微波信号且对二分频的振荡模式为带通；令二分频的振荡模式在光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的二分频输出。本发明专利技术还公开了一种光子型微波二分频器。本发明专利技术能够在光域实现待分频微波信号的二分频，且具有大带宽、低噪声、低杂散以及对外部干扰小的优点。

【技术实现步骤摘要】
光子型微波二分频方法及光子型微波二分频器
本专利技术涉及一种分频方法，尤其涉及一种光子型微波二分频方法及光子型微波二分频器。
技术介绍
分频器广泛应用于现代通信系统、雷达探测系统中。在通信系统中，分频器主要基于参考时钟，为系统提供可变的时钟信号，以应对不同速率的信号产生、调制与解调；在雷达探测系统中，分频器则在频率综合器发挥关键作用，包括本振分频、锁相环等。通信容量的急剧增大和射频探测领域中探测精度需求的不断提升，对微波频率、带宽及性能的要求也在上涨，进而对分频器的工作频率、杂散、抗干扰、噪声性能等方面提出了更高的要求。基于电子学的分频器主要包括数字分频器和模拟分频器两类。数字分频器利用数字计数器及触发器可实现灵活的分频，但是其工作频率首先，往往只能到数GHz，同时触发器的工作模式会给系统引入非常多的杂散分量，且相位噪声恶化严重。而模拟分频主要包括注入锁定分频器和再生分频器，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。该技术能够实现高频、低相位噪声的信号分频。但是基于微波技术的分频器中往往需要窄带的滤波器以选择出需要的振荡模式，因为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，主要包括基于光频梳分频法和基于光电调制器混频及注入锁定分频法。基于光频梳分频技术主要利用光频梳与两束外部高稳直流光进行相位锁定【FortierTM,KirchnerMS,QuinlanF,etal.Generationofultrastablemicrowavesviaopticalfrequencydivision[J].NaturePhotonics,2011,5(7):425.】【LiJ,YiX,LeeH,etal.Electro-opticalfrequencydivisionandstablemicrowavesynthesis[J].Science,2014:1252909.】，形成高稳定的光频梳，选取光频梳的两个梳齿并在光电探测器进行光电转化，从而实现微波信号的输出。由于光频梳的超高稳定性和极大的光谱范围，因而能够实现高频、低相位噪声的信号输出。其分频过程是通过选取光频梳的两根梳齿实现。因此，该方法从本质上是利用光频梳的分频特性并转化到微波信号中。但是该方法很难对外部注入微波信号实现分频效果，且外部注入信号的频率需要满足为光频梳重复频率的整数倍。而基于光电调制器的宽带混频及注入锁定技术主要实现信号的时钟的分频提取功能，用于微波信号的下变频【ZhuD,PanS,CaiS,etal.High-performancephotonicmicrowavedownconverterbasedonafrequency-doublingoptoelectronicoscillator[J].JournalofLightwaveTechnology,2012,30(18):3036-3042.】。该技术利用的了光电振荡器的高性能微波信号输出的特性，保证分频信号的性能。但是，该技术需要保证光电振荡器自由振荡的信号频率大致等于时钟的二分之一，且由于光电振荡器中窄带滤波器的使用，极大的限制了该技术的分频带宽。同时由于该技术中光电振荡器需要产生自由振荡信号，而振荡的信号在无注入信号的情况下会对外界输出振荡波形，有可能干扰外部信号的工作。
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，提供一种光子型微波二分频方法，能够在光域实现待分频微波信号的二分频，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：一种光子型微波二分频方法，构建以下光电振荡环路并在其中引入延时：将待分频微波信号输入合波器一个输入端口，将合波器的输出信号调制于光载波上，并将生成的载波抑制强度调制信号转换为电信号，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，其中一路输入至合波器的另一个输入端口，另一路作为二分频输出，所述微波滤波器可滤除待分频微波信号且对二分频的振荡模式为带通；令二分频的振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的二分频输出。优选地，令所述光电振荡环路满足以下稳态条件，以使得二分频的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，ωe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)为调制器的调制系数，J1(βn)为第一阶贝塞尔函数，Vπ_RF为调制器的半波电压。优选地，利用工作在最小传输点的推挽式马赫曾德尔调制器将合波器的输出信号调制于光载波上，以生成载波抑制强度调制信号。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：一种光子型微波二分频器，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：合波器，其一个输入端口用于输入待分频微波信号；光源，用于产生光载波；光载波抑制强度调制单元，用于将合波器输出信号调制于所述光载波，生成载波抑制强度调制信号；光电探测器，用于将所述载波抑制强度调制信号转换为电信号；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，用于对所述电信号进行滤波，其可滤除待分频微波信号且对二分频的振荡模式为带通；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，一路输入至所述合路器的另一个输入端口，另一路作为二分频输出。优选地，所述光电振荡环路满足以下稳态条件，以使得二分频的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，ωe为待分频微波信号的频率，V0、θ0和V1、θ1分别为待分频微波信号及二分频的振荡模式的幅度、相位，τ为引入的延时，βn(n＝0,1)为调制器的调制系数，J1(βn)为第一阶贝塞尔函数展开系数，Vπ_RF为调制器的半波电压。优选地，所述光载波抑制强度调制单元为工作在最小传输点的推挽式马赫曾德尔调制器。优选地，所述延时部件为设置于所述光电振荡环路的光路部分中的延时光纤。相比现有技术，本专利技术技术方案具有以下有益效果：本专利技术能够在光域实现待分频微波信号的二分频，由于宽带滤波器的使用，该分频器的带宽得到大幅度提升。本专利技术克服了传统微波元件工作频率受限的缺陷，使得光电环路中各器件的工作频率上限仅需为待转换信号载频的1/2，实现了以低成本和高性能的低频微波器件对高频微波信号的分频提取。此外，本专利技术光子型微波二分频器具有低噪声、低杂散等特点，且当无外部信号注入时，该二分频器将无信号输出，降低了对外界的干扰。附图说明图1为本专利技术光子型微波二分频器一个具体实施例的结构及原理框图；图2为图1的光子型微波二分频器在进行分频提取时，注入和不注入待分频信号时的频谱曲线；图3为图1的光子型微波二分频器的对输入信号分频前、后的单边带(SSB)相位噪声曲线；图4为图1的光子型微波二分频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光子型微波二分频方法，其特征在于，构建以下光电振荡环路并在其中引入延时：将待分频微波信号输入合波器一个输入端口，将合波器的输出信号调制于光载波上，生成载波抑制强度调制信号，并将生成的载波抑制强度调制信号转换为电信号，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，其中一路输入至合波器的另一个输入端口，另一路作为二分频输出，所述微波滤波器可滤除待分频微波信号且对二分频的振荡模式为带通；令二分频的振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的二分频输出。

【技术特征摘要】
1.一种光子型微波二分频方法，其特征在于，构建以下光电振荡环路并在其中引入延时：将待分频微波信号输入合波器一个输入端口，将合波器的输出信号调制于光载波上，生成载波抑制强度调制信号，并将生成的载波抑制强度调制信号转换为电信号，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，其中一路输入至合波器的另一个输入端口，另一路作为二分频输出，所述微波滤波器可滤除待分频微波信号且对二分频的振荡模式为带通；令二分频的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，以使得二分频的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，ωe为待分频微波信号的频率，V0、θ0和V1、θ1分别为待分频微波信号及二分频的振荡模式的幅度、相位，τ为引入的延时，βn(n＝0,1)为调制器的调制系数，J1(βn)为第一阶贝塞尔函数，Vπ_RF为调制器的半波电压。3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，利用工作在最小传输点的推挽式马赫曾德尔调制器将合波器的输出信号调制于光载波上，以生成载波抑制强度调制信号。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。5.一种光子型微波二分频器，其特征在于，包括光电振荡环路以及用...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘时龙，刘世锋，吕凯林，潘万胜，赵晗汀，傅剑斌，周鸿臻，
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