基于微波光子学的宽范围高精度微波频率测量方法及装置制造方法及图纸

一种基于微波光子学的宽范围高精度微波频率测量方法及装置，属于微波光子学技术领域。由可调激光器、耦合器、相位调制器、强度调制器1、强度调制器2、滤波器、矢量网络分析仪、隔离器、单模光纤1、单模光纤2、环形器1、环形器2、微波信号源1、微波信号源2、直流稳压电源1、直流稳压电源2、光电转换器组成。由矢量网络分析仪测量出幅频特性曲线与相频特性曲线，进而实现未知信号频率的粗略测量和精确测量。本发明专利技术采用两个泵浦光，实现增益谱损耗谱抵消，增加多频测量范围；本发明专利技术基于布里渊散射相频特性构建相移‑频率函数曲线，通过相移‑频率函数曲线得到待测微波信号的频率值，提高了测量的精度。

Wide range and high precision microwave frequency measurement method and device based on Microwave Photonics

【技术实现步骤摘要】
基于微波光子学的宽范围高精度微波频率测量方法及装置
本专利技术属于微波光子学
，具体涉及一种基于微波光子学的宽范围高精度微波频率测量方法及装置。
技术介绍
随着信息技术的高速发展，传统的电学微波频率测量技术由于“电子瓶颈”的制约，电子系统的频带宽度将会越来越难提高，而且电子系统具有大的体积和重量，高昂的高速器件成本，这些都限制了其在实际中的应用。基于微波光子技术的瞬时频率测量(IFM)应用于通讯、导航、雷达、电子战等系统中，受到广泛的关注和研究。微波光子学结合光子学理论和微波理论，兼顾了微波和光子学的优势，基于微波光子学的微波频率测量技术具有损耗低、工作带宽大、系统体积小、可重构性好、抗电磁干扰等固有优点，因此，利用微波光子学技术构建的微波频率测量系统能够很好地解决传统的电学微波频率测量系统存在的问题。利用光子辅助技术实现微波频率测量得到了飞速发展，这些技术主要分为：频率到微波功率或光功率的映射、频率到时间的映射、四波混频效应以及受激布里渊效应等。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于受激布里渊增益谱损耗谱相抵消和相移谱的微波频率测量方法及装置。本专利技术所述的微波光子频率测量装置的结构如图1所示，由可调激光器、耦合器、相位调制器、强度调制器1、强度调制器2、滤波器、矢量网络分析仪、隔离器、单模光纤1、单模光纤2、环形器1、环形器2、微波信号源1、微波信号源2、直流稳压电源1、直流稳压电源2、光电转换器组成。可调激光器输出的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二两个支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，相位调制器输出的信号经过隔离器进入单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的探测光；隔离器具有单向传输特性，光信号从相位调制器到单模光纤2传输方向的衰减比较小，而从单模光纤2到相位调制器传输方向的衰减则很大，所以从单模光纤2到相位调制器传输方向的光信号经过隔离器后通过的光信号很少，不会对相位调制器产生影响，保证相位调制器处于稳定的工作状态；耦合器输出的第二支路的光信号由1端口输入到环形器1(环形器1的工作方向如图1中所示，即光信号从1端口输入2端口输出，从2端口输入从3端口输出)中，再从2端口输出到单模光纤1中，在单模光纤1中发生受激布里渊散射效应，然后从2端口输入到环形器1中，再由3端口输出进入到强度调制器1中；待测频率为fx的微波信号由微波信号源1输出，并作为强度调制器1的微波信号输入；强度调制器1的直流偏置端与直流稳压电源1相连接，通过直流稳压电源1给强度调制器1施加直流偏置电压，使强度调制器1工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；强度调制器1输出的载波抑制的双边带调制光信号通过滤波器滤掉下边带，实现抑制载波的单边带调制；然后进入到强度调制器2中，固定频率为VB(VB为布里渊频移)的微波信号由微波信号源2输出，作为强度调制器2的微波信号输入，强度调制器2的直流偏置端与直流稳压电源2相连接，通过直流稳压电源2给强度调制器2施加直流偏置电压，使强度调制器2工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；调制后的光信号通过环形器2的1端口输入2端口输出，进入单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光；当泵浦光与探测光之间的频率间隔为布里渊频移量VB时，受激布里渊散射效应发生，使探测光的幅度发生增益或者衰减，相位也发生相应的变化，探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换；经受激布里渊散射效应处理的探测光从2端口进入到环形器2，再从3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中去，由矢量网络分析仪测量出幅频特性曲线与相频特性曲线，进而实现未知信号频率的粗略测量和精确测量。系统连接好之后，打开所有的仪器设备开关，使所有的设备处于工作状态，可调激光器输出频率为fc的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二支路；第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列包含频率为fs的扫频微波信号调制，这些扫频信号的频率间隔设置为为在单模光纤1和单模光纤2中产生受激布里渊散射效应时布里渊增益的线宽)，这样能够保证测量时fs落在泵浦光产生的相移谱的单调区间之中；相位调制器输出的信号fc、fc±fs、fc±(如图2(1)所示)经过隔离器进入单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的探测光；耦合器输出的第二支路的光信号通过环形器1的1端口输入并由2端口输出进入到单模光纤1中，fc作为泵浦光，调节可调激光器输出功率，使第二支路光信号功率超过单模光纤1的受激布里渊散射阈值，从而在单模光纤1中发生受激布里渊散射效应，受激布里渊散应产生的光信号从2端口进入到环行器1中，并从环形器1的3端口输出频率为fc+VB的光信号(如图2(2)所示)，该光信号进入第一强度调制器1；待测频率为fx的微波信号由第一微波信号源1输出进入第一强度调制器1的射频输入端口，调整与第一强度调制器1相连的第一直流电压源1的输出电压，使第一强度调制器1工作在抑制载波的双边带调制状态，输出频率值为fc+fx-VB和fc+fx+VB的下边带和上边带信号；之后调节滤波器的波长和带宽滤掉下边带，使频率值为fc+fx+VB(如图2(3)所示)的上边带信号进入到强度调制器2中；微波信号源2输出的频率为VB的信号进入强度调制器2的射频输入端口，对频率为fc+fx+VB的上边带信号进行强度调制，强度调制器2的直流偏置端与直流稳压电源2相连接，通过直流稳压电源2给强度调制器2施加直流偏置电压，使强度调制器2工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制，输出频率值为fc+fx+2VB和fc+fx的上、下阶边信号(如图2(4)所示)；强度调制器2输出的光信号通过环形器2的1口输入2口输出，进入单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光；当泵浦光与探测光的频率差值为布里渊频移量时，受激布里渊散射效应发生，探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换(如图2(4)所示)，由于频率为fc+fx+2VB和fc+fx的两个泵浦光的频率间隔为2VB，泵浦光fc+fx的损耗谱与泵浦光fc+fx+2VB的增益谱完全抵消；由于布里渊增益损耗补偿，频率为fc+fx-VB的增益谱和频率为fc+fx+3VB的损耗谱之间的间隔为4VB(如图2(5)所示)；同时由于布里渊散射效应，探测光幅度增加或衰减的同时探测光的相位也发生相应变化，经受激布里渊散射效应处理的频率为fc+fx-VB和fc+fx+3VB的光信号从环形器2的3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中，能得到与待测频率为fx的微波信号对应的幅频特性和相频特性曲线(如图2(5)所示)。为了实现精确测量需要分段构建相移-频率特性曲线，分段的相移-频率特性曲线的构建方法如下：使微波信号源1从图1所示装置能够测量的最小频率f0开始，以微小步进(1MHz～5MHz)增加至频率为f1＝f0+1/2ΔVB(如图3(1)所示)，通过图1所示装置在矢量网络分析仪中得到一系列与第一微波信号源1输出信号对应的相频特性数据，建立当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于受激布里渊增益谱损耗谱相抵消和相移谱的微波频率测量装置，其特征在于：是由可调激光器、耦合器、相位调制器、第一强度调制器1、第二强度调制器2、滤波器、矢量网络分析仪、隔离器、第一单模光纤1、第二单模光纤2、第一环形器1、第一环形器2、第一微波信号源1、第二微波信号源2、第一直流稳压电源1、第二直流稳压电源2、光电转换器组成；/n可调激光器输出的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二两个支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，相位调制器输出的信号经过隔离器进入第二单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的探测光；/n耦合器输出的第二支路的光信号由1端口输入到第一环形器1中，再从2端口输出到第一单模光纤1中，在第一单模光纤1中发生受激布里渊散射效应，布里渊频移为V

【技术特征摘要】
1.一种基于受激布里渊增益谱损耗谱相抵消和相移谱的微波频率测量装置，其特征在于：是由可调激光器、耦合器、相位调制器、第一强度调制器1、第二强度调制器2、滤波器、矢量网络分析仪、隔离器、第一单模光纤1、第二单模光纤2、第一环形器1、第一环形器2、第一微波信号源1、第二微波信号源2、第一直流稳压电源1、第二直流稳压电源2、光电转换器组成；
可调激光器输出的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二两个支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，相位调制器输出的信号经过隔离器进入第二单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的探测光；
耦合器输出的第二支路的光信号由1端口输入到第一环形器1中，再从2端口输出到第一单模光纤1中，在第一单模光纤1中发生受激布里渊散射效应，布里渊频移为VB；然后从2端口输入到环形器1中，再由3端口输出进入到强度调制器1中；待测频率为fx的微波信号由微波信号源1输出，并作为第一强度调制器1的微波信号输入；第一强度调制器1的直流偏置端与第一直流稳压电源1相连接，通过第一直流稳压电源1给第一强度调制器1施加直流偏置电压，使第一强度调制器1工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；第一强度调制器1输出的载波抑制的双边带调制光信号通过滤波器滤掉下边带，实现抑制载波的单边带调制；然后进入到第二强度调制器2中，固定频率为VB的微波信号由第二微波信号源2输出，作为第二强度调制器2的微波信号输入，第二强度调制器2的直流偏置端与第二直流稳压电源2相连接，通过第二直流稳压电源2给第二强度调制器2施加直流偏置电压，使第二强度调制器2工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；调制后的光信号通过第二环形器2的1端口输入2端口输出，进入第二单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光；当泵浦光与探测光之间的频率间隔为布里渊频移量VB时，受激布里渊散射效应发生，使探测光的幅度发生增益或者衰减，相位也发生相应的变化，探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换；经受激布里渊散射效应处理的探测光从2端口进入到环形器2，再从3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中去，由矢量网络分析仪测量出幅频特性曲线与相频特性曲线，进而实现未知信号频率的粗略测量和精确测量。


2.如权利要求1所述的一种基于受激布里渊增益谱损耗谱相抵消和相移谱的微波频率测量装置，其特征在于：选用波长为1530nm～1565nm的可调谐激光器作载波光源；耦合器为5:5的耦合器；第一强度调制器1和第二强度调制器2的带宽为20GHz；相位调制器的带宽为38GHz；第一单模光纤1和第二单模光纤2的长度为500m～2000m，受激布里渊频移量VB为9GHz～11GHz；隔离器的隔离度大于40dB；光电转换器的带宽为40GHz；矢量网络分析仪的频率范围为50MHz～40GHz；第一微波信号源1和第二微波信号源2的输出频率范围为1GHz～70GHz；第一直流稳压电源1和第二直流稳压电源2的输出电压的幅度在1V～20V可调；可调光滤波器的可调带宽为50pm-800pm。


3.一种基于受激布里渊增益谱损耗谱相抵消和相移谱的微波频率测量方法，其特征在于：权利要求1所述的系统连接好之后，打开所有的仪器设备开关，使所有的设备处于工作状态，可调激光器输出频率为fc的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二支路；第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列包含频率为fs的扫频微波信号调制，这些扫频信号的频率间隔设置为Δ...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，王迪，张歆东，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22