本发明专利技术公开了一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片，包括：片上激光器、第一MMI分路器、第二MMI分路器、第一电吸收调制器、第二电吸收调制器、第三电吸收调制器、马赫增德尔光干涉器、第一热控移相波导、第二热控移相波导、第三热控移相波导、第四热控移相波导、第一SOA光放大器、第二SOA光放大器、第三SOA光放大器、第四SOA光放大器、第一光正交耦合器、第二光正交耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第三平衡光电探测器和第四平衡光电探测器。本发明专利技术基于片上单频光载波以及多个片上独立电调制器实现宽带射频信道化分和I/Q下变频，降低传统系统方案对光源以及并行调制部件的工艺需求，提高鲁棒性。
【技术实现步骤摘要】
一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片
本专利技术属于微波光子信号处理
，尤其涉及一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片。
技术介绍
I/Q混频接收机通过微波I/Q混频器将RF信号直接下变频到同向和正交基带，不存在镜像频率干扰，信道选择可以在中频和基带完成，因此不需要高Q值的镜像抑制滤波器和中频信道选择滤波器，是目前极具竞争力的一个接收机架构，在无线电领域得到广泛关注，近些年其研究和应用也逐步增多。光子技术利用其大带宽、低频率相关损耗、无电磁干扰的优势，实现微波信号的瞬时处理。将光子技术与I/Q中频接收技术相结合，实现子光I/Q中频接收机，能够满足未来电子系统大瞬时带宽、宽工作频段、轻便灵活、抗电磁干扰的发展需要。光子I/Q零中频接收机按照根据LO正交相位的实现方法，大致可分为电移相、色散移相、光子移相三类。2014年之前报道的光子I/Q混频系统主要以电移相和色散移相为主。由于电移相和色散移相方法依赖工作频率，难以实现宽频带相位的一致性，2014年以来，尤其在2016年，涌现出多个利用光子学方法同时实现微波混频和移相的研究报道，旨在构造带宽更有优势的光子I/Q混频系统。典型方案可分为以下几类：类型一通道独立滤波直接强度探测单载波或多载波对RF调制，分路或解复用变为多个信道，每个信道通过单通道FBG、PS-FBG、F-P腔等滤波后直接强度探测。缺点：要求光滤波器窄带宽、Q因子好、通带波长稳定性好，这难以做到。且该方法只能强度探测，不能提取RF相位信息。类型二基于单光梳加光滤波器信道化接收RF路与1类似，RF调制到单载波，分路、单独滤波，实现信道分离；另外有一路LO光梳，梳线间隔等于信道间隔；RF路和LO路I/Q下变频。优点：LO光梳间隔小，容易得到多线LO光梳。缺点：对光滤波器要求高(通道多、Q因子高、稳定性好)类型三基于双光梳及光滤波的信道化接收使用光梳调制RF信号，实现RF信号在多波长的复制。每根梳线对应一个信道，单独滤波、下变频等处理。可分为光滤波信道划分法、直接I/Q下变频法。缺点：难以得到多梳线、大间隔、相干的双光梳；对梳状滤波器的Q因子和稳定性要求高。类型四基于单光源光频移的宽带多路信道化接收利用单频激光器实现I/Q处理并在中频进行更精细的电信道化分，解决了传统光I/Q接收对光频梳的性能要求，并且舍弃光域窄带滤波途径，采用统一中频电滤波的方式进行信道化分。相干探测后得到I/Q两路中频信息。缺点：方案涉及到多个并联的QPSK调制模块完成LO频移，需要严格匹配频移模块内上下支路的幅相一致性以及调制一致性。考虑到现阶段的光子集成加工工艺误差，此特性不利于系统方案的芯片化。目前光子集成工艺支持的模拟调制器，相比离散系统使用的铌酸锂类型调制器，其消光比效果较差，难以实现有效的边带抑制功能。综合以上信道化方案分析，可以发现目前接收实施中存在以下难点：多通道、稳定、Q因子高、精细度1GHz以下的光滤波不易实现；相干、多线、大间隔的光梳不易产生；光梳的使用恶化接收机损耗和噪声系数；对单个器件性能要求高，难以实现片上复制。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片，基于片上单频光载波以及多个片上独立电调制器实现宽带射频信道化分和I/Q下变频，降低传统系统方案对光源以及并行调制部件的工艺需求，提高鲁棒性。并且用一级本振调制实现与射频信号的频谱匹配，且后续无需进行滤波处理，实现更为简单。本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片，包括：片上激光器、第一MMI分路器、第二MMI分路器、第一电吸收调制器、第二电吸收调制器、第三电吸收调制器、马赫增德尔光干涉器、第一热控移相波导、第二热控移相波导、第三热控移相波导、第四热控移相波导、第一SOA光放大器、第二SOA光放大器、第三SOA光放大器、第四SOA光放大器、第一光正交耦合器、第二光正交耦合器、第一平衡光电探测器、第二平衡光电探测器、第三平衡光电探测器和第四平衡光电探测器；其中，片上激光器输出连续光信号经第一MMI分路器后分为第一光支路和第二光支路；第一光支路经波导加载至第一电吸收调制器的光输入端，外部射频源输出宽带射频信号至第一电吸收调制器的射频输入端；第一电吸收调制器将第一光支路的信号与宽带射频信号调制后得到双边带宽带射频信号，并将双边带宽带射频信号传输到马赫增德尔光干涉器，马赫增德尔光干涉器将双边带宽带射频信号分离为上边带射频调制信号和下边带射频调制信号；第二光支路经过第二MMI分路器分成功率相等的第三光支路和第四光支路，第三光支路经波导分别加载至第二电吸收调制器的光输入端和第三电吸收调制器的光输入端，外部本振源输出第一单频本振信号至第二电吸收调制器的射频输入端，外部本振源输出第二单频本振信号至第三电吸收调制器的射频输入端；上边带射频调制信号依次经第一热控移相波导和第一SOA光放大器得到第一放大射频调制信号，第一放大射频调制信号经直波导输入至第一光正交耦合器；下边带射频调制信号依次经第二热控移相波导和第二SOA光放大器得到第二放大射频调制信号；第二放大射频调制信号经交叉波导输入至第二光正交耦合器；第一单频本振信号依次经第三热控移相波导和第三SOA光放大器得到第一放大本振信号；第一放大本振信号经直波导输入至第一光正交耦合器；第二单频本振信号依次经第四热控移相波导和第四SOA光放大器得到第二放大本振信号；第二放大本振信号经直波导输入至第二光正交耦合器；第一光正交耦合器将第一放大射频调制信号和第一放大本振信号进行功率二分路、独立移相以及射频信号与本振信号合成处理后得到第一合成信号、第二合成信号、第三合成信号和第四合成信号，第一合成信号和第二合成信号均传输至第一平衡光电探测器，第三合成信号和第四合成信号均传输至第二平衡光电探测器；其中，第一合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第一合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相同；第二合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第二合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差180°；第三合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第三合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差90°；第四合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第四合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差270°；第二光正交耦合器将第二放大射频调制信号和第二放大本振信号进行功率二分路、独立移相以及射频信号与本振信号合成处理后得到第五合成信号、第六合成信号、第七合成信号和第八合成信号，第五合成信号和第六合成信号均传输至第第三平衡光电探测器，第七合成信号和第八合成信号均传输至第四平衡光电探测器；其中，第五合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第五合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相同；第六合成信号中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片，其特征在于包括：片上激光器(1)、第一MMI分路器(2)、第二MMI分路器(3)、第一电吸收调制器(4)、第二电吸收调制器(5)、第三电吸收调制器(6)、马赫增德尔光干涉器(7)、第一热控移相波导(8)、第二热控移相波导(9)、第三热控移相波导(10)、第四热控移相波导(11)、第一SOA光放大器(12)、第二SOA光放大器(13)、第三SOA光放大器(14)、第四SOA光放大器(15)、第一光正交耦合器(16)、第二光正交耦合器(17)、第一平衡光电探测器(18)、第二平衡光电探测器(19)、第三平衡光电探测器(20)和第四平衡光电探测器(21)；其中，/n片上激光器(1)输出连续光信号经第一MMI分路器(2)后分为第一光支路和第二光支路；/n第一光支路经波导加载至第一电吸收调制器(4)的光输入端，外部射频源输出宽带射频信号至第一电吸收调制器(4)的射频输入端；第一电吸收调制器(4)将第一光支路的信号与宽带射频信号调制后得到双边带宽带射频信号，并将双边带宽带射频信号传输到马赫增德尔光干涉器(7)，马赫增德尔光干涉器(7)将双边带宽带射频信号分离为上边带射频调制信号和下边带射频调制信号；/n第二光支路经过第二MMI分路器(3)分成功率相等的第三光支路和第四光支路，第三光支路经波导分别加载至第二电吸收调制器(5)的光输入端和第三电吸收调制器(6)的光输入端，外部本振源输出第一单频本振信号至第二电吸收调制器(5)的射频输入端，外部本振源输出第二单频本振信号至第三电吸收调制器(6)的射频输入端；/n上边带射频调制信号依次经第一热控移相波导(8)和第一SOA光放大器(12)得到第一放大射频调制信号，第一放大射频调制信号经直波导输入至第一光正交耦合器(16)；/n下边带射频调制信号依次经第二热控移相波导(9)和第二SOA光放大器(13)得到第二放大射频调制信号；第二放大射频调制信号经交叉波导输入至第二光正交耦合器(17)；/n第一单频本振信号依次经第三热控移相波导(10)和第三SOA光放大器(14)得到第一放大本振信号；第一放大本振信号经直波导输入至第一光正交耦合器(16)；/n第二单频本振信号依次经第四热控移相波导(11)和第四SOA光放大器(15)得到第二放大本振信号；第二放大本振信号经直波导输入至第二光正交耦合器(17)；/n第一光正交耦合器(16)将第一放大射频调制信号和第一放大本振信号进行功率二分路、独立移相以及射频信号与本振信号合成处理后得到第一合成信号、第二合成信号、第三合成信号和第四合成信号，第一合成信号和第二合成信号均传输至第一平衡光电探测器(18)，第三合成信号和第四合成信号均传输至第二平衡光电探测器(19)；其中，第一合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第一合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相同；第二合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第二合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差180°；第三合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第三合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差90°；第四合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第四合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差270°；/n第二光正交耦合器(17)将第二放大射频调制信号和第二放大本振信号进行功率二分路、独立移相以及射频信号与本振信号合成处理后得到第五合成信号、第六合成信号、第七合成信号和第八合成信号，第五合成信号和第六合成信号均传输至第第三平衡光电探测器(20)，第七合成信号和第八合成信号均传输至第四平衡光电探测器(21)；其中，第五合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第五合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相同；第六合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第六合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差180°；第七合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第七合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差90°；第八合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第八合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差270°。/n...
【技术特征摘要】
1.一种四通道磷化铟光I/Q零中频信道化接收芯片，其特征在于包括：片上激光器(1)、第一MMI分路器(2)、第二MMI分路器(3)、第一电吸收调制器(4)、第二电吸收调制器(5)、第三电吸收调制器(6)、马赫增德尔光干涉器(7)、第一热控移相波导(8)、第二热控移相波导(9)、第三热控移相波导(10)、第四热控移相波导(11)、第一SOA光放大器(12)、第二SOA光放大器(13)、第三SOA光放大器(14)、第四SOA光放大器(15)、第一光正交耦合器(16)、第二光正交耦合器(17)、第一平衡光电探测器(18)、第二平衡光电探测器(19)、第三平衡光电探测器(20)和第四平衡光电探测器(21)；其中，
片上激光器(1)输出连续光信号经第一MMI分路器(2)后分为第一光支路和第二光支路；
第一光支路经波导加载至第一电吸收调制器(4)的光输入端，外部射频源输出宽带射频信号至第一电吸收调制器(4)的射频输入端；第一电吸收调制器(4)将第一光支路的信号与宽带射频信号调制后得到双边带宽带射频信号，并将双边带宽带射频信号传输到马赫增德尔光干涉器(7)，马赫增德尔光干涉器(7)将双边带宽带射频信号分离为上边带射频调制信号和下边带射频调制信号；
第二光支路经过第二MMI分路器(3)分成功率相等的第三光支路和第四光支路，第三光支路经波导分别加载至第二电吸收调制器(5)的光输入端和第三电吸收调制器(6)的光输入端，外部本振源输出第一单频本振信号至第二电吸收调制器(5)的射频输入端，外部本振源输出第二单频本振信号至第三电吸收调制器(6)的射频输入端；
上边带射频调制信号依次经第一热控移相波导(8)和第一SOA光放大器(12)得到第一放大射频调制信号，第一放大射频调制信号经直波导输入至第一光正交耦合器(16)；
下边带射频调制信号依次经第二热控移相波导(9)和第二SOA光放大器(13)得到第二放大射频调制信号；第二放大射频调制信号经交叉波导输入至第二光正交耦合器(17)；
第一单频本振信号依次经第三热控移相波导(10)和第三SOA光放大器(14)得到第一放大本振信号；第一放大本振信号经直波导输入至第一光正交耦合器(16)；
第二单频本振信号依次经第四热控移相波导(11)和第四SOA光放大器(15)得到第二放大本振信号；第二放大本振信号经直波导输入至第二光正交耦合器(17)；
第一光正交耦合器(16)将第一放大射频调制信号和第一放大本振信号进行功率二分路、独立移相以及射频信号与本振信号合成处理后得到第一合成信号、第二合成信号、第三合成信号和第四合成信号，第一合成信号和第二合成信号均传输至第一平衡光电探测器(18)，第三合成信号和第四合成信号均传输至第二平衡光电探测器(19)；其中，第一合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第一合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相同；第二合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第二合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差180°；第三合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第三合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差90°；第四合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第四合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差270°；
第二光正交耦合器(17)将第二放大射频调制信号和第二放大本振信号进行功率二分路、独立移相以及射频信号与本振信号合成处理后得到第五合成信号、第六合成信号、第七合成信号和第八合成信号，第五合成信号和第六合成信号均传输至第第三平衡光电探测器(20)，第七合成信号和第八合成信号均传输至第四平衡光电探测器(21)；其中，第五合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第五合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相同；第六合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第六合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号的相位相差180°；第七合成信号中的射频信号的相位与第一放大射频调制信号的相位相同，第七合成信号中的本振信号的相位与第一放大本振信号...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁栋，李小军，谭庆贵，李立，夏梅尼，刘永，王杨婧，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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