一种超外差微波光子接收系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超外差微波光子接收系统，包括电预处理单元、载波激光器、电光上变换单元、本振激光器、光电下变换单元、电本振源、高中频下变频单元等；电预处理单元用于对待测微波信号进行频段预选滤波后输入电光上变换单元；电光上变换单元用于将微波信号上变换到载波激光器输出的光载波上，得到光载微波信号；本振激光器用于产生全光本振；光电下变换单元用于利用全光本振将光载微波信号下变换到高中频信号；电本振源用于产生高中频电本振；高中频下变频单元用于将高中频信号下变频到低中频或基带。本发明专利技术利用两级变频方式，结合超宽带全光本振，替代了传统纯电变频和微波光子变频方式，解决了超宽带接收技术中的变频技术瓶颈。瓶颈。瓶颈。

【技术实现步骤摘要】
一种超外差微波光子接收系统及方法


[0001]本专利技术涉及微波光子和微波射频
，尤其涉及一种超外差微波光子接收系统及方法。

技术介绍

[0002]当前的接收机体制是传统的基于纯电子器件和技术的，其典型系统架构有两类：外差架构和零差架构。外差架构将微波信号下变频到低中频，具有良好的镜像等杂散抑制能力和较大的动态范围，但系统复杂、瞬时带宽小，常被频谱分析仪等高端设备采用。零差架构将微波信号直接下变频到基带，结构简单，瞬时带宽大，但镜像等杂散抑制能力差、动态范围较小，常被通信接收机等小型化低成本设备采用。
[0003]随着无线通信、军事应用等需求的不断增长，比如超宽带频谱分析、超宽带电子侦察、新型雷达、5G以至6G等应用向着高频段和大宽带拓展，对接收机的综合性能要求越来越高，包括更大的接收频谱范围、更大的瞬时带宽，同时兼顾良好的杂散抑制能力等。在纯电器件条件下，传统外差架构和零差架构都存在显著的技术瓶颈，主要受限于超宽带可调谐电本振、超宽带可调谐电滤波器和超宽带电混频器等器件的实现和综合性能方面。因此，近年来业界开始尝试将光子技术与微波技术相结合，研究利用光子技术的优势突破传统电子接收机的技术瓶颈。
[0004]当前，超外差微波光子接收系统技术的典型架构是光子零差架构，即利用零差光子变频替代传统技术中的电混频，其主要优势在于，光混频器件可以在超宽的频谱范围上将微波信号下变频到基带或低中频，变频一致性较好，瞬时带宽较大，交调杂散较小等。但该架构仍存在若干技术瓶颈：
[0005]1、需要超宽带覆盖的电本振源，以电光调制方式产生光电混合本振，再通过光子变频将光载微波信号下变换到基带或低中频，因此该架构继承了传统技术中电本振的全部瓶颈问题，本振技术没有本质的突破；
[0006]2、IQ幅相失配带来的杂散干扰；
[0007]3、微波信号变频存在低频段盲区(<5GHz)；
[0008]4、存在直流偏移。
[0009]与上述光子零差架构相比，光子外差架构应当具有更高的镜像等杂散抑制能力，全频带变频能力和更低的直流偏移等优势。但受限于超宽带可调谐本振、超宽带可调谐滤波器等方面的技术瓶颈，现有光子外差技术尚不成熟。
[0010]因此，有必要从系统架构层面，提出一种新型超外差微波光子接收系统，克服现有技术问题，为超外差微波光子接收系统的发展指明方向。

技术实现思路

[0011]本专利技术要解决的技术问题在于，现有技术受限于超宽带电本振源、并存在杂散干扰、低频段微波信号无法有效变频的问题，本专利技术从系统架构层面，提供一种超外差微波光
子接收系统，使得接收机在工作频谱范围、瞬时带宽、镜像和杂散抑制、低非线性等方面，具有更高的综合应用性能。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超外差微波光子接收系统，包括：信号输入单元、电预处理单元、载波激光器、电光上变换单元、本振激光器、光电下变换单元、电本振源、高中频下变频单元、信号输出单元；
[0013]所述信号输入单元用于接收待检测的微波信号；所述电预处理单元用于对所述微波信号进行频段预选滤波和放大后输入所述电光上变换单元；
[0014]所述载波激光器用于产生光载波；所述本振激光器用于产生全光本振；
[0015]所述电光上变换单元用于将经过频段预选滤波和放大后的微波信号上变换到所述载波激光器输出的光载波上，得到光载微波信号；
[0016]所述光电下变换单元用于利用所述全光本振将所述光载微波信号下变换到高中频信号；
[0017]所述电本振源用于产生高中频电本振；
[0018]所述高中频下变频单元用于利用所述高中频电本振将所述高中频信号下变频到低中频或基带并经所述信号输出单元输出。
[0019]优选地，所述电预处理单元包括：第一多通道电开关、电预放大器组、频段预选滤波器组和第二多通道电开关；所述第一多通道电开关用于将输入的所述微波信号分路为多个电预处理通道；每个所述电预处理通道中的所述微波信号经所述电预放大器和所述频段预选滤波器后输入至所述第二多通道电开关；所述第二多通道电开关将其中一个所述电预处理通道中的微波信号导通输入所述电光上变换单元。
[0020]优选地，所述频段预选滤波器为宽带固定电滤波器。
[0021]优选地，所述超外差微波光子接收系统还包括光子预处理单元；所述光子预处理单元用于对由所述电光上变换单元输入的所述光载微波信号进行光频段预选滤波后输入所述光电下变换单元。
[0022]优选地，所述光子预处理单元包括：光放大器、第一多通道光开关、光滤波器组和第二多通道光开关；所述光载微波信号经所述光放大器后进入所述第一多通道开关，所述第一多通道光开关将输入的所述光载微波信号分路为多个光预处理通道；每个所述光预处理通道中的所述光载微波信号经所述光滤波器后进入所述第二多通道光开关；所述第二多通道光开关将其中一个所述光预处理通道中的光载微波信号导通输入所述光电下变换单元。
[0023]优选地，所述光电下变换单元包括光耦合器和光电探测器；所述光载微波信号和所述全光本振在所述光电耦合器中耦合并在所述光电探测器中发生拍频。
[0024]优选地，所述高中频下变频单元包括高中频放大器、高中频滤波器、高中频混频器和低通滤波器；所述高中频信号经所述高中频放大器和所述高中频滤波器后输入所述高中频混频器；所述高中频混频器利用所述高中频电本振将所述高中频信号下变频到低中频或基带，通过所述低通滤波器后由所述信号输出单元输出。
[0025]优选地，所述高中频混频器为电混频器；或
[0026]所述高中频混频器为光混频器。
[0027]优选地，所述超外差微波光子接收系统还包括管控单元；所述管控单元用于提取
所述光载波和所述全光本振的相对频偏误差和相位噪声，对所述高中频信号的频偏误差和拍频相噪进行补偿校正。
[0028]本专利技术还提供了一种超外差微波光子接收方法，利用前述任一项所述的超外差微波光子接收系统实现。
[0029]实施本专利技术的超外差微波光子接收系统及方法，具有以下有益效果：
[0030](1)本专利技术提出的全光本振，替代了传统纯电接收机架构和现有微波光子接收系统架构中的可调谐电本振，解决了超宽带接收技术中的本振技术瓶颈。全光本振具有超宽的频率调谐范围，超宽带一致性好，谐波杂散小等优势，远优于可调谐电本振，能够有效支撑超宽带微波频谱信号的高性能下变频接收；
[0031](2)本专利技术提出的超外差光子变频技术，替代传统接收机架构中的全电变频技术，和当前微波光子接收系统架构中的光子变频技术，尤其是普遍采用的零差光子变频技术。超外差光子变频技术包含两级变频过程，分别是第一级光子变频，将任意频段的微波信号变频到固定的高中频，第二级变频(可以是光子变频也可以是电变频)将该高中频信号下变频到低中频或基带。超外差光子变频技术，具有超宽频谱的微波信号变频能力，较大的瞬时带宽(典型值500MHz，还可支持更大的变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超外差微波光子接收系统，其特征在于，包括：信号输入单元、电预处理单元、载波激光器、电光上变换单元、本振激光器、光电下变换单元、电本振源、高中频下变频单元、信号输出单元；所述信号输入单元用于接收待检测的微波信号；所述电预处理单元用于对所述微波信号进行频段预选滤波和放大后输入所述电光上变换单元；所述载波激光器用于产生光载波；所述本振激光器用于产生全光本振；所述电光上变换单元用于将经过频段预选滤波和放大后的微波信号上变换到所述载波激光器输出的光载波上，得到光载微波信号；所述光电下变换单元用于利用所述全光本振将所述光载微波信号下变换到高中频信号；所述电本振源用于产生高中频电本振；所述高中频下变频单元用于利用所述高中频电本振将所述高中频信号下变频到低中频或基带并经所述信号输出单元输出。2.根据权利要求1所述的超外差微波光子接收系统，其特征在于，所述电预处理单元包括：第一多通道电开关、电预放大器组、频段预选滤波器组和第二多通道电开关；所述第一多通道电开关用于将输入的所述微波信号分路为多个电预处理通道；每个所述电预处理通道中的所述微波信号经所述电预放大器和所述频段预选滤波器后输入至所述第二多通道电开关；所述第二多通道电开关将其中一个所述电预处理通道中的微波信号导通输入所述电光上变换单元。3.根据权利要求2所述的超外差微波光子接收系统，其特征在于：所述频段预选滤波器为宽带固定电滤波器。4.根据权利要求1所述的超外差微波光子接收系统，其特征在于：所述超外差微波光子接收系统还包括光子预处理单元；所述光子预处理单元用于对由所述电光上变换单元输入的所述光载微波信号进行光频段预选滤波后输入所述光电下变换单元。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高光宇，梁启军，刘乃金，彭焕发，刘紫玉，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：