一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统，本发明专利技术利用两组光谱互不交叠的超短光脉冲序列分别对待变频信号进行光采样，再经过光电转换后实现信号的多频段上、下变频，并通过两个环形器和单根普通单模光纤构建的双向传输链路，同时实现了发射端信号的远端多频段上变频和多个远端接收射频信号的回传下变频，具有上、下变频一体化和多频段变频的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统


[0001]本专利技术属于光电
和光纤通信
，具体是一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统。

技术介绍

[0002]微波变频技术被广泛应用于蜂窝移动通信、卫星通信、雷达探测等众多领域。在移动通信系统中，为了解决频谱资源短缺的困境，射频工作频段的不断提升是未来发展趋势。然而，传统的电子变频技术受限于“电子瓶颈”，对高频信号处理时存在相噪劣化、成本较高、电磁干扰等问题。此外，随着射频信号的高频化，其在空气中的传输损耗增加且绕射能力减弱，通过增加基站数量可以保证覆盖面积，但是又导致了总功耗和硬件成本急剧上升的问题。
[0003]微波光子变频技术具有大带宽、低损耗、抗电磁干扰等特性，是突破传统电子变频方法在高频段性能限制的潜在途径。对于下行链路，利用微波光子技术在中心站产生光学本振信号和中频调制边带，通过光纤传输至基站，拍频后实现信号的微波上变频和发射；对于上行链路，在基站中将接收到的射频信号加载在光载波上，通过光纤回传至中心站实现下变频。这样即能实现信号的远距离、低损耗馈送，又能用更简单的基站结构和更低的基站功耗实现信号的上下变频。
[0004]现有的微波光子变频方案中，大多通过电光调制器偏置点的调节而实现上变频和下变频功能的切换。例如，2020年F.Yang等人提出利用光电振荡器产生光学本振信号，双偏振双平行调制器（DP
‑
DPMZM）加载中频信号，并通过DP
‑
DPMZM偏置电压的调节实现了微波信号的上变频和下变频功能（F. Yang, D. Wang, et al.,
ꢀ“
Photonics
‑
Assisted Frequency Up/Down Conversion With Tunable OEO and Phase Shift.
”ꢀ
Journal of Lightwave Technology, 38(23), 2020:6446
‑
6457）。但是这类方案中，上、下变频必须时分切换，无法在同一时刻实现发射端信号的上变频和接收端信号的下变频。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统，直流光源与第一光纤耦合器连接，所述第一光纤耦合器与调制模块连接，所述调制模块与第一波分复用器连接。
[0007]所述第一波分复用器分别与第二电光强度调制器、第二光纤耦合器连接，第二射频源与第二电光强度调制器连接，所述第二电光强度调制器与第二光纤耦合器连接，所述第二光纤耦合器与第二色散补偿光纤连接，所述第二色散补偿光纤与第一光环形器端口1连接，所述第一光环形器端口3与第三色散补偿光纤连接，所述第三色散补偿光纤与第二光电探测器连接，所述第二光电探测器与第二电带通滤波器连接。
[0008]所述第一光环形器端口2与第二光环形器端口2之间通过单模光纤连接，所述第二光环形器的端口3与第二波分复用器的输入端连接，所述第二波分复用器分别与第一光电探测器、第三电光强度调制器连接，所述第一光电探测器与第一电带通滤波器连接，天线与第三电光强度调制器连接，所述第三电光强度调制器的输出端与第二光环形器的端口1连接。
[0009]进一步的，所述调制模块包括第一电光强度调制器和电光相位调制器，所述第一光纤耦合器与第一电光强度调制器连接，所述第一电光强度调制器与电光相位调制器连接，所述电光相位调制器与第一色散补偿光纤连接，所述第一色散补偿光纤与第一波分复用器连接，调制模块用于对直流光源产生的直流光载波进行调制，然后产生两组中心波长分别为λ1、λ2光谱形状相同但互不重叠的超短光脉冲序列。
[0010]作为优化的，所述电光相位调制器与第一波分复用器之间设置有第一色散补偿光纤，所述第二光纤耦合器与第一光环形器之间设置有第二色散补偿光纤，所述第一光环形器与第二光电探测器之间设置有第三色散补偿光纤，第一色散补偿光纤、第二色散补偿光纤和第三色散补偿光纤用于对啁啾进行补偿。
[0011]直流光源产生两个波长分别为λ1、λ2的第一直流光载波和第二直流光载波，第一直流光载波和第二直流光载波通过第一光纤耦合器耦合并传输至由第一电光强度调制器和电光相位调制器组成的调制模块，然后产生两组中心波长分别为λ1、λ2光谱形状相同但互不重叠的第一光脉冲序列和第二光脉冲序列，然后通过第一色散补偿光纤对啁啾进行补偿产生超短光脉冲序列；第一射频源输出信号频率为8GHz，射频信号通过电功分器一分为二，一路驱动第一电光强度调制器，一路通过电移相器，然后通过电功率放大器驱动电光相位调制器；第一超短光脉冲序列和第二超短光脉冲序列通过第一波分复用器分路，其中，中心波长为λ1的第一超短光脉冲序列作为上行光载波，中心波长为λ2的第二超短光脉冲序列作为下行光载波。第二电光强度调制器将第二射频源产生的中频信号调制在下行光载波上，然后下行光载波通过第二光纤耦合器与上行光载波进行耦合；耦合后的光载波通过第二色散补偿光纤进行下行传输色散预补偿后，通过第一光环形器的端口1输入，再从第一光环形器的端口2输出通过单模光纤传输至第二光环形器；第二光环形器的端口2接收光载波，光载波通过第二光环形器的端口3输出至第二波分复用器进行分路，下行光载波通过第一光电探测器获得一系列上变频射频信号，再通过第一电带通滤波器选取目标上变频信号；上行光载波通过第三电光强度调制器将天线接收的射频信号调制在上行光载波上，第二光环形器的端口1接收上行光载波，上行光载波通过第二光环形器的端口2输出并通过单模光纤传输回第一光环形器，第一光环形器的端口2接收上行光载波，上行光载波通过第一光环形器的端口3输出并通过第三色散补偿光纤进行上行传输色散补偿，再通过第二光电探测器和第二电带通滤波器获得下变频信号。
[0012]本专利技术的有益效果是：利用两组光谱互不交叠的超短光脉冲序列分别作为下行链路和上行链路的光载波，并借助第一光环形器和第二光环形器在同一根光纤中构建上下行传输链路，同时实现了中频信号的远端上变频，以及远端射频信号的回传和下变频。此外，该系统可以通过调节第一电带通滤波器的中心频率，获得多个频段的上变频信号，并将多个频段的射频信号同时下变频至中频，通过调节第二带通滤波器的中心频率获得目标下变频信号，具有多频段变频特性。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的原理示意图；图2为第一色散补偿光纤输出的光谱图；图3为第一光电探测器输出的频谱图；图4为第一电带通滤波器滤出的31GHz的频谱图；图5为第二光电探测器输出的频谱图；图6为第二电带通滤波器滤出的1GHz的频谱图；图中：1
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第一直流光源、2
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第二直流光源、3
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第一光纤耦合器、4
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第一电光强度调制器、5
‑
电光相位调制器、6
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光频梳的多频段微波光子变频系统，其特征在于：直流光源与第一光纤耦合器（3）连接，所述第一光纤耦合器（3）与调制模块连接，所述调制模块与第一波分复用器（11）连接；所述第一波分复用器（11）分别与第二电光强度调制器（12）、第二光纤耦合器（14）连接，第二射频源（13）与第二电光强度调制器（12）连接，所述第二电光强度调制器（12）与第二光纤耦合器（14）连接，所述第二光纤耦合器（14）与第一光环形器（16）连接，所述第一光环形器（16）与第二光电探测器（18）连接，所述第二光电探测器（18）与第二电带通滤波器（19）连接；所述第一光环形器（16）与第二光环形器（21）之间通过单模光纤（20）连接，所述第二光环形器（21）的与第二波分复用器（22）的输入端连接，所述第二波分复用器（22）分别与第一光电探测器（23）、第三电光强度调制器（25）连接，所述第一光电探测器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭迪，许留柱，付松年，李建平，向梦，许鸥，秦玉文，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：