一种高功率高频微波场强传感方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于受激布里渊散射效应的单边带变频放大高功率高频微波场强传感方法及装置。本发明专利技术为解决现有采用电学微波场强传感探头对高功率高频空间微波信号进行探测时存在单一天线频段覆盖窄而采用多天线的方式导致的成本高、系统体积大的问题。本发明专利技术装置包括激光发射模块、光本振模块、可调泵浦模块、微波光放大模块、光学电场传感探头、光接收变频模块、微波功率检测模块及数据采集处理与显示模块。利用受激布里渊散射放大的方法实现待测信号光的低噪放大，利用光载微波信号全光混频的方法实现待测信号的下变频，从而实现了采用低频检波器和低速数据采集卡便可测量高频高功率微波信号的电场强度。高频高功率微波信号的电场强度。高频高功率微波信号的电场强度。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率高频微波场强传感方法及装置


[0001]本专利技术属于光学传感和微波测量领域，具体涉及一种基于受激布里渊散射效应的单边带变频放大高功率高频微波场强传感方法及装置。

技术介绍

[0002]在微波技术研究中，高频（300MHz~40GHz）高功率微波辐射电场强度的测量是一项重要的研究内容。现有高功率高频微波电场强度测量技术多采用远场电学测量方法，即在天线辐射远场区域内采用喇叭天线接收微波功率，经耦合、衰减等环节对微波功率进行测量，根据微波功率与电场强度之间的数学关系便可得到待测微波辐射电场强度。对高功率微波测量而言，天线接收的微波功率往往达到数百kW，使得接收天线及其后续元器件存在严重串扰而引入测量误差，且容易发生器件击穿。对超宽带微波信号，需要采用不同频段的天线来探测同一宽带微波信号，且频段越宽，频率越高，天线种类越多，这导致探测设备结构复杂且成本高昂。
[0003]实现高功率高频微波信号场强的高精度实时测量在现代航空航天和国防系统中具有广阔的应用前景。纯光学设计的微波光子学传感探头能够突破传统电学测量方法的限制，测量更高频和更高功率的微波信号，但如果不经任何处理，直接去检测探头测量到的高频信号，必须配套使用高频分析仪器，高频测试设备的使用将增加系统的成本，并且体积较大的频谱和波形分析设备也很难在测试现场得到大量推广。此外，基于电光效应的电场传感器的传感信号较弱，一般都需要增加光放大或微波放大设备来实现信号的检测。因此在尽量降低设备量的情况下如何对待测信号进行变频和放大检测就显得尤为重要。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于：对高功率高频空间微波信号进行探测时存在成本高、系统设备复杂的问题，提供了一种基于光纤受激布里渊散射效应的单边带变频放大高功率高频微波场强传感方法及装置。
[0005]本专利技术提供一种高功率高频微波场强传感装置，所述装置包括：激光发射模块、光本振模块、可调泵浦模块、微波光放大模块、光学电场传感探头、光接收变频模块、微波功率检测模块及数据采集处理与显示模块；所述激光发射模块，分别与光本振模块和可调泵浦模块通过光法兰进行连接，用于提供两路线偏振光信号；所述光本振模块，与所述激光发射模块进行连接，用于加载本振射频信号，从而形成一光载本振信号；所述可调泵浦模块，与所述激光发射模块进行连接，通过载波抑制调制生成一频率可调的光调制边带，并通过光放大器产生一频率可调的斯托克斯光增益谱；所述微波光放大模块，有四个光接口，分别标记为1,2,3,4端口，1端口与所述光本振模块连接，2端口与所述光学电场传感探头连接，3端口与所述可调泵浦模块连接，4端口
与所述光接收变频模块连接，所述微波光放大模块用于对所传感的高频微波信号进行光调制边带放大；所述光学电场传感探头，与所述微波光放大模块连接，并放置于待测微波电场辐射的空间中。
[0006]所述光接收变频模块，与所述微波光放大模块进行连接，用于对接收到的光信号进行光电转换并对高频微波信号进行变频；所述微波功率检测模块，与所述光接收变频模块进行连接，用于对接收到的微波信号进行功率检测；所述数据采集处理与显示模块，与所述功率检测模块连接，用于对所述功率检测模块输出的直流电压信号进行数据采集，根据采集到的电压计算得到所测量的高功率高频微波场的场强大小并显示该场强值。
[0007]优选的，所述激光发射模块包含：窄线宽激光器和保偏光纤耦合器；所述窄线宽激光器输出的线偏振光通过光法兰与所述保偏光纤耦合器的输入端连接，所述保偏光纤耦合器根据其自身的耦合比对所述窄线宽激光器输出光功率进行一定比例的光功率分配，输出两路线偏振光，从而有两个光输出端口，分别称为第一支路和第二支路；优选的，所述光本振模块包含：第一微波信号源、第一电光强度调制器和第一调制器控制器；所述第一电光强度调制器的光输入端口通过光法兰与激光发射模块的第一支路端口连接，第一电光强度调制器的光输出端口通过光法兰与微波光放大模块进行连接，第一微波信号源的射频输出端口通过高频同轴电缆与第一电光强度调制器的射频输入端口连接，第一电光强度调制器的直流偏置电压控制端口及输出光功率监控端口与第一调制器控制器进行连接。所述第一电光强度调制器也可以采用电光相位调制器，在此情况下就不需要第一调制器控制器。
[0008]优选的，所述可调泵浦模块包含：第二微波信号源、第二电光强度调制器、第二调制器控制器和光放大器所述第二电光强度调制器的光输入端口通过光法兰与激光发射模块的第二支路端口连接，第二电光强度调制器的光输出端口通过光法兰与光放大器连接，光放大器光输出端口与微波光放大模块进行连接，第二微波信号源的射频输出端口通过高频同轴电缆与第二电光强度调制器的射频输入端口连接，第二电光强度调制器的直流偏置电压控制端口及输出光功率监控端口与第二调制器控制器进行连接。
[0009]优选的，所述微波光放大模块包含：第一光纤环行器、高非线性光纤和第二光纤环行器所述第一光纤环形器有三个光纤接口，分别为411、412和413，第一光纤环形器输入端口411通过微波光放大模块的1端口与光本振模块连接。所述第一光纤环形器的光输出端口412通过微波光放大模块的2端口与光学电场传感探头连接，所述第一光纤环形器的端口413与所述高非线性光纤连接。所述第二光纤环形器有三个光纤接口，分别为421、422和423，第二光纤环形器输入端口421通过微波光放大模块的3端口与可调泵浦模块连接。所述
第二光纤环形器的光输出端口422与高非线性光纤连接，所述第二光纤环形器的端口423通过微波光放大模块的4端口与光接收变频模块连接。
[0010]优选的，所述光接收变频模块包含：高速光电探测器、带通滤波器和低噪放。
[0011]所述高速光电探测器与微波光放大模块的4端口连接，高速光电探测器输出端口与带通滤波器输入端口连接，带通滤波器输出端口与低噪放输入端口连接。
[0012]优选的，所述光学电场传感探头为基于电光晶体电光效应的反射式光学电场传感探头，该传感探头有一个光接口，采用全绝缘介质材料制作，并标记有最佳灵敏度方向。
[0013]光学电场传感探头与所述微波光放大模块连接，并放置于待测微波电场辐射的空间中。
[0014]优选的，所述微波功率检测模块包含：微波检波器和信号调理电路。
[0015]所述微波检波器接收光接收变频模块输出的高频微波信号，微波检波器输出端口与信号调理电路连接，信号调理电路对微波检波器输出的直流信号进行滤波和放大。
[0016]优选的，所述数据采集处理与显示模块包含数据采集及显示电路和屏幕所述数据采集处理与显示模块与微波功率检测模块连接，用于采集微波功率检测模块输出的直流电压值，通过该模块计算出待测高功率微波的场强大小并显示结果。
[0017]本专利技术还提供一种高功率高频微波场强传感方法，其采用了如上所述的传感装置，其中，包括如下步骤：S1：利用标准电场对光学电场传感探头和本专利技术的高功率高频微波场强传感装置进行测量准确度的标定，形成标定数据；S2：利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率高频微波场强传感装置，所述装置包括：激光发射模块、光本振模块、可调泵浦模块、微波光放大模块、光学电场传感探头、光接收变频模块、微波功率检测模块及数据采集处理与显示模块；所述激光发射模块，分别与光本振模块和可调泵浦模块通过光法兰进行连接，用于提供两路线偏振光信号；所述光本振模块，与所述激光发射模块进行连接，用于加载本振射频信号，从而形成一光载本振信号；所述可调泵浦模块，与所述激光发射模块进行连接，通过载波抑制调制生成一频率可调的光调制边带，并通过光放大器产生一频率可调的斯托克斯光增益谱；所述微波光放大模块，与所述光本振模块和可调泵浦模块连接，用于对所传感的高频微波信号进行光调制边带放大；所述光学电场传感探头，与所述微波光放大模块连接，并放置于待测微波电场辐射的空间中；所述光接收变频模块，与所述微波光放大模块进行连接，用于对接收到的光信号进行光电转换并对高频微波信号进行变频；所述微波功率检测模块，与所述光接收变频模块进行连接，用于对接收到的微波信号进行功率检测；所述数据采集处理与显示模块，与所述功率检测模块连接，用于对所述功率检测模块输出的直流电压信号进行数据采集，根据采集到的电压计算得到所测量的高频微波场的场强大小并显示该场强值。2.根据权利要求1所述的一种高功率高频微波场强传感装置，其特征在于，所述激光发射模块包含窄线宽激光器和保偏光纤耦合器，所述窄线宽激光器输出的线偏振光通过光法兰与所述保偏光纤耦合器的输入端连接，所述保偏光纤耦合器根据其自身的耦合比对所述窄线宽激光器输出光功率进行一定比例的光功率分配，输出两路线偏振光，从而有两个光输出端口，分别称为第一支路和第二支路。3.根据权利要求1所述的一种高功率高频微波场强传感装置，其特征在于，所述光本振模块包含第一微波信号源、第一电光强度调制器和第一调制器控制器，所述第一电光强度调制器的光输入端口通过光法兰与激光发射模块的第一支路端口连接，第一电光强度调制器的光输出端口通过光法兰与微波光放大模块进行连接，第一微波信号源的射频输出端口通过高频同轴电缆与第一电光强度调制器的射频输入端口连接，第一电光强度调制器的直流偏置电压控制端口及输出光功率监控端口与第一调制器控制器进行连接。4.根据权利要求1所述的一种高功率高频微波场强传感装置，其特征在于，所述可调泵浦模块包含第二微波信号源、第二电光强度调制器、第二调制器控制器和光放大器，所述第二电光强度调制器的光输入端口通过光法兰与激光发射模块的第二支路端口连接，第二电光强度调制器的光输出端口通过光法兰与光放大器连接，光放大器输出光端口与微波光放大模块进行连接，第二微波信号源的射频输出端口通过高频同轴电缆与第二电光强度调制器的射频输入端口连接，第二电光强度调制器的直流偏置电压控制端口及输出光功率监控端口与第二调制器控制器进行连接。5.根据权利要求1所述的一种高功率高频微波场强传感装置，其特征在于，所述微波光
放大模块包含第一光纤环行器、高非线性光纤和第二光纤环行器，有四个光接口，分别标记为1,2,3,4端口；所述第一光纤环形器有三个光纤接口，分别为411、412和413，第一光纤环形器输入端口411通过微波光放大模块的1端口与光本振模块连接；所述第一光纤环形器的光输出端口412通过微波光放大模块的2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保红，
申请(专利权)人：杭州微纳智感光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：