基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明為基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)及使用方法，本系統(tǒng)偏置電壓控制電路的偏置電壓分接電光外調(diào)制器兩臂電極，后者的輸出端連接分光器，分光器一輸出端接光探測器，光探測器輸出經(jīng)選頻放大電路后為本變頻系統(tǒng)的輸出。分光器另一輸出端經(jīng)微波光子濾波器接入偏置電壓控制電路，其反饋控制偏置電壓為最佳值。系統(tǒng)可兩級(jí)連接。一方法為：電光外調(diào)制器光輸入端接入光載波信號(hào)，兩臂輸入本振和射/中頻信號(hào)并加等于雙臂半波電壓的偏置電壓，得下/上變頻的微波信號(hào)。另一方法為光輸入端接入本振，兩臂輸入射頻信號(hào)并加等于雙臂半波電壓的偏置電壓，得倍頻的本振信號(hào)。本發(fā)明一級(jí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)變頻或本振信號(hào)光倍頻，功率提升，成本低，可靠性高。
【專利說明】基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波光子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)及使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，主要利用電子器件的非線性效應(yīng)進(jìn)行微波頻率的上下變頻。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微波工作頻率不斷提高，現(xiàn)已達(dá)到Ka波段(波長11.11-7.50mm的電磁波)、毫米波段(波長為10?Imm的電磁波)。利用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行微波頻率的變頻，出現(xiàn)了技術(shù)難度大、信號(hào)質(zhì)量較差和環(huán)境適應(yīng)能力較弱等問題。
[0003]隨著微波光子技術(shù)的不斷發(fā)展，為微波頻率的混頻提供了另一種選擇:即不斷成熟的電光模擬調(diào)制技術(shù)。特別是基于鈮酸鋰(LiNb03)的馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了 Ka波段、毫米波段信號(hào)(甚至是太赫茲信號(hào))的基于微波光子的高質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)和大動(dòng)態(tài)范圍的上下變頻。
[0004]目前，微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)混頻主要是采用兩級(jí)調(diào)制法:先將本振信號(hào)調(diào)制到光載波上形成RoF (radio-over-fiber)光載微波信號(hào)；然后，將需變頻的微波信號(hào)也調(diào)制到RoF信號(hào)作為副載波調(diào)制信號(hào)；隨后，通過光電探測器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電信號(hào)；最后，通過電域的濾波選頻和功率放大得到所需的上下變頻信號(hào)。而且現(xiàn)有的基于兩級(jí)電光調(diào)制的所得的微波光譜中不但含有微波信號(hào)(RFin)、本振信號(hào)和本振的3次諧波信號(hào)，而且還含有光載波信號(hào)、本振信號(hào)與微波信號(hào)的和頻信號(hào)、本振信號(hào)與微波信號(hào)的差頻信號(hào)等干擾信號(hào)。
[0005]現(xiàn)有的利用多級(jí)倍頻的電子電路產(chǎn)生微波、毫米波信號(hào)來進(jìn)行混頻的方案實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，并且成本較高，此外，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，微波和毫米波的產(chǎn)生需要分布在遠(yuǎn)端單元，由于電傳輸線(如同軸電纜等)的損耗大，因此微波和毫米波在遠(yuǎn)端的電域產(chǎn)生然后再傳輸返回不切實(shí)際。
[0006]目前的光域混頻技術(shù)采用光注入鎖模、光鎖相環(huán)、光注入鎖相、基于強(qiáng)度調(diào)制和基于相位調(diào)制等方法實(shí)現(xiàn)，但這些光域混頻方法存在輸入微波動(dòng)態(tài)范圍小、輸出微波功率低、微波接收靈敏度低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、可靠性低和噪聲系數(shù)大等問題，難以在實(shí)際中應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是公開一種基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)，雙臂電光外調(diào)制器為主要器件，配以偏置電壓控制電路，光電探測器和選頻放大電路，適當(dāng)調(diào)制雙臂電光外調(diào)制器的偏置電壓，進(jìn)入兩臂的光源的光載波信號(hào)被輸入兩臂的微波信號(hào)和微波本振信號(hào)分別調(diào)制形成兩路光載微波信號(hào)，兩路光載微波信號(hào)疊加為雙臂電光外調(diào)制器輸出的光載微波信號(hào)，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，選頻功率放大得到所需的上下變頻信號(hào)。
[0008]本發(fā)明的另一目的是公開上述基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)的使用方法，當(dāng)輸入射頻微波信號(hào)時(shí)，可下變頻得到中頻微波信號(hào)，當(dāng)輸入中頻微波信號(hào)時(shí)，可上變頻得到射頻微波信號(hào)，還可以對(duì)本振信號(hào)進(jìn)行光倍頻，得到高頻的本振信號(hào)。
[0009]本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)，包括雙臂電光外調(diào)制器、偏置電壓控制電路、光電探測器和選頻放大電路；偏置電壓控制電路的偏置電壓分別接入雙臂電光外調(diào)制器兩個(gè)臂的電極，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接光探測器，光探測器輸出的電信號(hào)接入選頻放大電路，選頻放大電路的輸出端為本變頻系統(tǒng)的輸出端。
[0010]本變頻系統(tǒng)還有反饋裝置，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接分光器，分光器的一個(gè)輸出端連接光探測器，另一個(gè)輸出端接入微波光子濾波器，微波光子濾波器輸出的電信號(hào)接入偏置電壓控制電路，作為反饋信號(hào)控制其輸出的偏置電壓值保持為最佳工作點(diǎn)。
[0011]本基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)可以前后兩級(jí)連接，前級(jí)基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)本振信號(hào)輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，射頻微波信號(hào)輸入兩臂，輸出光倍頻的本振信號(hào)；后級(jí)基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)中，光載波信號(hào)輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，前級(jí)輸出的光倍頻的本振信號(hào)輸入一臂、射頻或中頻微波信號(hào)輸入另一臂，輸出變頻的中頻或射頻微波信號(hào)。
[0012]本發(fā)明基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)使用方法如下:
[0013]光載波信號(hào)從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進(jìn)入雙臂電光外調(diào)制器的兩個(gè)臂；其中一條臂輸入本振信號(hào)，另一條臂輸入射頻或中頻微波信號(hào)，本振信號(hào)和微波信號(hào)對(duì)進(jìn)入兩個(gè)臂的光載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制形成兩路光載微波信號(hào)，偏置電壓控制電路給兩個(gè)臂提供適當(dāng)?shù)钠秒妷?，將光載波功率搬移到光的邊帶功率上，最大限度地抑制光載波，提升變頻后的微波信號(hào)輸出功率。兩路光載微波信號(hào)疊加后為雙臂電光外調(diào)制器輸出的經(jīng)調(diào)制有微波信號(hào)的光信號(hào)，即光載微波信號(hào)P (t)。光載微波信號(hào)在光探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電流強(qiáng)度信號(hào)，經(jīng)過選頻放大電路，通過電域的濾波選頻和功率放大，得到所需要的下變頻的中頻微波信號(hào)或者上變頻的射頻微波信號(hào)。
[0014]雙臂電光外調(diào)制器的輸出光載微波信號(hào)P (t)表達(dá)式如下:
【權(quán)利要求】
1.基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)，包括雙臂電光外調(diào)制器、偏置電壓控制電路、光電探測器和選頻放大電路；偏置電壓控制電路的偏置電壓分別接入雙臂電光外調(diào)制器兩個(gè)臂的電極，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接光探測器，光探測器輸出的電信號(hào)接入選頻放大電路，選頻放大電路的輸出端為本變頻系統(tǒng)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)，其特征在于: 還有反饋裝置，所述雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接分光器，分光器的一個(gè)輸出端連接光探測器，另一個(gè)輸出端接入微波光子濾波器，微波光子濾波器輸出的電信號(hào)接入偏置電壓控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)，其特征在于: 所述基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)前后兩級(jí)連接，前級(jí)基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)本振信號(hào)輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，射頻微波信號(hào)輸入兩臂，輸出光倍頻的本振信號(hào)；后級(jí)基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)中，光載波信號(hào)輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，前級(jí)輸出的光倍頻的本振信號(hào)輸入一臂、射頻或中頻微波信號(hào)輸入另一臂，輸出變頻的中頻或射頻微波信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)的使用方法，其特征在于: 光載波信號(hào)從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進(jìn)入雙臂電光外調(diào)制器的兩個(gè)臂；其中一條臂輸入本振信號(hào)，另一條臂輸入射頻或中頻微波信號(hào)，本振信號(hào)和微波信號(hào)對(duì)進(jìn)入兩個(gè)臂的光載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制形成兩路光載微波信號(hào)，偏置電壓控制電路給雙臂提供適當(dāng)?shù)钠秒妷海瑑陕饭廨d微波信號(hào)疊加后為雙臂電光外調(diào)制器輸出光載微波信號(hào)；光載微波信號(hào)在光探測器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，光功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電流強(qiáng)度信號(hào)，經(jīng)過選頻放大電路，得到所需要的下變頻的中頻微波信號(hào)或者上變頻的射頻微波信號(hào)； 偏置電壓控制電路提供給雙臂的偏置電壓等于雙臂的半波電壓值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)的使用方法，其特征在于: 所述光電探測器的輸入光功率小于光電探測器的飽和光功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)的使用方法，其特征在于: 光本振信號(hào)從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進(jìn)入雙臂電光外調(diào)制器的兩個(gè)臂；射頻微波信號(hào)分為兩路輸入雙臂電光外調(diào)制器兩臂，偏置電壓控制電路提供給雙臂的偏置電壓Vdcl和Vtk2設(shè)置在最佳工作點(diǎn)等于雙臂的半波電壓值，微波光子濾波器反饋的電信號(hào)使偏置電壓控制電路保持偏置電壓穩(wěn)定；所述輸入兩臂的射頻微波信號(hào)對(duì)進(jìn)入兩個(gè)臂的光本振信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到光倍頻的光載本振信號(hào)，光電探測器將倍頻的光載本振光功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電流強(qiáng)度信號(hào)，經(jīng)過選頻放大電路，通過電域的濾波選頻和功率放大，得到倍頻的本振信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙臂電光調(diào)制的變頻系統(tǒng)的使用方法，其特征在于: 所述光電探測器的輸入光功率小于光電探測器的飽和光功率。
【文檔編號(hào)】G02F1/01GK103457668SQ201310395430
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】代豐羽, 朱少林, 尹怡輝, 王景國 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十四研究所