本發(fā)明涉及微波技術(shù)領(lǐng)域和光通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種通過光子學(xué)技術(shù)實現(xiàn)微波信號鏡像抑制混頻的裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的微波信號接收機(jī)中，混頻器是必不可少的組成部分，它可以將天線接收的高頻射頻信號下變頻為低頻的中頻信號，再利用現(xiàn)有的微波器件，對中頻信號進(jìn)行處理。但在錯綜復(fù)雜的電子戰(zhàn)環(huán)境中，往往存在著鏡像信號，而鏡像信號下變頻后的信號與需要的中頻信號有著相同的頻率，因此鏡像信號的存在可能會導(dǎo)致接收機(jī)無法成功接收到需要的中頻信號。

鏡像抑制混頻器可以很好解決這個問題，它可以對鏡像信號進(jìn)行抑制的同時，完成微波信號的混頻。從而成功解調(diào)出中頻信號。但是目前的電域鏡像抑制混頻器一般帶寬較小，鏡像抑制比低，難以滿足未來寬帶通信的需求。

隨著微波光子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究人員開始著手利用微波光子技術(shù)實現(xiàn)微波信號的鏡像抑制混頻，相較于電域的微波鏡像抑制混頻器件，基于微波光子的混頻器有更高的帶寬，更小的重量與體積，同時，其抗電磁干擾性能良好。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于微波光子技術(shù)，本發(fā)明提出了一種利用光子學(xué)技術(shù)實現(xiàn)微波信號鏡像抑制混頻的裝置。本裝置能夠?qū)⒏哳l微波射頻信號直接正交下變頻為兩路正交的中頻信號，再結(jié)合電域的低頻90度耦合器，可實現(xiàn)微波信號的鏡像抑制的下變頻。該方法只包含一個電域的低頻90度耦合器，不需要高頻的電功分器與電移相器，系統(tǒng)帶寬不再受限于電域的器件，因此其有很高的工作帶寬。此外，由于采用的抑制載波的調(diào)制方式，抑制了占有大部分光功率卻不攜帶任何信息的光載波，系統(tǒng)的增益較高。同時結(jié)合平衡探測器，系統(tǒng)的增益可得到進(jìn)一步提高。該裝置還擁有光子學(xué)技術(shù)特有的大帶寬、抗電磁干擾、輕便靈活等一系列優(yōu)點。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述裝置包括激光器、偏振復(fù)用調(diào)制器(pdm-mzm)、摻鉺光纖放大器(edfa)、光帶通濾波器、光分路器、偏振控制器、偏振分束器、光電平衡探測器和低頻90度耦合器。激光器的輸出口連接pdm-mzm的輸入端；pdm-mzm的輸出端連接edfa的輸入端；edfa的輸出端與光帶通濾波器輸入端相連；光帶通濾波器的輸出端與光分路器相連；光分路器將光信號分為上下兩路，每路分別連接偏振控制器、偏振分束器和光電平衡探測器；上下光電平衡探測器的輸出分別連接90度耦合器的兩個輸入端。

所述pdm-mzm由一個y型光分路器、上下并聯(lián)的兩個馬增調(diào)制器(mzm)以及一個偏振合束器(pbc)構(gòu)成。

本發(fā)明在工作時包括以下步驟：

(1)從激光器發(fā)出波長為λ的連續(xù)光載波注入到pdm-mzm中；

(2)寬帶微波射頻信號連接pdm-mzm其中一個馬增調(diào)制器的射頻輸入端，微波本振信號連接另外一個馬增調(diào)制器的射頻輸入端，上下兩個子調(diào)制器均工作在最小點，射頻和本振信號分別對光載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)制。

(3)pdm-mzm內(nèi)部的pbc將上下兩路調(diào)制后的光信號復(fù)合為偏振復(fù)用光，輸出調(diào)制器。

(4)偏振復(fù)用光信號進(jìn)入edfa進(jìn)行功率放大。

(5)放大后的光信號進(jìn)入光帶通濾波器，濾除射頻信號和本振信號的一個光邊帶，只留下它們的另外一個光邊帶。

(6)濾波后的光信號進(jìn)入光分路器分為功率相等的上下兩路，每路分別經(jīng)過偏振控制器和偏振分束器。通過調(diào)節(jié)偏振控制器使調(diào)制器主軸與偏振分束器主軸有45度夾角，同時偏振控制器也可以調(diào)整每個偏振復(fù)用光信號中兩個偏振態(tài)的相位差，偏振分束器的輸出端連接光電平衡探測器的輸入端，光信號中寬帶射頻信號分量與本振分量相互拍頻，得到兩路中頻信號。

(7)通過調(diào)節(jié)偏振控制器來調(diào)整射頻信號分量與本振分量的相位關(guān)系：上路相位差為0度，下路相位差為90度，獲得正交的中頻信號。

(8)再將正交的中頻信號通過90度耦合器進(jìn)行耦合，得到只包含有用信號的中頻信號。

本發(fā)明提出了一個通過光子學(xué)方法實現(xiàn)微波信號鏡像抑制混頻的裝置，利用pdm-mzm實現(xiàn)寬帶射頻信號以及本振信號的抑制載波雙邊帶調(diào)制并偏振復(fù)用，光帶通濾波器濾出一個邊帶后功分兩路，通過調(diào)節(jié)每路的偏振控制器和偏振分束器，將其中一路中射頻信號和本振信號的相位差調(diào)整為0度，另一路射頻信號與本振信號相位差調(diào)為90度，光電檢測器拍頻后分別得到iq兩路正交的中頻信號，再通過電域90度耦合器對中頻信號進(jìn)行耦合。經(jīng)過90度耦合器后，鏡像信號會相互抵消，而需要的信號會相互疊加。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，具有很強(qiáng)的可操作性。

本方案將寬帶射頻信號一次下變頻到中頻，避免了多級變頻和濾波，結(jié)構(gòu)簡單，無鏡像頻率分量干擾，同時也降低了對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的帶寬和采樣率的要求。

由于該方案中射頻信號和本振信號的相位差可以通過偏振控制器連續(xù)調(diào)節(jié)，每路光信號的功率也可以方便調(diào)節(jié)，與信號帶寬、載波無關(guān)，所以解決了iq兩路不均衡的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用光子學(xué)技術(shù)實現(xiàn)微波信號鏡像抑制混頻的原理圖。圖2為光濾波前后光譜圖以及光帶通濾波器的頻率響應(yīng)圖。圖3為系統(tǒng)的鏡像抑制比以及有用信號和鏡像信號的波形。

實施方式和具體的操作過程

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的帶射頻信號鏡像抑制混頻的原理圖，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。其中pdm-mzm上下兩路各有一個馬增調(diào)制器，分別對射頻信號和微波本振進(jìn)行抑制載波雙邊帶調(diào)制，然后通過pdm-mzm后端的偏振合束器將兩束光偏振復(fù)用。經(jīng)過edfa放大后，帶通濾波器濾出已調(diào)信號的一個邊帶。功分兩路后，分別在每路設(shè)置一個偏振控制器，偏振分束器和光電平衡檢測器。偏振控制器結(jié)合偏振分束器，可以調(diào)節(jié)偏振復(fù)用光兩個偏振態(tài)的相位和幅度關(guān)系，從而光電檢測器拍頻后就得到了iq信號，再通過電域低頻90度耦合器將正交的中頻信號進(jìn)行耦合。

如圖1所示，本實例中，裝置包括：激光器、兩個射頻信號源、pdm-mzm、edfa、光帶通濾波器、光分路器、兩個偏振控制器、兩個偏振分束器和兩個光電平衡探測器和一個電域的低頻90度耦合器。激光器的輸出口與偏振復(fù)用調(diào)制器的光輸入口相連，兩個射頻信號源輸出口分別與調(diào)制器的兩個射頻輸入口相連，調(diào)制器后接edfa、光帶通濾波器和光分路器，然后每個光路分別依次連接偏振控制器、偏振分束器和光電平衡檢測器，最后連接低頻90度耦合器。

本實例中，方法的具體實施步驟是：

步驟一：激光器產(chǎn)生工作波長為1552nm、功率為15dbm的連續(xù)光波，注入到pdm-mzm。一個射頻源產(chǎn)生中心頻率40ghz、功率為-5dbm的射頻信號，另一射頻源產(chǎn)生中心頻率39.5ghz、功率為10dbm的本振信號，分別用來驅(qū)動半波電壓為3.5v的兩個馬增調(diào)制器。

步驟二：通過偏壓控制器(mbc)控制調(diào)制器直流偏壓，使得兩個子調(diào)制器均工作在最小點。

步驟三：edfa輸出光功率為18dbm，光信號被放大后通過光帶通濾波器，濾出已調(diào)信號的正一階邊帶(或負(fù)一階邊帶)。

步驟四：光帶通濾波器輸出的信號通過一個光分路器功率等分為兩路，每一路依次連接偏振控制器，偏振分束器和光電平衡探測器。由圖2可以看出，經(jīng)過光帶通濾波器后，剩下的光譜分量主要是正1階光邊帶，其它分量相對較低。步驟五：調(diào)節(jié)上路偏振態(tài)使調(diào)制器與偏振分束器主軸夾角為45度，兩個偏振分量相位差為0度，通過光電平衡探測器后得到i路中頻信號。調(diào)節(jié)下路偏振態(tài)使調(diào)制器與偏振分束器主軸夾角為45度，兩個偏振分量相位差為90度，通過光電平衡探測器后得到q路中頻信號。

步驟六：i路中頻信號，q路中頻信號通過電域的低頻90度耦合器耦合后，送入示波器和頻譜儀進(jìn)行觀察。由圖3可以看出，經(jīng)過低頻90度耦合器后，鏡像信號得到了有效的抑制，鏡像抑制比高達(dá)50db。需要的中頻信號可保持有較大的幅度，而鏡像信號的幅度幾乎為零。

本實例中，iq中頻信號的功率和相位平衡度，可以通過調(diào)節(jié)兩路中的偏振控制器得到校準(zhǔn)。

綜上，本發(fā)明利用pdm-mzm實現(xiàn)了寬帶微波射頻信號的鏡像抑制混頻，結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，不受電子瓶頸影響，不受電磁干擾，系統(tǒng)性能良好且穩(wěn)定。

總之，以上所述實施方案僅為本發(fā)明的實施例而已，并非僅用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明公開的內(nèi)容上，還可以做出若干等同變形和替換，射頻信號中心頻率、符號速率都可改變。這些等同變形和替換以及頻率范圍的調(diào)整也應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)的范圍。