本發(fā)明涉及一種混頻方法，尤其涉及一種微波光子鏡頻抑制混頻方法及裝置，屬于微波光子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微波混頻器作為微波系統(tǒng)中最常用的器件之一，其靈活度、線性度、高頻寬帶的特性一直是多功能系統(tǒng)應(yīng)用的迫切需要。而傳統(tǒng)基于電子的微波混頻器往往具有可重構(gòu)性難、信號(hào)失真大、工作帶寬窄、工作頻率低、射頻和本振泄露難以抑制等缺點(diǎn)。為滿足不同系統(tǒng)的應(yīng)用需求，亟待解決微波混頻器的靈活可重構(gòu)性、高頻寬帶線性變頻特性。

光子技術(shù)作為有效解決該問題的方法之一，已經(jīng)展露出其在高頻寬帶、高線性、抗電磁干擾方面得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。但高線性低雜散混頻作為近年來(lái)廣泛研究的熱點(diǎn)，仍急需突破。對(duì)于混頻中雜散分量的來(lái)源主要有兩種：一種是混入信號(hào)的雜散分量被當(dāng)做待變頻量與本振進(jìn)行混頻作用產(chǎn)生的，典型代表為鏡頻分量。另一種是由于信號(hào)分量之間的相互混頻產(chǎn)生的，例如：信號(hào)與光載波拍頻產(chǎn)生的射頻泄露、信號(hào)與鏡頻分量拍頻產(chǎn)生的二倍中頻信號(hào)等。然而目前只對(duì)雜散分量中的鏡頻分量、射頻和本振泄露分量有過討論。(z.z.tang,ands.l.pan,"acompactimage-rejectandsingle-sidebandmixerwithsuppressionofloleakagebasedonadual-polarizationdual-drivemach-zehndermodulator,"intheavionicsandvehiclefiber-opticsandphotonicconferenceandtheinternationaltopicalmeetingonmicrowavephotonics2016(avfop&mwp2016),oct.31-nov.3,2016,longbeach,california,usa)而其他雜散分量則無(wú)人報(bào)道，比如由鏡頻和信號(hào)產(chǎn)生的二倍中頻分量，而該二倍中頻分量在寬帶信號(hào)混頻時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重混疊進(jìn)入中頻信號(hào)中，并且無(wú)法在頻域?qū)⑵浞珠_。

另一方面，信號(hào)的調(diào)制格式往往被限定以滿足雜散的抑制或者變頻效率的提高。由于需要防止本振以及射頻泄露，往往要求對(duì)待變頻信號(hào)實(shí)施載波抑制的單邊帶調(diào)制，而該調(diào)制格式對(duì)調(diào)制器的載波抑制比提出了較為苛刻的要求，常常需要配合濾波器這一限制信號(hào)帶寬的器件來(lái)輔助實(shí)現(xiàn)(berceli,t."newmethodsforsubcarriertypeopticalreceptionapplyingnewsinglesidebandoptical-microwavemixers."microwavesymposiumdigest,1994.ieeemtt-sinternationalieee,1994:1125-1128vol.2.)；另外，為提高變頻效率，雙邊帶調(diào)制格式也被提出(chanehw,minasianra."microwavephotonicdownconverterwithhighconversionefficiency,"journaloflightwavetechnology,2012,30(23):3580-3585.)，同樣，該方案依然需要濾波器來(lái)抑制載波去防止本振、射頻泄露，另外其還會(huì)產(chǎn)生2倍的射頻和2倍本振分量。

目前，尚無(wú)一種方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)調(diào)制格式無(wú)限定，且能夠?qū)崿F(xiàn)多種雜散抑制的線性鏡頻抑制混頻，特別是對(duì)2倍中頻雜散信號(hào)的抑制混頻。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)步不足，提供一種微波光子鏡頻抑制混頻方法及裝置，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)調(diào)制格式下的多雜散抑制的線性混頻功能，具有靈活度高、轉(zhuǎn)換效率高、線性度高、高頻寬帶、多種雜散同時(shí)抑制的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題：

微波光子鏡頻抑制混頻方法，將待混頻的射頻信號(hào)和本振信號(hào)分別調(diào)制至光域，得到光載射頻信號(hào)和光載本振信號(hào)；將光載射頻信號(hào)/光載本振信號(hào)分為四路，并將這四路光信號(hào)分別相移θ1、θ2、θ3、θ4后與光載本振信號(hào)/光載射頻信號(hào)分別耦合，然后將耦合后的四路光信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，最后將這四路電信號(hào)分別相移后耦合在一起，得到混頻信號(hào)；相移θ1、θ2、θ3、θ4所滿足的關(guān)系為：θ2＝θ1+π+2πn1，θ3＝θ1+π/2+2πn2，θ4＝θ1+3π/2+2πn3，其中ni(i＝1,2,3)為整數(shù)；相移所滿足的關(guān)系為：其中ki(i＝1,2,3)為整數(shù)。

以上技術(shù)方案對(duì)射頻信號(hào)的調(diào)制格式無(wú)限制，優(yōu)選地，采用以下任意一種調(diào)制形式將待混頻的射頻信號(hào)調(diào)制至光域：?jiǎn)芜厧д{(diào)制、雙邊帶調(diào)制，載波抑制雙邊帶調(diào)制，載波抑制單邊帶調(diào)制。

微波光子鏡頻抑制混頻裝置，包括：

電光調(diào)制模塊，用于將待混頻的射頻信號(hào)和本振信號(hào)分別調(diào)制至光域，得到光載射頻信號(hào)和光載本振信號(hào)；

光相位耦合模塊，用于將光載射頻信號(hào)/光載本振信號(hào)分為四路，并將這四路光信號(hào)分別相移θ1、θ2、θ3、θ4后與光載本振信號(hào)/光載射頻信號(hào)分別耦合，相移θ1、θ2、θ3、θ4所滿足的關(guān)系為：θ2＝θ1+π+2πn1，θ3＝θ1+π/2+2πn2，θ4＝θ1+3π/2+2πn3，其中ni(i＝1,2,3)為整數(shù)；

光電轉(zhuǎn)換模塊，用于將光相位耦合模塊輸出的耦合后的四路光信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

電相位耦合模塊，用于將這四路電信號(hào)分別相移后耦合在一起，得到混頻信號(hào)，相移所滿足的關(guān)系為：其中ki(i＝1,2,3)為整數(shù)。

優(yōu)選地，所述電光調(diào)制模塊包括第一電光調(diào)制器和第二電光調(diào)制器；第一電光調(diào)制器用于將待混頻的射頻信號(hào)調(diào)制至光域，得到光載射頻信號(hào)；第二電光調(diào)制器用于將本振信號(hào)調(diào)制至光域，得到光載本振信號(hào)；第二電光調(diào)制器為載波抑制的單邊帶調(diào)制器。

或者，所述電光調(diào)制模塊包括：

光源，用于輸出光載波；

偏振調(diào)制器，用于將本振信號(hào)調(diào)制于所述光載波上；

光濾波器，用于濾除偏振調(diào)制器所輸出電光調(diào)制信號(hào)中的一個(gè)邊帶，輸出包含光載波和另一個(gè)邊帶的光信號(hào)；

偏振分束器，用于將光濾波器所輸出光信號(hào)中的光載波和邊帶分離出來(lái)，分離出的邊帶即為光載本振信號(hào)；

電光調(diào)制器，用于將射頻信號(hào)調(diào)制于偏振分束器所分離出的光載波上，得到光載射頻信號(hào)。

又或者，所述電光調(diào)制模塊包括：

鎖模激光器，其輸入端注入本振信號(hào)，用于產(chǎn)生梳齒間隔為本振頻率的光頻梳；光分束器，用于將所述光頻梳分為兩路；

第一光濾波器，用于從其中一路光頻梳中選擇出頻率為光載波頻率的頻率分量；

第二光濾波器，用于從另外一路光頻梳中選擇出頻率為光載波頻率與本振頻率之和的頻率分量，該頻率分量即為光載本振信號(hào)；

電光調(diào)制器，用于將射頻信號(hào)調(diào)制于第一光濾波器所輸出的頻率為光載波頻率的頻率分量上，輸出光載射頻信號(hào)。

優(yōu)選地，所述光相位耦合模塊為90°光混頻器。

優(yōu)選地，所述光電轉(zhuǎn)換模塊為四個(gè)光電探測(cè)器。或者，所述光電轉(zhuǎn)換模塊為兩個(gè)平衡探測(cè)器，其中一個(gè)平衡探測(cè)器的兩個(gè)輸入端分別接相移θ1、θ2的兩路光信號(hào)，另外一個(gè)平衡探測(cè)器的兩個(gè)輸入端分別接相移θ3、θ4的兩路光信號(hào)；所述電相位耦合模塊為90°微波電橋，其兩個(gè)輸入端分別連接所述兩個(gè)平衡探測(cè)器的輸出端。

優(yōu)選地，所述電相位耦合模塊為四相位耦合器。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明避免了對(duì)待混頻射頻信號(hào)調(diào)制格式的限定，實(shí)現(xiàn)方式靈活多變，雜散抑制不依賴信號(hào)各邊帶抑制比，大幅降低了裝置的復(fù)雜度和成本；

2、本發(fā)明克服了已有微波光子鏡頻抑制混頻難以抑制二階混頻成分等雜散的缺陷，使得來(lái)源于調(diào)制信號(hào)自身的相互拍頻分量均被抑制。另外，在抑制多種雜散分量(本振、射頻泄露分量、鏡頻分量、二倍中頻分量)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了變頻效率的最大化。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微波光子鏡頻抑制混頻裝置的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2為本發(fā)明微波光子鏡頻抑制混頻裝置的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明微波光子鏡頻抑制混頻裝置的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4給出了實(shí)施例一在信號(hào)為載波抑制的單邊帶調(diào)制格式下，輸入射頻信號(hào)為16ghz,功率為13dbm,鏡頻成分(14ghz)功率為13dbm時(shí)的光載射頻信號(hào)的光譜圖。

圖5為實(shí)施例一在信號(hào)調(diào)制格式為載波抑制單邊帶時(shí)，本振信號(hào)為15ghz，功率為8dbm時(shí)，光載本振的光譜圖。

圖6為在信號(hào)調(diào)制格式為載波抑制單邊帶時(shí)，在圖4(射頻信號(hào)：16ghz,13dbm；鏡頻成分：14ghz，13dbm)與圖5(本振：15ghz，8dbm)輸入條件下時(shí)，基于實(shí)施例一的混頻輸出；

圖7為在信號(hào)調(diào)制格式為載波抑制單邊帶時(shí)，與圖6在同等輸入條件(射頻信號(hào)：16ghz,13dbm；鏡頻成分：14ghz，13dbm；本振：15ghz，8dbm)下，基于傳統(tǒng)鏡頻抑制混頻裝置得到的混頻輸出；

圖8為在信號(hào)調(diào)制格式為載波抑制單邊帶時(shí)，只有射頻信號(hào)(16ghz，13dbm)和本振信號(hào)(15ghz,8dbm)時(shí)，基于實(shí)施例一的混頻輸出。

圖9為在信號(hào)調(diào)制格式為載波抑制單邊帶時(shí)，只有鏡頻成份(14ghz，13dbm)和本振信號(hào)(15ghz,8dbm)時(shí)，基于實(shí)施例一的混頻輸出。

圖10給出了在信號(hào)調(diào)制格式為單邊帶時(shí)，實(shí)施例一在輸入射頻信號(hào)為16ghz,功率為11dbm,鏡頻成分(14ghz)功率為11dbm時(shí)的光載射頻信號(hào)的光譜圖。

圖11為在信號(hào)調(diào)制格式為單邊帶時(shí)，實(shí)施例一在輸入本振信號(hào)為15ghz，功率為8dbm時(shí)，光載本振的光譜圖。

圖12為在信號(hào)調(diào)制格式為單邊帶時(shí)，在圖10(射頻信號(hào)：16ghz,11dbm；鏡頻成分：14ghz，11dbm)與圖11(本振：15ghz，8dbm)輸入條件下時(shí)，基于實(shí)施例一的混頻輸出；

圖13為在信號(hào)調(diào)制格式為單邊帶時(shí)，與圖12(射頻信號(hào)：16ghz,11dbm；鏡頻成分：14ghz，11dbm；本振：15ghz，8dbm)在同等輸入條件下，基于傳統(tǒng)鏡頻抑制混頻裝置得到的混頻輸出；

圖14為在信號(hào)調(diào)制格式為單邊帶時(shí)，只有射頻信號(hào)(16ghz，11dbm)和本振信號(hào)(15ghz,8dbm)時(shí)，基于實(shí)施例一的混頻輸出。

圖15為在信號(hào)調(diào)制格式為單邊帶時(shí)，只有鏡頻成份(14ghz，11dbm)和本振信號(hào)(15ghz,8dbm)時(shí)，基于實(shí)施例一的混頻輸出。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明：

本發(fā)明微波光子鏡頻抑制混頻裝置，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，包括：電光調(diào)制模塊(圖1中的電光調(diào)制模塊由第一、第二電光調(diào)制器構(gòu)成)，用于將待混頻的射頻信號(hào)和本振信號(hào)分別調(diào)制至光域，得到光載射頻信號(hào)和光載本振信號(hào)；光相位耦合模塊，用于將光載射頻信號(hào)/光載本振信號(hào)分為四路，并將這四路光信號(hào)分別相移θ1、θ2、θ3、θ4后與光載本振信號(hào)/光載射頻信號(hào)分別耦合，相移θ1、θ2、θ3、θ4所滿足的關(guān)系為：θ2＝θ1+π+2πn1，θ3＝θ1+π/2+2πn2，θ4＝θ1+3π/2+2πn3，其中ni(i＝1,2,3)為整數(shù)；光電轉(zhuǎn)換模塊，用于將光相位耦合模塊輸出的耦合后的四路光信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；電相位耦合模塊，用于將這四路電信號(hào)分別相移后耦合在一起，得到混頻信號(hào)，相移所滿足的關(guān)系為：其中ki(i＝1,2,3)為整數(shù)。

為便于公眾理解，對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行說明如下：

假設(shè)第一電光調(diào)制器產(chǎn)生了一個(gè)頻率為ωc+ωs的待混頻的光信號(hào)，其中ωc為光載波角頻率，而ωs為加載的射頻信號(hào)角頻率，另外射頻信號(hào)被混入頻率為ωz的雜散。此時(shí)，第一電光調(diào)制器輸出光場(chǎng)可表示為：

e1(t)∝azexpj(ωct+ωzt)+a1expj(ωct+ωst)(1)

其中az為雜散邊帶的幅度，a1為信號(hào)邊帶的幅度。

而假設(shè)第二電光調(diào)制器產(chǎn)生了一個(gè)頻率為ωc+ωl的光本振，其中ωl為本振角頻率。其輸出光場(chǎng)可表示為

e2(t)∝b1expj(ωct+ωlt)(2)

其中b1為光載本振信號(hào)的幅度。

將上式(1)、(2)的光載射頻信號(hào)與光載本振信號(hào)分別注入到光相位耦合模塊得：

4路光載本振信號(hào)在光相位耦合模塊中經(jīng)歷不同相移后與光載射頻信號(hào)分別耦合，其中θ1、θ2、θ3、θ4分別表示4路光載本振信號(hào)的相移。當(dāng)然，也可將光載射頻信號(hào)分為四路分別進(jìn)行相移后與光載本振信號(hào)分別耦合，原理是一樣的。

以上4路耦合信號(hào)分別進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行pd探測(cè)，當(dāng)雜散頻率ωz<ωl，可得電信號(hào)為：

四路電信號(hào)在電相位耦合模塊中經(jīng)過不同相移后被耦合為一路，輸出表達(dá)式為：

其中分別表示4路電信號(hào)在電相位耦合模塊中經(jīng)歷的不同相移。為使上式(5)中雜散所在項(xiàng)被抑制，而混頻項(xiàng)要求最大輸出，則要求滿足以下條件：

要滿足上式(6)中的第一個(gè)條件，即抑制雜散項(xiàng)與信號(hào)之間的拍頻。則為兩對(duì)相位相差π的相位延時(shí)。不妨設(shè)(其中k1、k2均為整數(shù))。同理，要滿足上式(6)中的第二個(gè)條件，即抑制雜散項(xiàng)與本振之間的拍頻，則為兩對(duì)相位相差π的相位延時(shí)。另外，為了使混頻效率最高，則要求混頻項(xiàng)輸出功率最大，即要求四路的混頻項(xiàng)均為同相輸出。則滿足(ni,i＝1,2,3,4均為整數(shù))。

綜上，可將(6)式需滿足的條件總結(jié)為：

此時(shí)，對(duì)應(yīng)的最終輸出為：

從上式可以看出，最終輸出的信號(hào)中僅包含待轉(zhuǎn)換的射頻信號(hào)變頻后的輸出分量(ωs-ωl)，而對(duì)于所有雜散分量ωz(ωz<ωl)，均實(shí)現(xiàn)了抑制，并且混頻輸出項(xiàng)以最大項(xiàng)輸出。特別地，當(dāng)ωz＝2ωl-ωs時(shí)，雜散ωz代表鏡頻分量；若ωz＝0，表示系統(tǒng)存在光載波分量ωc，此時(shí)雜散分量與信號(hào)以及本振的拍頻項(xiàng)分別代表的是射頻和本振的泄露；若ωz＝-ωs時(shí),表示此時(shí)存在信號(hào)的負(fù)一階邊帶，此時(shí)為雙邊帶調(diào)制格式。上述分析表明，該混頻裝置具有抑制多種雜散分量，且調(diào)制格式(雙邊帶、單邊帶、載波抑制或非抑制的調(diào)制格式)靈活多變的能力，另外，變頻效率以最大值輸出。由此，實(shí)現(xiàn)了線性微波光子鏡頻抑制混頻。

上述裝置的具體構(gòu)建形式多種多樣，例如，可如圖1一樣利用兩套電光調(diào)制器分別實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)和本振信號(hào)的調(diào)制，也可采用其它方式實(shí)現(xiàn)。光相位耦合模塊可利用若干光分束器和四根不同長(zhǎng)度的延時(shí)線搭建而成，也可采用現(xiàn)有的其它方式，比如90°光混頻器。電相位耦合模塊可使用多個(gè)單通道微波相移器和耦合器搭建而成，也可直接使用一個(gè)四相位耦合器。

為了公眾更好地理解，下面以兩個(gè)優(yōu)選實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說明本發(fā)明技術(shù)方案。

實(shí)施例一：

如圖2所示，本實(shí)施例的混頻裝置包括光源(連續(xù)波激光器)、偏振調(diào)制器、光濾波器、偏振分束器、雙平行調(diào)制器、90°光混頻器、兩個(gè)平衡探測(cè)器、90°微波電橋。

連續(xù)波激光器輸出的光載波ωc注入偏振調(diào)制器，待混頻的本振信號(hào)ωl通過偏振調(diào)制器調(diào)制在光載波上，輸出信號(hào)注入光濾波器，光濾波器輸出包含載波和上邊帶的光信號(hào)。該光信號(hào)經(jīng)過偏振分束器后，光載波和上邊帶分別從偏振分束器的兩個(gè)輸出口輸出。

偏振分束器輸出的本振上邊帶表示為

e1(t)∝b1expj(ωct+ωlt)(9)

其中b1為邊帶信號(hào)的幅度。

偏振分束器輸出的光載波輸出通過雙平行調(diào)制器進(jìn)行射頻信號(hào)的載波抑制單邊帶調(diào)制(以上邊帶為例)。調(diào)制的射頻信號(hào)頻率為ωs，鏡頻分量ωj＝2ωl-ωs和射頻信號(hào)一起調(diào)制到雙平行調(diào)制器上，雙平行調(diào)制器輸出的光場(chǎng)表示為

e2(t)∝a1expj(ωct+ωst)+a1expj(ωct+ωjt)(10)

其中a1為正一階邊帶的幅度。雙平行調(diào)制器輸出的信號(hào)送入90°光混頻器的信號(hào)端，偏振分束器輸出的本振上邊帶送入到90°光混頻器的本振端。90°光混頻器對(duì)應(yīng)的4路相移分別為：θ1＝0°、θ2＝180°、θ3＝90°、θ4＝270°，滿足上式(7)所示條件。此時(shí)四個(gè)光輸出端的光場(chǎng)分別表示為

其中e1和e2分別表示90°光混頻器的同相輸出1和同相輸出2，e3和e4分別表示90°光混頻器的正交輸出1和正交輸出2。通過兩個(gè)平衡探測(cè)器分別對(duì)同相輸出和正交輸出進(jìn)行探測(cè)，此處平衡探測(cè)器等效于兩個(gè)光電探測(cè)器再加一個(gè)180度電橋，即對(duì)輸入的兩個(gè)光信號(hào)分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，其中一路引入180度相移后再與另一路耦合后輸出。兩個(gè)平衡探測(cè)器輸出的電信號(hào)分別表示為：

然后將上述兩路輸出電信號(hào)經(jīng)過90°微波電橋耦合，此處平衡探測(cè)器以及90°微波電橋等效的作用是先給四路進(jìn)行光電探測(cè)，然后給四路引入等效相位為：該相移滿足上式(7)所示條件。最后的混頻輸出為：

該結(jié)果表明，在信號(hào)為載波抑制的單邊帶調(diào)制格式下，最后輸出的混頻信號(hào)中僅有射頻信號(hào)變頻之后的分量(ωs-ωl)，不包含鏡頻干擾下轉(zhuǎn)換得到的中頻分量(ωl-ωj)，也不包含鏡頻分量與信號(hào)之間的相互拍頻(ωs-ωj)，從而實(shí)現(xiàn)了線性的鏡頻抑制混頻。

另外該實(shí)驗(yàn)裝置同樣可對(duì)信號(hào)實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制，通過調(diào)節(jié)雙平行調(diào)制器的直流偏壓即可。在單邊帶調(diào)制下，式(10)需更改為：

e2(t)∝a0expj(ωct)+a1expj(ωct+ωst)+a1expj(ωct+ωjt)(14)

其中a0,a1分別為載波以及正一階邊帶的幅度。下路光載本振不變。此時(shí)，對(duì)應(yīng)的90°光混頻器的輸出為

經(jīng)過兩個(gè)平衡探測(cè)器后的輸出為：

再經(jīng)由90°微波電橋耦合后，輸出結(jié)果為：

該結(jié)果表明，在信號(hào)為單邊帶調(diào)制格式下，最后輸出的混頻信號(hào)中僅有射頻信號(hào)變頻之后的分量(ωs-ωl)，不包含鏡頻干擾下轉(zhuǎn)換得到的中頻分量(ωl-ωj)，也不包含本振(ωl)、射頻(ωs)泄露，以及鏡頻分量與信號(hào)之間的相互拍頻(ωs-ωj)，從而實(shí)現(xiàn)了線性的鏡頻抑制的混頻。

圖4給出了信號(hào)在載波抑制的單邊帶調(diào)制格式下，輸入射頻信號(hào)為16ghz,功率為13dbm,鏡頻成分(14ghz)功率為13dbm時(shí)的光載射頻信號(hào)的光譜圖。圖5展示的是在信號(hào)載波抑制單邊帶調(diào)制格式下，本振信號(hào)為15ghz，功率為8dbm時(shí)，光載本振的光譜圖。

基于本裝置下載波抑制的單邊帶調(diào)制格式的混頻輸出由圖6給出，可以看到輸出僅有射頻信號(hào)的混頻輸出(1ghz),而鏡頻和射頻信號(hào)的拍頻輸出成分(2ghz)被抑制了63db。

圖7為和圖6同樣輸入條件下，基于傳統(tǒng)鏡頻抑制混頻裝置得到的輸出，可以看到輸出不僅有射頻信號(hào)的混頻輸出(1ghz),而且包括鏡頻和射頻信號(hào)的拍頻輸出成分(2ghz)。對(duì)比圖6和圖7，表明本發(fā)明的混頻裝置可以很好地抑制鏡頻和射頻信號(hào)拍頻等雜散分量，另外輸出的混頻功率有明顯提高，有效實(shí)現(xiàn)了高效率線性混頻。

為驗(yàn)證鏡頻抑制效果，圖8和圖9為在信號(hào)載波抑制單邊帶調(diào)制格式下，分別只有射頻信號(hào)(16ghz，13dbm)和只有鏡頻成份(14ghz，13dbm)輸入時(shí)，本裝置的混頻輸出。對(duì)比射頻信號(hào)的混頻輸出和鏡頻信號(hào)的混頻輸出，實(shí)現(xiàn)了46.6db的鏡頻抑制比。

圖10給出了信號(hào)單邊帶調(diào)制格式下，輸入射頻信號(hào)為16ghz,功率為11dbm,鏡頻成分(14ghz)功率為11dbm時(shí)的光載射頻信號(hào)的光譜圖。圖11展示的是在信號(hào)單邊帶調(diào)制格式下，本振信號(hào)為15ghz，功率為8dbm時(shí)，光載本振的光譜圖。

基于本裝置的信號(hào)單邊帶調(diào)制格式的混頻輸出由圖12給出，可以看到輸出僅有射頻信號(hào)的混頻輸出(1ghz),而鏡頻和射頻信號(hào)的拍頻輸出成份(2ghz)、射頻泄露分量(16ghz)、鏡頻泄露分量(14ghz)抑制比接近60db，本振的抑制比達(dá)到46.3db。

圖13為和圖12同樣輸入條件下，基于傳統(tǒng)鏡頻抑制混頻裝置得到的輸出，雖然其對(duì)本振泄露有一定的抑制作用，但依然可以看到其輸出不僅有射頻信號(hào)的混頻輸出(1ghz),而且包括鏡頻和射頻信號(hào)的拍頻輸出成分(2ghz)、以及射頻(16ghz)和鏡頻(14ghz)的泄露成分。對(duì)比圖12和圖13，表明本發(fā)明的混頻裝置在單邊帶調(diào)制格式下，依然可以很好地抑制射頻、本振、鏡頻泄露，還有鏡頻與射頻信號(hào)拍頻等雜散分量，另外輸出的混頻功率有明顯提高，有效實(shí)現(xiàn)了高效率線性混頻。

為驗(yàn)證鏡頻抑制效果，圖14和圖15為在信號(hào)單邊帶調(diào)制格式下。分別只有射頻信號(hào)(16ghz，11dbm)和只有鏡頻成分(14ghz，11dbm)輸入時(shí)，本裝置的混頻輸出。對(duì)比射頻信號(hào)的混頻輸出和鏡頻信號(hào)的混頻輸出，實(shí)現(xiàn)了43.8db的鏡頻抑制比。

實(shí)施例二：

如圖3所示，本實(shí)施例中的混頻裝置包括：鎖模激光器、光分束器、光濾波器1、光濾波器2、馬赫-曾德爾調(diào)制器、光相位耦合模塊、由四個(gè)光電探測(cè)器構(gòu)成的光電探測(cè)器陣列(即光電轉(zhuǎn)換模塊)、四相位耦合器。

首先將頻率為ωl的本振信號(hào)注入到鎖模激光器中，產(chǎn)生梳齒間隔為本振頻率的光頻梳，然后將其輸出通過光分束器分成兩路，分別通過光濾波器1和光濾波器2選擇出兩個(gè)頻率為ωc和ωc+ωl的頻率分量。將頻率為ωc的光信號(hào)通過馬赫曾德爾調(diào)制器進(jìn)行射頻信號(hào)的雙邊帶調(diào)制。調(diào)制的射頻信號(hào)頻率為ωs，同時(shí)鏡頻分量ωj＝2ωl-ωs連同射頻信號(hào)一起調(diào)制到馬赫曾德爾調(diào)制器上，此時(shí)對(duì)應(yīng)的馬赫曾德爾調(diào)制器輸出的光場(chǎng)表示為：

其中a-1，a0,a1分別為負(fù)一階邊帶、載波以及正一階邊帶的幅度。下路的光濾波器2輸出的頻率為ωc+ωl的光信號(hào)表示為

e2(t)∝b1expj(ωct+ωlt)(19)

其中b1為本振邊帶信號(hào)的幅度。將馬赫曾德爾調(diào)制器和光濾波器2輸出的信號(hào)分別輸入到光相位耦合集成芯片的信號(hào)端和本振端，該光相位耦合集成芯片是由多個(gè)光耦合器以及延時(shí)波導(dǎo)集成得到的。此時(shí)，該光相位耦合集成芯片的四個(gè)輸出為：

經(jīng)過四個(gè)光電探測(cè)器后，輸出結(jié)果為：

再經(jīng)過四相位耦合器可得

當(dāng)以上相位θ1、θ2、θ3、θ4、滿足式(7)中所示條件，可得

該結(jié)果表明，在信號(hào)為雙邊帶調(diào)制格式下，最后輸出的混頻信號(hào)中仍然僅有射頻信號(hào)變頻之后的分量(ωs-ωl)，不包含鏡頻干擾下轉(zhuǎn)換得到的中頻分量(ωl-ωj)，也不包含本振(ωl)、射頻(ωs)、鏡頻(ωj)泄露，以及鏡頻分量與信號(hào)之間的相互拍頻(ωs-ωj)，信號(hào)的正負(fù)一階邊帶的拍頻(2ωs)、鏡頻的正負(fù)一階邊帶拍頻(2ωj)。從而實(shí)現(xiàn)了線性的鏡頻抑制的混頻。

綜上，本發(fā)明提供的混頻裝置實(shí)現(xiàn)了調(diào)制格式靈活的微波光子線性鏡頻抑制混頻，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)調(diào)制格式下的線性鏡頻抑制混頻功能，具有靈活度高、轉(zhuǎn)換效率高、線性度高、高頻寬帶、多種雜散同時(shí)抑制的優(yōu)點(diǎn)。該微波光子混頻器避免了對(duì)待混頻射頻信號(hào)調(diào)制格式的限定，雜散抑制不依賴信號(hào)各邊帶抑制比，大幅降低了裝置的復(fù)雜度和成本；同時(shí)，該微波光子混頻器還克服了鏡頻抑制混頻難以抑制二階混頻成分等雜散的缺陷，提高了雜散抑制度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了變頻效率最大化。由此實(shí)現(xiàn)了線性微波光子鏡頻抑制混頻。這使得本發(fā)明可廣泛用于相控陣?yán)走_(dá)、通信、航空航天和電子對(duì)抗等軍民用射頻系統(tǒng)。