一種用于高頻窄帶信號的光下變頻方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適用于高頻窄帶信號的光下變頻方法及系統(tǒng)。通過一個馬赫-曾 德爾調(diào)制器將本振信號和射頻信號調(diào)制在光上，再通過光電檢測實現(xiàn)下變頻，屬于微波光 子學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波光子學(xué)主要研宄微波信號與光信號之間的相互作用，與傳統(tǒng)的微波系統(tǒng)相比 具有體積小、重量輕、成本低、不受電磁干擾、非線性性能好、應(yīng)用帶寬大等優(yōu)點，在寬帶無 線通信、雷達系統(tǒng)、電子對抗等領(lǐng)域有深入應(yīng)用。光下變頻技術(shù)是寬帶大動態(tài)范圍微波光子 系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)方案包括級聯(lián)兩個調(diào)制器，或者并聯(lián)兩個調(diào)制器，或者使用四 波混頻的方案。
[0003] 以下是一些已有的光下變頻技術(shù)：
[0004] [1]方案1，如圖1是浙江大學(xué)申請的公開專利，公開號為CN 1835422A。該方案分 別在兩個級聯(lián)的馬赫_曾德爾強度調(diào)制器上調(diào)制本振和射頻信號，實現(xiàn)下變頻。
[0005] [2]方案2,如圖2是北京郵電大學(xué)申請的公開專利，公開號為CN 102324892A。 該方案利用一個雙平行強度調(diào)制器，在兩路光波導(dǎo)上分別加入射頻和本振信號，然后合為 一路，用光電探測器檢測下變頻信號。
[0006] [3]方案3,如圖3是浙江大學(xué)申請的公開專利，公開號為CN 1835424A。是一種基 于布里淵散射的微波光子混頻方法。
[0007] 現(xiàn)有傳統(tǒng)的下變頻方案一般需要級聯(lián)或者并聯(lián)兩個馬赫-曾德爾強度調(diào)制器，使 得方案的成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本方案適用于Q波段以上高頻窄帶信號的下變頻。本方案只用了一個馬赫-曾德 爾強度調(diào)制器，降低了下變頻系統(tǒng)的成本。本方案適用于射頻信號帶寬同時小于射頻信號 頻率和本振信號頻率的情況，否則會帶來下變頻信號性能的嚴重惡化。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0010] 一種用于高頻窄帶信號的光下變頻方法，其步驟為：
[0011] 1)將射頻信號和本振信號合波后輸入光調(diào)制器，對載波信號進行調(diào)制；
[0012] 2)將調(diào)制后的信號進行濾波，將載波輸出到一第一光電檢測器檢波后，經(jīng)一自動 偏置控
[0013] 制器輸入到所述光調(diào)制器的偏置控制端，從而將所述光調(diào)制器偏置控制在載波抑 制點；
[0014] 將其余光信號經(jīng)一第二光電檢測器檢波后輸入到濾波器進行濾波，得到下變頻信 號；
[0015] 其中，射頻信號帶寬同時小于射頻信號頻率和本振信號頻率。
[0016] 進一步的，所述步驟2)中，通過一波長選擇開關(guān)對調(diào)制后的信號進行濾波，所述 波長選擇開關(guān)包括一環(huán)形器和一光柵，其中所述環(huán)形器的第一端口端與所述光調(diào)制器的信 號輸出端連接，所述環(huán)形器的第二端口與所述光柵連接、第三端口與所述第一光電檢測器 連接；所述光柵的另一端與所述第二光電檢測器連接；所述第一端口、第二端口、第三端口 為按所述環(huán)形器的信號傳輸方向順序排列的三個端口；所述光柵的反射波長為所述激光光 源的波長。
[0017] 進一步的，所述第二光電檢測器經(jīng)一放大器與所述濾波器連接。
[0018] 進一步的，所述光柵為光纖光柵，所述環(huán)形器為三端口光纖環(huán)形器；所述濾波器為 電濾波器；所述光調(diào)制器為馬赫-曾德爾強度調(diào)制器。
[0019] 一種用于高頻窄帶信號的光下變頻系統(tǒng)，其特征在于，包括一光調(diào)制器，其信號輸 入端與一激光光源輸出端連接、信號輸出端與一波長選擇開關(guān)的輸入端連接，所述波長選 擇開關(guān)的載波輸出端經(jīng)一第一光電檢測器與一自動偏置控制器輸入端連接、信號輸出端經(jīng) 一第二光電檢測器與一濾波器連接，所述光調(diào)制器的射頻輸入端與一合波器輸出端連接、 偏置控制端與所述自動偏置控制器輸出端連接，所述合波器的一輸入端與一射頻信號輸出 端連接、另一輸入端與一本振信號輸出端連接；其中，射頻信號的帶寬同時小于射頻信號的 頻率、本振信號的頻率。
[0020] 進一步的，所述波長選擇開關(guān)包括一環(huán)形器和一光柵，其中所述環(huán)形器的第一端 口端與所述光調(diào)制器的信號輸出端連接，所述環(huán)形器的第二端口與所述光柵連接、第三端 口與所述第一光電檢測器連接；所述光柵的另一端與所述第二光電檢測器連接；所述第一 端口、第二端口、第三端口為按所述環(huán)形器的信號傳輸方向順序排列的三個端口；所述光柵 的反射波長為所述激光光源的波長。
[0021 ] 進一步的，所述光柵為光纖光柵，所述環(huán)形器為三端口光纖環(huán)形器。
[0022] 進一步的，所述第二光電檢測器經(jīng)一放大器與所述濾波器連接。
[0023] 進一步的，所述合波器為電合波器，所述濾波器為電濾波器；所述光調(diào)制器為馬 赫-曾德爾強度調(diào)制器。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果：
[0025] 1、只用了一個馬赫-曾德爾強度調(diào)制器，節(jié)約了系統(tǒng)的成本。
[0026] 2、只用了一個馬赫-曾德爾強度調(diào)制器，在不外加放大器的情況下，比調(diào)制器串 聯(lián)的下變頻方案有更高的變頻效率。
[0027] 3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)制器的偏置控制方法簡單可行。
【附圖說明】
[0028] 圖1為方案1的結(jié)構(gòu)圖；
[0029] 圖2為方案2的結(jié)構(gòu)圖；
[0030] 圖3為方案3的結(jié)構(gòu)圖；
[0031] 圖4為本發(fā)明方案原理圖；
[0032] 圖5為本發(fā)明方案各節(jié)點光譜示意圖；
[0033] (a)A點光譜示意圖，（b)為B點光譜示意圖，
[0034] (c)為C點光譜示意圖，（d)為D點光譜示意圖。
[0035] 圖6為下變頻實驗結(jié)果圖 [0036] (a)射頻信號，（b)下變頻信號。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的方案進行進一步詳細描述。
[0038] 本發(fā)明的方案原理如圖4所示。電合波器的一輸入端接射頻RF信號，另一輸入端 接本振信號，合波器的輸出端接馬赫曾德爾調(diào)制器的射頻輸入端；射頻RF信號和本振信號 經(jīng)過電合波器一起調(diào)制光信號。調(diào)制器偏置控制在載波抑制點。經(jīng)過調(diào)制的光信號進入光 環(huán)形器和光纖光柵（二者結(jié)合作為波長選擇開關(guān)），其中光纖光柵的反射波長為激光器的 光載波波長，從而光載波被反射回來進入光電探測器ro后反饋控制調(diào)制器的偏置，其余光 信號經(jīng)過ro檢波，濾波后得到下變頻信號。
[0039] 圖4中各點的光譜示意圖如圖5所示。激光器輸出單波長激光，如圖5a)所示。調(diào) 制器工作在載波抑制點時，在光譜中調(diào)制出2組上下邊帶，相對載波分別偏移本振和射頻 信號的頻率，如圖5(b)所示。殘余載波被環(huán)形器和光纖光柵組成的濾波器反射到節(jié)點C后 的第一ro上，如圖5 (C)所示，根據(jù)殘留載波的大小可以反饋控制調(diào)制器工作在載波抑制點 附近。最后經(jīng)過光纖光柵的光（如圖5(d)所示）被節(jié)點d后的第二ro平方律檢波轉(zhuǎn)化為 電信號。該電信號經(jīng)過電濾波器選頻得到需要的下變頻信號。
[0040] 由于調(diào)制器偏置在載波抑制點，本振信號的頻率為，射頻信號的頻率為《KF， 則調(diào)制器的輸出可以表示為式（1)。其中是調(diào)制器的輸出（輸入）光的電場形式， Aw，AKF*別是本振信號和射頻信號的振幅，V"是調(diào)制器的半波電壓。
【主權(quán)項】
1. 一種用于高頻窄帶信號的光下變頻方法，其步驟為： 1) 將射頻信號和本振信號合波后輸入光調(diào)制器，對載波信號進行調(diào)制； 2) 將調(diào)制后的信號進行濾波，將載波輸出到一第一光電檢測器檢波后，經(jīng)一自動偏置 控制器輸入到所述光調(diào)制器的偏置控制端，從而將所述光調(diào)制器偏置控制在載波抑制點； 將其余光信號經(jīng)一第二光電檢測器檢波后輸入到濾波器進行濾波，得到下變頻信號；其中， 射頻信號帶寬同時小于射頻信號頻率和本振信號頻率。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2)中，通過一波長選擇開關(guān)對調(diào)制 后的信號進行濾波，所述波長選擇開關(guān)包括一環(huán)形器和一光柵，其中所述環(huán)形器的第一端 口端與所述光調(diào)制器的信號輸出端連接，所述環(huán)形器的第二端口與所述光柵連接、第=端 口與所述第一光電檢測器連接；所述光柵的另一端與所述第二光電檢測器連接；所述第一 端口、第二端口、第=端口為按所述環(huán)形器的信號傳輸方向順序排列的=個端口；所述光柵 的反射波長為所述激光光源的波長。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第二光電檢測器經(jīng)一放大器與所述 濾波器連接。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述光柵為光纖光柵，所述環(huán)形器為=端口 光纖環(huán)形器；所述濾波器為電濾波器；所述光調(diào)制器為馬赫-曾德爾強度調(diào)制器。
5. -種用于高頻窄帶信號的光下變頻系統(tǒng)，其特征在于，包括一光調(diào)制器，其信號輸入 端與一激光光源輸出端連接、信號輸出端與一波長選擇開關(guān)的輸入端連接，所述波長選擇 開關(guān)的載波輸出端經(jīng)一第一光電檢測器與一自動偏置控制器輸入端連接、信號輸出端經(jīng)一 第二光電檢測器與一濾波器連接，所述光調(diào)制器的射頻輸入端與一合波器輸出端連接、偏 置控制端與所述自動偏置控制器輸出端連接，所述合波器的一輸入端與一射頻信號輸出端 連接、另一輸入端與一本振信號輸出端連接；其中，射頻信號的帶寬同時小于射頻信號的頻 率、本振信號的頻率。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述波長選擇開關(guān)包括一環(huán)形器和一光柵， 其中所述環(huán)形器的第一端口端與所述光調(diào)制器的信號輸出端連接，所述環(huán)形器的第二端口 與所述光柵連接、第=端口與所述第一光電檢測器連接；所述光柵的另一端與所述第二光 電檢測器連接；所述第一端口、第二端口、第=端口為按所述環(huán)形器的信號傳輸方向順序排 列的=個端口；所述光柵的反射波長為所述激光光源的波長。
7. 如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵為光纖光柵，所述環(huán)形器為=端口 光纖環(huán)形器。
8. 如權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光電檢測器經(jīng)一放大器與所述 濾波器連接。
9. 如權(quán)利要求5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述合波器為電合波器，所述濾波器為 電濾波器；所述光調(diào)制器為馬赫-曾德爾強度調(diào)制器。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于高頻窄帶信號的光下變頻方法及系統(tǒng)，屬于光通信領(lǐng)域。本發(fā)明包括一光調(diào)制器，其信號輸入端與一激光光源輸出端連接、信號輸出端與一波長選擇開關(guān)的輸入端連接，所述波長選擇開關(guān)的載波輸出端經(jīng)一第一光電檢測器與一自動偏置控制器輸入端連接、信號輸出端經(jīng)一第二光電檢測器與一濾波器連接，所述光調(diào)制器的射頻輸入端與一合波器輸出端連接、偏置控制端與所述自動偏置控制器輸出端連接，所述合波器的一輸入端與一射頻信號輸出端連接、另一輸入端與一本振信號輸出端連接；其中，射頻信號的帶寬同時小于射頻信號的頻率、本振信號的頻率。本發(fā)明具有成本低、變頻效率高、易于控制等優(yōu)點。
【IPC分類】H04B10-54
【公開號】CN104683035
【申請?zhí)枴緾N201510062358
【發(fā)明人】朱曉琪, 陳章淵, 朱立新, 陳菲雅, 徐永馳
【申請人】北京大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月5日