基於雙臂電光外調製的變頻系統及使用方法

2023-04-26 13:57:36

基於雙臂電光外調製的變頻系統及使用方法
【專利摘要】本發明為基於雙臂電光調製的變頻系統及使用方法，本系統偏置電壓控制電路的偏置電壓分接電光外調製器兩臂電極，後者的輸出端連接分光器，分光器一輸出端接光探測器，光探測器輸出經選頻放大電路後為本變頻系統的輸出。分光器另一輸出端經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。系統可兩級連接。一方法為：電光外調製器光輸入端接入光載波信號，兩臂輸入本振和射/中頻信號並加等於雙臂半波電壓的偏置電壓，得下/上變頻的微波信號。另一方法為光輸入端接入本振，兩臂輸入射頻信號並加等於雙臂半波電壓的偏置電壓，得倍頻的本振信號。本發明一級設備實現微波信號變頻或本振信號光倍頻，功率提升，成本低，可靠性高。
【專利說明】基於雙臂電光外調製的變頻系統及使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微波光子【技術領域】，具體為一種基於雙臂電光調製的變頻系統及使用方法。
【背景技術】
[0002]長期以來，主要利用電子器件的非線性效應進行微波頻率的上下變頻。隨著微波技術的發展，微波工作頻率不斷提高，現已達到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)。利用傳統的方法進行微波頻率的變頻，出現了技術難度大、信號質量較差和環境適應能力較弱等問題。
[0003]隨著微波光子技術的不斷發展，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製技術。特別是基於鈮酸鋰(LiNb03)的馬赫曾德爾調製器(MZM)的出現，實現了 Ka波段、毫米波段信號(甚至是太赫茲信號)的基於微波光子的高質量、環境適應性強和大動態範圍的上下變頻。
[0004]目前，微波光子技術實現微波信號混頻主要是採用兩級調製法:先將本振信號調製到光載波上形成RoF (radio-over-fiber)光載微波信號；然後，將需變頻的微波信號也調製到RoF信號作為副載波調製信號；隨後，通過光電探測器將光信號轉換為含有各種頻率成分的電信號；最後，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。而且現有的基於兩級電光調製的所得的微波光譜中不但含有微波信號(RFin)、本振信號和本振的3次諧波信號，而且還含有光載波信號、本振信號與微波信號的和頻信號、本振信號與微波信號的差頻信號等幹擾信號。
[0005]現有的利用多級倍頻的電子電路產生微波、毫米波信號來進行混頻的方案實現複雜，並且成本較高，此外，在很多應用領域，微波和毫米波的產生需要分布在遠端單元，由於電傳輸線(如同軸電纜等)的損耗大，因此微波和毫米波在遠端的電域產生然後再傳輸返回不切實際。
[0006]目前的光域混頻技術採用光注入鎖模、光鎖相環、光注入鎖相、基於強度調製和基於相位調製等方法實現，但這些光域混頻方法存在輸入微波動態範圍小、輸出微波功率低、微波接收靈敏度低、系統穩定性差、可靠性低和噪聲係數大等問題，難以在實際中應用。

【發明內容】

[0007]本發明的目的是公開一種基於雙臂電光調製的變頻系統，雙臂電光外調製器為主要器件，配以偏置電壓控制電路，光電探測器和選頻放大電路，適當調製雙臂電光外調製器的偏置電壓，進入兩臂的光源的光載波信號被輸入兩臂的微波信號和微波本振信號分別調製形成兩路光載微波信號，兩路光載微波信號疊加為雙臂電光外調製器輸出的光載微波信號，經光電探測器轉換為電信號，選頻功率放大得到所需的上下變頻信號。
[0008]本發明的另一目的是公開上述基於雙臂電光調製的變頻系統的使用方法，當輸入射頻微波信號時，可下變頻得到中頻微波信號，當輸入中頻微波信號時，可上變頻得到射頻微波信號，還可以對本振信號進行光倍頻，得到高頻的本振信號。
[0009]本發明設計的基於雙臂電光調製的變頻系統，包括雙臂電光外調製器、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製器兩個臂的電極，雙臂電光外調製器的輸出端連接光探測器，光探測器輸出的電信號接入選頻放大電路，選頻放大電路的輸出端為本變頻系統的輸出端。
[0010]本變頻系統還有反饋裝置，雙臂電光外調製器的輸出端連接分光器，分光器的一個輸出端連接光探測器，另一個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接入偏置電壓控制電路，作為反饋信號控制其輸出的偏置電壓值保持為最佳工作點。
[0011]本基於雙臂電光調製的變頻系統可以前後兩級連接，前級基於雙臂電光調製的變頻系統本振信號輸入雙臂電光外調製器的光輸入端，射頻微波信號輸入兩臂，輸出光倍頻的本振信號；後級基於雙臂電光調製的變頻系統中，光載波信號輸入雙臂電光外調製器的光輸入端，前級輸出的光倍頻的本振信號輸入一臂、射頻或中頻微波信號輸入另一臂，輸出變頻的中頻或射頻微波信號。
[0012]本發明基於雙臂電光調製的變頻系統使用方法如下:
[0013]光載波信號從雙臂電光外調製器的光輸入端接入後分為兩路，進入雙臂電光外調製器的兩個臂；其中一條臂輸入本振信號，另一條臂輸入射頻或中頻微波信號，本振信號和微波信號對進入兩個臂的光載波信號進行調製形成兩路光載微波信號，偏置電壓控制電路給兩個臂提供適當的偏置電壓，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，提升變頻後的微波信號輸出功率。兩路光載微波信號疊加後為雙臂電光外調製器輸出的經調製有微波信號的光信號，即光載微波信號P (t)。光載微波信號在光探測器進行光電轉換，光功率信號轉換為含有各種頻率成分的電流強度信號，經過選頻放大電路，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或者上變頻的射頻微波信號。
[0014]雙臂電光外調製器的輸出光載微波信號P (t)表達式如下:
【權利要求】
1.基於雙臂電光調製的變頻系統，包括雙臂電光外調製器、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製器兩個臂的電極，雙臂電光外調製器的輸出端連接光探測器，光探測器輸出的電信號接入選頻放大電路，選頻放大電路的輸出端為本變頻系統的輸出端。
2.根據權利要求1所述的基於雙臂電光調製的變頻系統，其特徵在於: 還有反饋裝置，所述雙臂電光外調製器的輸出端連接分光器，分光器的一個輸出端連接光探測器，另一個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接入偏置電壓控制電路。
3.根據權利要求1或2所述的基於雙臂電光調製的變頻系統，其特徵在於: 所述基於雙臂電光調製的變頻系統前後兩級連接，前級基於雙臂電光調製的變頻系統本振信號輸入雙臂電光外調製器的光輸入端，射頻微波信號輸入兩臂，輸出光倍頻的本振信號；後級基於雙臂電光調製的變頻系統中，光載波信號輸入雙臂電光外調製器的光輸入端，前級輸出的光倍頻的本振信號輸入一臂、射頻或中頻微波信號輸入另一臂，輸出變頻的中頻或射頻微波信號。
4.根據權利要求2所述的基於雙臂電光調製的變頻系統的使用方法，其特徵在於: 光載波信號從雙臂電光外調製器的光輸入端接入後分為兩路，進入雙臂電光外調製器的兩個臂；其中一條臂輸入本振信號，另一條臂輸入射頻或中頻微波信號，本振信號和微波信號對進入兩個臂的光載波信號進行調製形成兩路光載微波信號，偏置電壓控制電路給雙臂提供適當的偏置電壓，兩路光載微波信號疊加後為雙臂電光外調製器輸出光載微波信號；光載微波信號在光探測器進行光電轉換，光功率信號轉換為含有各種頻率成分的電流強度信號，經過選頻放大電路，得到所需要的下變頻的中頻微波信號或者上變頻的射頻微波信號； 偏置電壓控制電路提供給雙臂的偏置電壓等於雙臂的半波電壓值。
5.根據權利要求4所述的基於雙臂電光調製的變頻系統的使用方法，其特徵在於: 所述光電探測器的輸入光功率小於光電探測器的飽和光功率。
6.根據權利要求2所述的基於雙臂電光調製的變頻系統的使用方法，其特徵在於: 光本振信號從雙臂電光外調製器的光輸入端接入後分為兩路，進入雙臂電光外調製器的兩個臂；射頻微波信號分為兩路輸入雙臂電光外調製器兩臂，偏置電壓控制電路提供給雙臂的偏置電壓Vdcl和Vtk2設置在最佳工作點等於雙臂的半波電壓值，微波光子濾波器反饋的電信號使偏置電壓控制電路保持偏置電壓穩定；所述輸入兩臂的射頻微波信號對進入兩個臂的光本振信號進行調製，得到光倍頻的光載本振信號，光電探測器將倍頻的光載本振光功率信號轉換為含有各種頻率成分的電流強度信號，經過選頻放大電路，通過電域的濾波選頻和功率放大，得到倍頻的本振信號。
7.根據權利要求6所述的基於雙臂電光調製的變頻系統的使用方法，其特徵在於: 所述光電探測器的輸入光功率小於光電探測器的飽和光功率。
【文檔編號】G02F1/01GK103457668SQ201310395430
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】代豐羽, 朱少林, 尹怡輝, 王景國 申請人:中國電子科技集團公司第三十四研究所