[发明专利]全光纤可调谐微波、毫米波发生装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波、毫米波发生装置，适用于光纤微波通信RoF：Radioon/over Fiber)、微波光子、光纤传感、光纤激光器、光纤通信以及雷达等领域。

背景技术

对人类来说，21世纪留给我们的最大资产是电波和光融合的电磁波波段。换言之，现代通信的关键是“光和无线”。微波光子技术将微波学和光学融合在一起，成为一个全新的技术领域，通常称为Microwave Photonics简称MWP)。光子技术和微波、毫米波的集成在远程通信的发展上打开了一个神奇的、充满希望的领域。光技术和电波技术相融合，利用光纤具有的低损耗、大容量、无感应、重量轻、易于搬运等特点，在传统的微波技术中引入光技术，可组成信息社会的基础网络，充分利用光纤的宽带宽、无线的自由，达到个别技术不断发展也无法实现的通信系统高功能化和高度化，提供最后一公里的最佳解决途径。这种在无线/移动通信的接入系统中、在军用的天线远程控制以及智能交通系统中把光纤通信和微波通信结合的系统就是光纤微波通信RoF：Radio on/overFiber)。RoF技术在无线/移动通信系统中应用，可将基站端的基带处理、调制、混频功能后移到基站控制器端集中处理，而基站端只保留光电转换、滤波和放大功能，这样可大大降低基站的成本，在未来的密集微蜂窝通信系统中，由于基站数量众多，采用RoF技术可大大降低系统的成本。微波光纤通信系统，光域上的微波光子信号处理，比起传统基于电子设备的微波信号处理，微波光子信号处理具有时间带宽积高、抗电磁干扰、线路和设备间的串扰小、调谐方便的优点，微波光子信号处理技术是在光域上对微波信号处理，它能与RoF传输系统天然匹配，中间无需光电和电光转换设备。电处理器的带宽限制了高带宽的光电信号的处理，以光子取代电子，在较高的速率处理信号，这样就可以避免电子瓶颈。微波光子集中了射频波和光纤的优点，在射频波和光纤之间透明转换。微波提供了低成本可移动无线连接方式，而光纤提供了低损耗宽带连接，该连接方式不受电的影响。在光纤中实现射频波的带通传输，无衰减，无信道间的相互干扰。

微波在卫星通信和陆地移动通信中的应用日益普遍，而微波发生器在通信系统中占有十分重要的地位，是关键的核心部件。

微波可以通过电域的模拟电路或者数字电路得到，但频率局限在几个GHz以下，难以产生更高频率的微波、毫米波信号。

随着现存的系统面临频率带宽短缺的问题，对高速数据传输的需要愈来愈迫切，利用光子方法产生微波、毫米波技术具有很大的吸引力，可以实现宽频域载波信号范围和光纤连接的低损传输，受到越来越多研究者的关注。其中基于1550nm波长窗口的光子技术对于利用光纤链路传输RF信号、光纤遥感和光纤测量设备等显得更为重要。从它的实现技术上来说，它主要采用超快光电转换器技术将光信号转换成电信号，例如，超快光电探测器等。宽带和大功率光电探测器的出现使得光子方法产生微波、毫米波信号技术变成可能，完全可以取代过去传统的电子RF信号发生器。从它的应用前景和研究意义来说，随着频率的增加，微波、毫米波的传输变得越来越困难，这也为光子技术在产生微波、毫米波信号中的应用提供了很好的舞台。

光子方法产生毫米波/微波信号最典型的技术为光外差技术，光外差技术主要基于光学拍频，它的主要原理为：当两个不同波长的光波同时经过一个探测器探测时，探测器的输出将产生一个微波频率，并且该频率为两个光波频率之差。如果其中一个光载波调制了数据信号，那么探测到的信号中也将包含上变频到微波频率中的数据。为了获得高质量的射频载波信号，两个光信号应该相干，这也就是说，它们最好是在同一个激光腔中产生，这会导致需要专门设计激光器的麻烦。

光学方法产生微波、毫米波是一项微波光子学的关键技术。利用光电技术产生微波频率的传统方法是基于两个可调谐的频率相近的激光束，这就要求激光器具有非常好的频率稳定性。另一种方法是在复杂的光学整合电路中，频移射频调制激光器频率，但是该方法仅限于产生低频信号＜1GHz)。最近，又研究了很多用于产生微波、毫米波信号的新方法：有将光纤环共振腔作为频率调制器，利用光纤的布里渊散射作用产生相位调制的微波信号；有采用两个或多个固态微芯片温度和电压调谐激光器的干涉产生动态可调谐、低噪声的微波、毫米波信号，频率从几个GHz到100GHz；有采用布拉格光栅取代马赫-曾德干涉仪作为滤波器，产生微波、毫米波；还有基于非啁啾高斯脉冲在传输过程中的色散和非线性效应产生复杂频率的微波、毫米波。这些产生方法，结构复杂，稳定性差，产生的效率不高。

发明内容