[发明专利]一种基于光子集成回路的微波频率瞬时测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子学、微波检测领域，更具体的说是涉及一种光子型微波频率瞬时测量技术。

背景技术

微波频率的瞬时测量是电子对抗和微波检测的关键技术之一，可用于雷达信号和通信信息的截取和窃听、电子干扰和反干扰等。传统的电子学微波频率测量系统由于受到电子瓶颈和带宽的限制，难以实现宽频带的瞬时测量。此外，电子学方法还有着体积大、功耗高、易受电磁干扰等缺陷。为了克服电子学方法的缺点，光子型微波频率瞬时测量系统被提出并逐渐成为研究的热点。受益于光器件的大带宽和低损耗，光子型微波频率测量有着测量范围大、插入损耗低、体积小、重量轻、抗电磁干扰和实时测量等突出优点。

就目前的研究进展来看，主流的光子型微波频率瞬时测量技术大致有三类：频率-空间映射型测频方案；频率-时域映射型测频方案；频率-功率映射型测频方案。相比第一种方案把频率映射到空间位置或第二种方案把频率信息转换为时域功率分布，第三种频率-功率映射型测频方案主要是利用功率比较函数随微波频率的单一变化关系，实现较宽的测频范围(大于20GHz)以及较高的测量分辨率(小于200MHz)。这种方法后台处理简单，成本低，因而成为了光子型微波频率瞬时测量的主要技术之一。

但是现有文献报道的频率-功率映射型测频系统，监测参数和微波频率都是复杂函数关系，亦即在不同频率处，功率比较函数的斜率是不同的。而该斜率决定了测量精度。由于任何测量系统的动态范围(最大可测量功率与最小可分辨功率比值)都是有限的，在给定测量精度下，只有监测参数与微波频率成正比(或线性函数)时，测量范围在理论上才是最大的。同时，只有基于线性比较函数的测量系统，才能从监测参数中直接反演出脉冲信号的中心频率，避免复杂且精度有限的查表操作。此外，任何测量系统都会受到环境的影响而需要校准，基于线性比较函数的测量系统在校准时仅需要确定单个参数(即比较函数的斜率)，因此只需配置单一频率的标准源。之前，我们曾经报道过一种监测参数与微波频率成正比的光子型测频方案(S.L.Pan and J.P.Yao，″Instantaneousphotonic microwave frequency measurement with a maximized measurement range，″2009 IEEE International Topical Meeting on Microwave photonics，paper Fr 4.3.)。但该方案是基于分立光电器件的，如光电偏振调制器、起偏器和光带通滤波器等。这种方案具有着调节参数多、实施复杂、体积大、可靠性低、成本高等缺点。为了有效克服已有方案的缺点，本发明给出了一种监测参数与微波频率成正比的基于光子集成回路的微波频率瞬时测量方案。

发明内容

鉴于已有方案的不足，本发明旨在提供一种监测参数与微波频率成正比的微波频率瞬时测量装置，并将核心器件单片集成。在给定测量精度要求下使得测频范围最大化，同时利用光子集成回路降低了操作复杂度、减小了装置尺寸、提高了系统的可靠性并大幅降低了装置的成本。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于光子集成回路的微波频率瞬时测量装置，其特征在于包括：

激光器；

光子集成回路，该光子集成回路包含了一个马赫-曾德尔强度调制器和一个波导光栅，其中波导光栅与强度调制器的下臂连接；该光子集成回路的第一端口A与激光器连接，第二端口B提供待测微波信号输入；

第一光电探测器，该第一光电探测器与光子集成回路的第三端口C连接；

第二光电探测器，该第二光电探测器与光子集成回路的第四端口D连接；

微波幅度比较及信号处理模块，该微波幅度比较及信号处理模块的两个端口分别与第一光电探测器和第二光电探测器连接。

一种基于光子集成回路的微波频率瞬时测量装置的测量方法如下：

采用激光器输出连续波经光子集成回路的光输入端口A进入光子集成回路，将连续波分成上下两路；将待测微波信号从光子集成回路的微波输入端口B输入，对上下路的激光连续波进行相反的相位调制；上路相位调制信号与部分下路相位调制信号合光后形成强度信号a，从光子集成回路的光输出端口C输出；与此同时，下路相位调制信号的剩余部分经过波导光栅，转换成强度信号b，从光子集成回路的光输出端口D输出；强度信号a和强度信号b对应经过第一、第二光电探测器转变为电信号；电信号经过微波幅度比较及信号处理模块得到频率信息。