[发明专利]一种相位稳定的光子微波信号产生方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高光子微波信号相位稳定性的方法，特别涉及通过两束偏振光的干涉反馈来提高微波信号相位的稳定性。

背景技术

光控相控阵雷达系统中的移相微波信号的相位稳定技术是影响光控相控阵雷达系统测量精确的关键因素之一，本发明涉及的正是提高移相微波信号的相位稳定的一种方法。

光控相控阵雷达是将光电子技术应用在相控阵雷达中，用以传输、分配雷达信号和控制信号，实现光波束控制。光控相控阵雷达相比较于以往的相控阵雷达，在尺寸、重量、传输损耗、辐射干扰等问题得到了有效的改善；光延迟线作为移相器，可获得大的瞬时带宽；采用光纤传输和分配技术，可减轻系统重量，减小体积，提高雷达可靠性，增强抗电磁干扰的能力，改善线路传输特性；天线子系统与雷达子系统可分置不光延迟线是光电子技术在光控相控阵雷达技术中的关键应用同位置，不仅带来结构上的方便，还提高雷达和人员的生存能力。光延迟线是光电子技术在光控相控阵雷达技术中的关键应用，然而光延迟线应用在光控相控阵雷达系统中的同时，引入了相位噪声和相位漂移，使得微波信号的分配和传输受到干扰。从传输损耗、带宽以及抗电磁干扰特性方面看，光纤是传送微波信号的理想介质，然而环境温度、压力以及弯曲均会导致光纤折射率变化，积累的传输延迟变化将直接导致微波信号的相位噪声和相位漂移。实验研究表明，光纤折射率随温度的变化率约为40ps/(km×℃)，对于长度为100m的光纤，温度变化1℃相应的延迟约为4ps。压力对光纤传输相位的影响更为明显，实验研究表明，光纤折射随压强的变化率约为70ps/(km×MPa)，对于长度为100m的光纤，压强变化1MPa相应的延迟约为7ps。综上考虑，这些随机变化的附加延时对于光控相控阵雷达系统中的微波信号来讲是无法接受的，必须采用相应的相位稳定技术配合光延迟线才能实现移相微波信号的高质量传输。

目前，传统的光延迟线长度校准或者相位稳定问题的处理思路如下：在不考虑光纤非线性和非互易性的情况下，同一光纤中同向传输的信号互相之间是独立的、经历的相位扰动也是一致的。因此，通过比较基准信号与光信号的相位差，即可测得光纤的相位扰动。利用该信号反馈控制光纤的延迟即可实现光纤的长度校准或相位稳定，具体实现方式一般为非相干式。一般来说，首先将一个微波信号调制到两个光载波上(一路为传输信号，一路为基准信号)，在远端分别接收两路微波信号，用锁相环比较基准的微波信号和传输微波信号之间的相位差，获得光纤传输相位变化的信息，反馈控制光纤相位，实现相位稳定的目的。但是，传统的这种非相干方式中基准信号与传输信号的相位差是在光电转换之后的电域进行的，增加了系统的复杂度和不确定性，同时稳定精度不够高。

因此，如何在不增加系统复杂度的情况下，能够提高光子微波信号相位稳定性的精度和响应度成为本文的目标。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种基于垂直偏振态的相干光检测方案来提高光子微波信号相位稳定性。该方案基于两束相位相干的偏振光同时在光子微波链路系统中传输，其中一束为基准光，一束为传输光，通过对两束光在光纤链路末端的比较来反馈控制光子微波移相模块。

技术方案：本发明提供的提高光子微波信号相位稳定性的方法，包括对两束分别在光子微波链路系统中传输的相干偏振光进行相干检测来反馈光延时模块；其特性在于，直接在光域内进行的，避免了微波接收再调制带来的一系列问题。主要实施原理如下：激光器输出的光被偏振光分束器分为两束垂直的偏振光，其中一束被作为基准光，被移频后，再与另外一束作为传输光的经过偏振光合束器合束到一起，再经过光微波调制和光延时链路后被偏振光分束器后，基准光被法拉第旋光镜旋转偏振态后与传输光干涉，再经低速的光检测器检测出拍频信号。根据干涉原理，两干涉臂的相位差将直接反映在25MHz拍频信号的相位中，即25MHz拍频信号的相位反映了传输光纤的相位变化。将该拍频信号与25MHz的参考信号进行相位比较，即可获得传输系统相位扰动的情况，将鉴相器输出的信号处理后，作为微波光子移相器的控制信号，达到反馈控制微波信号相位的目标。

有益效果：与背景技术相比，本发明具有如下的技术效果：

1、本相干方式相位稳定技术的相位检测是直接在光域内进行的，由于光波频率非常高(在1550nm波段，193THz左右)，因此可以获得波长量级的稳定精度，从而满足X波段微波信号的传送。

2、本方案检测模块光检测器只需要一个低速的，节约了成本。

3、通过光的干涉，代替了传统相位稳定技术上的高频电信号相位检测，使可行性和系统稳定性大大提高。