[发明专利]基于微波光子技术的可调谐超宽带微波信号发生器

说明书

技术领域

本发明涉及光通讯领域，尤其是利用光子方法来产生超宽带微波信号的技术。适用于可调谐地产生一、二和三阶的正负极性的超宽带微波信号。 

背景技术

超宽带信号，又被称为UWB信号，具有功率消耗少、低频谱密度、抗多径衰落等优点，适用于短距离高速室内无线通信或传感网络等。在2002年，美国通信协会批准了光功率谱密度低于-42.3dBm/MHz的超宽带信号频谱段(3.1～10.6GHz)的自由使用权。因此，超宽带信号的部分带宽应该大于20%或者是10dB的频谱带宽大于500MHz。 

近年来提出了一种基于微波光子技术的超宽带信号发生器，即通过光子技术来产生超宽带微波信号，与一般的微波电路技术相比具有更高的灵活性，能够可调谐地产生不同阶的不同极性的超宽带微波信号,适用于超宽带信号的脉型调制和极性调制技术等。 

目前，基于微波光子技术的新型超宽带信号发生器的主要采用方案有以下几种：一是基于相位调制技术与相位调制到强度调制的转换技术的方案，该种方案可以实现一、二阶的超宽带微波信号产生，但是对相位噪声敏感；二是基于正负抽头系数的微波光子滤波器的方 案，该方案通过连接不同系数抽头实现了一、二阶的超宽带微波信号的发生，可调谐性好，但依赖于多抽头的光子滤波器技术；三是基于不同偏置点的强度调制方案，该方案结构简单，但可调谐性差，只能实现二阶的正负极性的超宽带信号产生；四是基于光谱构造技术与光傅立叶变换技术的方案，该方案波形构造更加精确，但现有的非空间的光谱塑型方式只能产生一、二阶的正负极性的超宽带微波信号。 

上述四种方案都是通过微波光子技术来实现可调谐超宽带微波信号的产生，但是很少有方案能够可调谐地产生一、二、三阶的正负极性的超宽带微波信号，制约了超宽带信号的调制等技术的进一步发展。 

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供了一种基于光谱构造技术和光傅立叶变换技术的超宽带微波信号发生方案，使其可调谐性好、波形构造精确，通过全光纤的可调谐光谱构造单元和特定的光傅立叶变换单元，可实现一、二、三阶的正负极性的超宽带微波信号的发生。 

本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的： 

基于微波光子技术的可调谐超宽带微波信号发生器，它包括可调谐光谱构造单元109、光傅立叶变换单元107和光电转换单元108，其中可调光谱构造单元109由光脉冲发生器101、环型器102、特定光纤布拉格光栅103、光衰减器104、可调光梳状滤波器105、光耦合器106构成，环型器102与光耦合器106间设有两支并联光路：一 支顺序连接特定光纤布拉格光栅103和光衰减器104-1；另一支顺序连接可调光梳状滤波器105和光衰减器104-2；可调谐光谱构造单元109构造的超宽带脉冲信号形状的光谱，通过光傅立叶变换单元107转换为超宽带光脉冲信号，再经过光电转换，则可生成多种超宽带微波信号。 

采用本发明的可调谐超宽带微波信号发生器可实现： 

1)能够在单一的模块中可调谐地构造出六种不同阶的不同极性的超宽带脉冲信号形状的光谱；2)能够实现频域到时域的映射，转换为相应的六种超宽带光脉冲信号；3)超宽带微波信号发生器的可调谐性仅依赖于光谱构造单元，且光谱构造方法为简单的滤波和非相干叠加。 

可调谐光谱构造单元对宽带光源进行两次光谱构造来得到超宽带脉冲形状的光谱：1)梳状滤波器的滤波过程；2)特定的相对位置的非相干叠加过程；根据本发明的光谱构造法，调节梳状滤波器的自由频谱距离(FSR)和可调谐光衰减器的衰减量来实现不同种类的超宽带信号形状的构造。由特定的光傅立叶变换单元，可以实现频域到时域的映射，产生超宽带光脉冲信号。经过光电转换单元后，则可转换为超宽带微波信号。 

采用本发明相比其他的微波光子技术的超宽带信号发生器，尤其是基于光谱构造和光傅立叶变换技术的方案，本发明方案的可调谐性更好，通过给定的光谱构造方法可以产生一、二、三阶的正负极性的超宽带微波信号，大大提高了超宽带微波信号发生器的灵活性。 

附图说明：

图1为本发明的可调谐超宽带脉冲信号发生器的结构示意图。 

图2为本发明中可调梳状滤波器105的一个典型结构图2(a)和特定调节方案图2(b)，其中虚线为可调光梳状滤波器105的传输曲线，实线为特定光纤布拉格光栅103的反射光谱。 

图3为本发明中的超宽带脉冲信号发生器的光谱构造法。 

图4为本发明实施的一个典型的光傅立叶变换单元的结构图。