[发明专利]基于载波带处理的微波光子系统交调失真抑制方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子系统技术领域，更具体涉及基于载波带处理的微波光子系统交调失真抑制方法及系统。

背景技术

微波光子系统具有低成本、高带宽等显著的优势，然而微波光子系统的强度调制器固有的非线性特性将导致输出信号中具有失真干扰，从而导致信息的误判。交调失真的抑制可有效的提升微波光子系统的无杂散动态范围，提升其对微弱信号及强信号的处理能力。高动态范围微波光子系统在雷达、电子战等领域具有重要的应用价值。

现有技术中对微波光子系统交调失真抑制的技术方案有下面一种：

基于并行强度调制器的交调失真抑制技术

图1是基于并行强度调制器的交调失真抑制技术的系统结构示意图，交调失真的抑制是通过构造等量的失真分量并使其相互抵消而实现的。通过调节上下两路的光功率分配比以及加载的射频信号的功率分配比，使得上下臂的三阶失真分量幅值相等，同时保证基频信号分量的幅值相差较大；调节上下臂调制器的偏置点并适当控制微波移相器，使上下路信号的载波带相移量差为180度。在接收端经过非相干合成，可完全抑制调制器三阶交调失真。此外，本方案亦可引入低偏置技术，进一步抑制噪声系数。该方案的优点在于即可以抑制系统中的交调失真又可以从一定程度上降低噪声，从而最大程度地提高整个模拟光链路的动态范围。本技术具有明显的缺点：1、由于光信号和微波信号均要分为两路，需要精确的功率分配比控制以及延时控制；2、由于移相器等微波器件的采用，给系统带来了额外的功耗，从而导致系统的增益特性较差。

基于串联强度调制器的交调失真抑制技术

图2是基于串联强度调制器的交调失真抑制技术的系统结构示意图，该技术的基本原理是通过适当的进行两个调制器偏置点的控制，采用第二个调制器产生的非线性失真，来补偿第一个调制器的非线性失真，从而达到交调失真抑制的目的。偏置点的准确控制与否会直接影响到失真分量的抑制程度。本技术具有明显的不足之处：1、由于同一射频信号需要适当的功率分配并加载到两个调制器的电极，因此需要精确的载波带相移量控制；2、该方案的关键之处在于精确的直流偏置控制，因此偏置点随温度等环境因素的漂移会对该方案带来影响。

基于前馈预失真补偿的交调失真抑制技术

图3是基于前馈预失真补偿的交调失真抑制技术的系统结构示意图，系统由误差产生环路与误差消除环路两个环路构成。通过利用调制-解调获取的电信号与原电信号相减，误差产生环路输出相应的误差分量。另外，由于激光器LD2是由低功率的失真信号直接调制，可近似为线性无失真调制，误差信号经衰减与延时后调制激光器输出波长，最终调制后的两路载波带相移量相反的信号经光耦合器耦合至接收端，实现了非线性失真的相互抵消。通过前馈法实现了非线性失真的预补偿。本技术的不足之处在于：1、结构非常复杂，需要多个光器件及微波器件；2、需要精确的时延控制才能保证非线性失真的抵消，任何的延时误差均可能会导致方案的失效。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何通过简单的设计以及简便的操作有效抑制控制微波光子系统的交调失真，提高微波光子系统的动态范围。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了基于载波带处理的微波光子系统交调失真抑制方法，所述方法包括以下步骤：

S1、构建微波光子系统的调制模型，如公式(1)所示；

其中E(t)表示强度调制器的输出信号电场，E_e和ω_e分别为光载波的场强和角频率，和V_π分别为强度调制器的偏置角和半波电压，V_RF为输入双音射频信号的电压、ω₁、ω₂为输入双音射频信号的角频率；

S2、分析三阶非线性交调失真的产生来源，获知三个主要的交调失真分量，同时确定载波带相移量θ与交调失真分量之间的关系；将公式(1)进行贝塞尔函数展开并进行光电转换，经探测器探测载波带处理器输出的光电流，表示为公式(2)，确定载波带相移量θ与交调失真分量之间的关系：

其中R为探测器的响应度，m为调制深度，J_n(x)为n阶第一类贝塞尔函数，P₀为载波带处理器输出的光电流；

S3、调节载波带的相移量为θ，达到步骤S1所述的三个主要的交调失真分量相互抵消，其中载波带相移量θ利用公式(3)求得；