[发明专利]一种微波光子混频方法及多功能微波光子混频器

说明书

技术领域

本发明涉及一种混频方法，尤其涉及一种微波光子混频方法及多功能微波光子混频器，属于微波光子学技术领域。

背景技术

微波混频器是微波系统中最常用的器件之一。传统的微波混频器多基于电子技术，往往具有转换效率低、本振和射频端口隔离度低、工作频率低、工作带宽窄和信号失真大等缺点。由于低频段频谱资源日渐紧张以及高频段工作的优异性能，微波系统逐渐向毫米波、亚毫米波甚至是THz波段推进。在此背景下，为满足系统应用需求，混频器也就需要具有高频、宽带、高线性等特点。光子技术就是有效解决该难题的手段之一。相比较传统的电混频器，其主要优点在于利用了光纤系统的大带宽、高工作频率和对电磁干扰不敏感等显著优势。一种常见的微波混频方法为级联调制器法(参见G.K.Gopalakrishnan,W.K.Burns,and C.H.Bulmer,Microwave-optical mixing in LiNbO₃modulators,IEEE Trans.Microwave Theory Tech.,vol.41,no.12,pp.2383-2391,Dec.1993.)。该方法主要是通过级联两个电光调制器，并在两个调制器上分别加载射频和本振信号，通过光电探测得到对应的混频信号。因为射频信号和本振信号通过不同的调制器加载在系统中，因此该方法射频和本振端口之间具有很好的隔离度，并且工作频率和带宽都很高。然而，通常的微波光子混频器只能实现单一的混频功能，相当于电域内最普通的单端口混频器。其他具有优异性能的混频器，例如平衡混频器、正交混频器和镜频抑制混频器(参见S.J.Strutz and K.J.Williams,A 0.8-8.8-GHz image rejection microwave photonic downconverter,IEEE Photon.Technol.Lett.,vol.12,no.10,pp.1376-1378,Oct.2000.)有少量的文献报道。然而，现有各种不同功能的微波光子混频器之间结构都是完全不同的，无法实现通用。迄今为止，尚未见到一种微波光子混频器能够同时实现多种不同的混频功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有微波光子混频技术的不足，提供一种微波光子混频方法以及一种多功能微波光子混频器，可同时实现多种不同的混频功能，且具有杂散小、线性度高、转换效率高的优点，适用于大倍频程的微波信号混频。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种微波光子混频方法，对待混频的射频信号和本振信号，分别进行电光调制并提取调制信号中的一个一阶边带信号，得到射频一阶边带信号和本振一阶边带信号，两者进行电光调制所使用的光载波的频率相同；以所述射频一阶边带信号、本振一阶边带信号分别作为90°光混频器的射频信号输入、本振信号输入，对所述90°光混频器的输出信号进行光电检测，得到混频信号。

一种多功能微波光子混频器，包括光源、光分束器、90°光混频器、光电探测单元，以及两个电光调制和边带选择器，所述光电调制和边带选择器可对输入的射频信号进行电光调制并从调制信号提取一个一阶边带信号输出；所述光分束器的输入端与光源连接，光分束器的两个输出端分别连接两个电光调制和边带选择器的光载波输入端，两个电光调制和边带选择器的输出端分别与90°光混频器的射频信号输入端、本振信号输入端连接，90°光混频器的输出端与光电探测单元连接。

90°光混频器具有四个输出端口，分别对应于两个同相输出端口和两个正交输出端口。四个端口的任意一个端口接普通的光电探测器探测，即实现了普通单端混频器功能；两个同相输出端口或两个正交输出端口接平衡探测器探测，即实现了平衡混频器功能；一个同相输出端口和一个正交输出端口分别接普通的光电探测器探测，即实现了正交混频器功能；一个同相输出端口和一个正交输出端口分别接普通的光电探测器探测并使用90°微波电桥将两路输出合在一起，即实现了镜频抑制混频器功能。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)使用同一个结构，仅改变光电探测的方法，即可实现包括普通单端混频器、平衡混频器、正交混频器和镜频抑制混频器的功能。

(2)输入光电探测器的信号中只包含射频信号和本振信号的一个一阶边带。因为信号中不包含光载波，所以提高了光电探测器的处理能力，通过外加光放大可以提高转换效率；