[发明专利]利用集成器件实现微波下变频和移相的光子方法及系统

说明书

利用集成器件实现微波下变频和移相的光子方法及系统，属于微波光子学领域。首先，激光器产生的光载波通过偏振控制器后输入双平行马赫‑曾德尔调制器中，射频信号调制上臂子调制器，通过直流偏置实现载波抑制双边带调制；本振信号调制下臂子调制器，通过直流偏置实现载波抑制双边带调制；主强度调制器的直流偏置用来改变射频和本振光信号之间的相位差。输出的载波抑制双边带调制光信号，被光学带通滤波器滤掉‑1阶光边带，保留+1阶光边带，将无用的光边带抑制到噪底以下。然后，对光信号进行功率放大，补偿调制器和滤波器的插入损耗。最后利用光电探测器拍频得到移相后的下变频信号，十分纯净的频谱信号，提升下变频和移相集成功能链路的性能。

技术领域

本发明提出了一种利用集成器件实现微波下变频和移相的光子方法及系统，该方法及系统属于微波光子学领域。

背景技术

传统的微波通信能够在任意方向上发射、易于构建和重构，但受限于同轴电缆的传输性能，使得微波通信具有带宽小、损耗高、受电磁干扰严重、体积庞大等不足。而光纤通信较好的解决了上述问题，具有低损耗、抗电磁干扰、超大带宽等优点。微波光子学作为一门新兴的交叉学科，将光纤技术与微波通信结合在一起，形成了新型的通信链路。微波光子链路增加了电/光和光/电转换，将输入的微波信号调制到光域，并进行信号处理。结合微波无缝覆盖和光纤大带宽、长距离传输的优点，该链路具备传输带宽大、抗干扰能力强、传输损耗低等优点。此外，由于光频率远远高于射频频率，使微波光子链路具有良好的信号隔离度，避免了信号泄漏，使其在处理宽带微波信号以及信号的远程传输等方面具有显著优势。

随着无线通信、卫星通信、以及雷达探测等应用对频带需求的日益增加，促使微波通信逐渐向高频段发展。当前商用探测器的带宽和量化噪声水平有限，无法利用探测器直接检测高频微波信号，为此提出了微波光子下变频技术。通常微波光子下变频系统是利用天线接收外界的高频信号，同时在微波信号源上产生一个频率相近的本振信号，通过调制器把高频信号与本振信号分别加载到光载波上，最后在探测器上通过拍频得到下变频信号。对微波信号进行降频处理，降低了系统对探测器的要求，从而可以使用技术更成熟且成本更低的中低频器件对微波信号进行探测和后期处理。实现微波信号下变频的方法有许多，其中包括利用不同调制方式的下变频技术，例如直接调制、级联强度调制和级联相位调制等下变频方法与系统。在这些方法中，直接调制下变频系统结构简单、容易实现，但本振频率难于稳定控制，且对激光器进行直接调制大大限制了传输信号的带宽。在级联强度调制系统中，将射频信号和本振信号分别加载到两个调制器上，在探测器处实现频率的下转换，该方法使射频信号和本振信号具有很好的隔离度，但微波信号经过两次调制后，能量损耗较大，系统的转换效率不高。在级联相位调制系统中，由于采用相位调制器，该链路有着很好的线性度，然而相位调制会产生较多能量接近的调制边带，需要通过窄带光纤光栅滤波器滤除光信号的高次边带，导致系统增益较低。