[发明专利]利用双偏振正交相移键控调制器实现微波信号光子学变频和多通道移相的方法

说明书

本发明公开了一种利用双偏振正交相移键控(DP‑QPSK)调制器实现微波信号光子学变频和多通道移相的方法，该发明涉及微波技术领域以及光通信技术领域，主要可应用于信号的波束形成，IQ解调等。所述方案如附图所示，包括光源、本振源、掺铒光纤放大器、光分路器、偏振控制器、起偏器以及光电探测器。该方案利用DP‑QPSK调制器对射频信号和微波本振进行调制和偏振复用，光放大后功分多路，每路利用偏振控制器和起偏器控制输出信号的幅度和相位，最终通过光电探测器得到相位改变的中频信号。本发明可同时实现信号上下变频和移相功能，免受功率周期性衰落带来的影响，且系统增益较大，具有结构简单，调谐灵活，带宽大，多功能等特点。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域，主要通过光子学技术实现微波信号的变频和多通道移相。

背景技术

随着人们对通信速率的要求越来越高，现在电子通信系统正朝着高频段、大带宽方向发展。传统基于电子学的信号处理技术，电子器件存在速率瓶颈，定时抖动较大，电磁干扰严重。光子学信号处理技术具有简单轻便，带宽大，抗电磁干扰等一系列优点而备受关注。

信号的变频和移相技术广泛应用于波束形成等领域。目前电域波束形成的发送端需要将射频信号进行一级或二级变频，通过带通滤波得到上变频的中频信号后，再利用多个电域移相器对中频信号进行不同的移相处理，最终加权得到需要的波束指向。接收端同样需要对接收到的信号进行多级变频，通过带通滤波器得到下变频中频信号，进行数模转换后在数字域对信号进行不同的幅度和相位补偿，形成不同形式的波束。但这种结构有以下缺点：(1)当需要发送的射频信号或接收的射频信号频率较高时，由于电子器件的速率瓶颈，往往需要两级本振变频，每级变频需要使用带通滤波器滤出上变频或下变频的中频信号进行后期处理，结构复杂，外部干扰因素较多。(2)电域移相器的频率范围限制了系统的工作频段，而且其频率相关性限制了系统的工作带宽。(3)当信号带宽非常大时，要求模数转换器具有较高的采样率和工作频率，目前的模数转换技术很难满足。

目前光通信及光信号处理技术发展迅猛，利用光子学实现微波信号的变频和移相等方面都做了大量工作，其优势也显而易见。但是现有的方案也存在以下问题：(1)对于波束形成所需要的多通道变频和移相技术，现有的许多技术方案系统复杂度将随着通道数成比例增加。(2)现有的大多数变频和移相技术仅实现了信号的下变频，因此方案仅适用于信号的接收处理。(3)在少数可实现上下变频和移相的方案中，由于光纤传输对信号所造成的功率周期性衰落问题还未被解决。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种利用双偏振正交相移键控调制器(DP-QPSK)实现微波信号光子学变频和多通道移相的方法。本方法能够将基带信号一次性上变频至所需频段或将高频微波信号一次性下变频至基带信号，随后对信号进行多路频率无关的光域移相处理。该方案无需使用技术相对不成熟的光域滤波器，扩大了系统的频率可调谐范围，且多路移相共用一个电光调制器，结构简单，同时具有光子学技术特有的大带宽，抗电磁干扰，轻便灵活等一系列优点。

本发明所采用的技术方案是：所述方法包括激光器、DP-QPSK调制器、本振源、掺铒光纤放大器(EDFA)、光分路器、偏振控制器、起偏器、光电探测器。激光器的输出口连接DP-QPSK调制器的光信号输入端；该调制器的输出端与光分路器相连；光分路器将光信号等分为多路，每路分别连接偏振控制器、起偏器和光电探测器。

所述DP-QPSK调制器由一个Y型光分路器，两个平行的双平行马赫-曾德尔调制器(X-DPMZM、Y-DPMZM)，一个偏振合束器构成。

本发明在工作时包括以下步骤：

(1)从激光器发出波长为λ的连续光载波注入到DP-QPSK调制器中；