[发明专利]一种光子微波下变频装置及方法

说明书

本发明公开了一种光子微波下变频装置及方法，属于微波信号处理技术领域。该装置中电光调制器、光学窄带陷波滤波器、光电探测器和电合路器构成振荡环路，具有产生微波本振的功能，且本振信号的频率可通过改变波长可调激光器输出光波的频率进行灵活调节。电光调制器的相位调制功能使得在下变频的光电探测器输出端无射频信号输出，具有完全的射频隔离优势。该装置下变频具有灵活的调控能力，既能把不同频率的射频信号下变频至同一频率的中频信号，也能把同一射频信号下变频至不同频率的中频信号。本发明有效解决了现有技术中微波下变频系统结构复杂、射频隔离度差、难以灵活调谐等问题。

技术领域

本发明属于微波信号处理技术领域，具体涉及一种光子微波下变频装置及方法。

背景技术

微波下变频是微波信号处理的关键技术之一，其作用是对天线接收到的微波信号进行频域上的改变，频率下降至可处理的中频频段。微波下变频技术在卫星通信、无线通信、雷达等领域具有广泛且重要的应用。传统基于电学方法的微波下变频技术，主要通过二极管或者场效应管等电子器件的非线性特性来实现，变频处理的频段范围、带宽等均受到电学器件性能的限制，随着微波频率的升高，电学方法的变频效率降低、相位噪声增大，极大影响了下变频信号的质量。

光子技术与微波技术优势互补、交叉融合而产生的微波光子技术为微波下变频处理提供了良好的解决方案。光子微波下变频技术可以充分发挥光子技术的大带宽、低损耗、可调谐、可复用等优势，具有良好的抗电磁干扰能力，同时在减小下变频系统体积、降低功耗、提升变频性能等方面极具潜力。

在先技术[1](M.M.Howerton,R.P.Moeller,G.K.Gopalakrishnan,andW.K.Burns.“Low-biased fiber-optic link for microwave downconversion”,IEEEPhotonics Technology Letters,Vol.8,No.12,pp.1692-1694,Dec.1996)研究了基于级联铌酸锂调制器的光子微波下变频方案，外部电本振信号和射频信号分别经两个级联的铌酸锂强度调制器加载到激光器输出的光波上，最后加载了电本振信号和射频信号的光波在光电探测器中拍频得到中频信号。该方案需要额外的电本振信号源、两个铌酸锂强度调制器，增加了系统的复杂性；另外，两个调制器之间的光纤连接增加了光传输损耗，劣化了下变频的增益特性。

在先技术[2](Erwin H.W.Chan and Robert A.Minasian.“Microwave photonicdownconverter with high conversion efficiency”,IEEE Journal of LightwaveTechnology,Vol.30,No.23,pp.3580-3585,Dec.2012)研究了基于单个集成双平行马赫-曾德调制器(DP-MZM)的光子微波下变频方案。DP-MZM由嵌在主马赫-曾德干涉臂上的两个子马赫-曾德调制器(MZM1和MZM2)构成。外部电本振信号和射频信号分别经MZM1和MZM2加载到激光器输出的光波上。与在先技术[1]相比，该方案在一个集成器件中分别进行两次独立的强度调制，集成化的光波导缩短了分立器件间的传输间隔，减少了光纤耦合次数，降低了光信号在传输中的损耗，系统结构得到简化、有利于提升下变频增益。然而，该方案仍需外部的电本振信号源，并且MZM1和MZM2需要外部的直流偏置点控制装置，使其工作在载波抑制工作点，这些都增加了系统的复杂性。