[发明专利]基于多频光本振的多波段可重构信号产生方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于多频光本振的多波段可重构信号产生方法。生成两路光本振信号，其中至少有一路是多频光本振信号；以其中一路光本振信号作为光载波，将低频参考信号电光调制于其上，生成载波抑制单边带信号；将所述载波抑制单边带信号与另外一路光本振信号耦合混频，并将其中的每个频率分量作为独立的通道分割出来；对各通道信号分别进行光电转换和延时处理，从而产生不同时刻不同波段的多个射频子波段信号；对所述射频子波段信号进行拼接组合，得到带宽、时宽、中心频率任意可调的可重构信号。本发明还公开了一种基于多频光本振的多波段可重构信号产生装置。本发明的信号带宽、时宽、中心频率灵活多变，还能进一步扩展信号的带宽以及时宽。

技术领域

本发明涉及一种微波信号产生方法，尤其涉及一种多波段可重构信号产生方法，属于微波光子技术领域。

背景技术

多波段可重构信号产生作为多功能一体化射频系统必不可少的关键模块，一直被广泛应用于航电、雷达、卫星等射频综合系统中。例如，在电子战系统中，可重构信号的切换速度将直接决定战机侦查、干扰、识别的反应能力，从而影响战机的存活率；雷达系统则要求发射信号既具有大时宽，又具有大带宽，从而使其看得远且看得清；在卫星系统中，为了同时实现通信、导航、气象预报等功能，往往要求我们的射频综合系统能同时产生多个不同波段、不同带宽、不同格式的信号。为此，大量研究致力于多波段可重构信号的产生。

传统的电子产生方法主要分为模拟域产生法和数字域产生法。模拟域主要通过压控振荡器(VCO)以及声表面波(SAW)滤波器来实现，受限于电子器件的模拟带宽以及固定响应，所产生的信号无法灵活调节，并且信号带宽有限(最多几个GHz)。数字域主要是通过数字直接合成法(DDS)和波形存储直接法来产生可重构信号，虽然产生的信号格式灵活多变，但受限于数字系统的时钟限制，所产生的信号带宽和中心频率都较低，并且参数调节范围有限。虽然可以通过多倍频来进一步扩大带宽，但信号质量会随着倍频数的增大而急剧恶化。

为了突破传统电子技术所面临的带宽瓶颈，基于光子技术的可重构信号产生被逐步提出。利用光子技术丰富的频谱资源，可以使得所产生的信号具有高频宽带、灵活可重构的优点。基于光子技术的产生方法主要有两类，一类是映射法，另一类是外差法。映射主要是空时映射(STM)(A.Vega,D.E.Leaird,and A.M.Weiner,“High-speed direct space-to-time pulse shaping with 1ns reconfiguration,”Opt.Lett.35(10),1554–1556，2010.)和频时映射(FTM)(F.Zhang,X.Ge,and S.Pan,“Background-free pulsedmicrowave signal generation based on spectral shaping and frequency-to-timemapping,” Photon.Res.2(4),B5–B10,2014.)，这类映射方法都需要一个整形器，来实现空间整形或频谱整形，通过改变整形器的响应，就可以实现信号波形的可重构。其典型的方案图如图1所示，利用的是一个基于阵列光栅波导的脉冲整形器，来实现空间整形，但是受限于时间孔径，所产生的信号时宽通常只有几个纳秒到几十纳秒之间。而基于光子技术的外差法时宽和中心频率均可较为灵活的改变。其中较为典型的一类方案如图2所示 (W.Li,F.Kong,and J.P.Yao,“Arbitrary microwave waveform generation based on atunable optoelectronic oscillator,”J.Lightw.Technol.,31(23),3780–3786,Dec.2013.)，主要思想是利用两个不同的相位调制产生一对相干光波长，然后送入到光电探测器中进行光外差探测，通过控制两个波长的距离来改变产生信号的中心频率，改变相位调制器的驱动信号来改变产生的信号波。类似的，如图3所示基于一个振荡周期半导体激光器的可重构信号产生方法也被提出(P.Zhou,F.Z.Zhang,Q.S.Guo,S.M.Li,and S.L.Pan,Reconfigurable Radar Waveform Generation based on an Optically InjectedSemiconductor Laser,Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,23(6),1801109,2017.)，依然是利用两个不同光波长进行外差探测，其可以实现中心频率可调的微波跳频、线性调频等信号的产生。然而前面这些方法仅仅只实现了单波段信号的可重构产生，目前鲜有多波段信号产生技术的报道。最近，虽然报道了一种基于偏分复用的双波段信号产生(Q.S. Guo,F.Z.Zhang,P.Zhou,and S.L.Pan,Dual-band LFM signalgeneration by frequency quadrupling and polarization multiplexing,IEEEPhotonics Technology Letters,29(16), 1320-1323,2017.)，但所产生的波段数目受到偏振态的制约，无法进一步增加。