[发明专利]光子型微波二分频方法及光子型微波二分频器

说明书

本发明公开了一种光子型微波二分频方法，构建以下光电振荡环路并在其中引入延时：将待分频微波信号输入合波器一个输入端口，将合波器的输出信号调制于光载波上，生成载波抑制强度调制信号，并将其转换为电信号，令所述电信号通过微波放大器、移相器以及微波滤波器后，将其分为两路，其中一路输入至合波器的另一个输入端口，另一路作为二分频输出，微波滤波器可滤除待分频微波信号且对二分频的振荡模式为带通；令二分频的振荡模式在光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的二分频输出。本发明还公开了一种光子型微波二分频器。本发明能够在光域实现待分频微波信号的二分频，且具有大带宽、低噪声、低杂散以及对外部干扰小的优点。

技术领域

本发明涉及一种分频方法，尤其涉及一种光子型微波二分频方法及光子型微波二分频器。

背景技术

分频器广泛应用于现代通信系统、雷达探测系统中。在通信系统中，分频器主要基于参考时钟，为系统提供可变的时钟信号，以应对不同速率的信号产生、调制与解调；在雷达探测系统中，分频器则在频率综合器发挥关键作用，包括本振分频、锁相环等。通信容量的急剧增大和射频探测领域中探测精度需求的不断提升，对微波频率、带宽及性能的要求也在上涨，进而对分频器的工作频率、杂散、抗干扰、噪声性能等方面提出了更高的要求。

基于电子学的分频器主要包括数字分频器和模拟分频器两类。数字分频器利用数字计数器及触发器可实现灵活的分频，但是其工作频率首先，往往只能到数GHz，同时触发器的工作模式会给系统引入非常多的杂散分量，且相位噪声恶化严重。而模拟分频主要包括注入锁定分频器和再生分频器，该两种技术都是利用微波混频器的非线性并形成微波环路，最终微波环路中实现输出分频后的信号。该技术能够实现高频、低相位噪声的信号分频。但是基于微波技术的分频器中往往需要窄带的滤波器以选择出需要的振荡模式，因为很难实现宽带的分频器。

为了克服电子学方法的缺点，人们提出了基于光子技术实现分频的技术，主要包括基于光频梳分频法和基于光电调制器混频及注入锁定分频法。基于光频梳分频技术主要利用光频梳与两束外部高稳直流光进行相位锁定【Fortier T M,Kirchner M S,QuinlanF,et al.Generation of ultrastable microwaves via optical frequency division[J].Nature Photonics,2011,5(7):425.】【Li J,Yi X,Lee H,et al.Electro-opticalfrequency division and stable microwave synthesis[J].Science,2014:1252909.】，形成高稳定的光频梳，选取光频梳的两个梳齿并在光电探测器进行光电转化，从而实现微波信号的输出。由于光频梳的超高稳定性和极大的光谱范围，因而能够实现高频、低相位噪声的信号输出。其分频过程是通过选取光频梳的两根梳齿实现。因此，该方法从本质上是利用光频梳的分频特性并转化到微波信号中。但是该方法很难对外部注入微波信号实现分频效果，且外部注入信号的频率需要满足为光频梳重复频率的整数倍。而基于光电调制器的宽带混频及注入锁定技术主要实现信号的时钟的分频提取功能，用于微波信号的下变频【Zhu D,Pan S,Cai S,et al.High-performance photonic microwave downconverterbased on a frequency-doubling optoelectronic oscillator[J].Journal ofLightwave Technology,2012,30(18):3036-3042.】。该技术利用的了光电振荡器的高性能微波信号输出的特性，保证分频信号的性能。但是，该技术需要保证光电振荡器自由振荡的信号频率大致等于时钟的二分之一，且由于光电振荡器中窄带滤波器的使用，极大的限制了该技术的分频带宽。同时由于该技术中光电振荡器需要产生自由振荡信号，而振荡的信号在无注入信号的情况下会对外界输出振荡波形，有可能干扰外部信号的工作。

发明内容