[发明专利]光子型可切换微波分频方法及装置

说明书

本发明公开了一种光子型可切换微波分频方法。构建以下的光电振荡环路并在其中引入延时：将待分频微波信号注入工作于最小传输点的DPMZM的一个射频输入端口，将DPMZM的输出信号转换为电信号并令其通过微波放大器、移相器以及微波滤波器后，将其分为两路，其中一路输入至DPMZM的另一个射频输入端口，另一路作为分频信号输出；通过调节所述光电振荡环路的环路相位，令二分频振荡模式或三分频振荡模式在所述光电振荡环路中形成正反馈振荡，从而获得稳定的二分频信号输出或三分频信号输出。本发明还公开了一种光子型可切换微波分频装置。本发明能够实现二分频和三分频，同时具有大带宽、低噪声、低杂散、注入信号与分频信号相互耦合小以及抗外部干扰的优点。

技术领域

本发明涉及一种微波分频方法，尤其涉及一种可在二分频和三分频模式间进行切换的光子型可切换微波分频方法及装置。

背景技术

分频器用于将输入周期模拟或数字信号转换为输出周期模拟或数字信号，广泛应用于现代通信系统、雷达探测系统中。在通信系统中，分频器基于自身的参考时钟，向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，分频器作为频率综合器中重要组成部分，发挥了关键作用包括本振分频、锁相环等。随着现如今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，同时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。

常见的分频器主要基于电子学原理。种类涵盖了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的级别，除此之外，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。模拟分频器的带宽可以扩展到毫米波范围，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，主要包括基于光参量振荡分频法和基于可调谐光电振荡器分频法。基于光参量振荡分频技术主要利用参量下转换【Lee,D.,and N.C.Wong.Tunable optical frequency division usinga phase-locked optical parametric oscillator.Optics letters 17.1(1992):13-15.】，输入泵波高效率转换为两个相干的次谐波，测量他们之间的相位差并相位锁定到可调谐参考源上，这样可以使得输入频率分为两个明确的频率，由于可调谐连续波KTP光参量振荡信号和空闲分谐波的拍频信号相位锁定在参考源上，因此，可以在输入泵频率的大约一半处精确确定输出频率。该方法本质上是利用参量下变换技术实现可调谐分频。但是该技术需要精准锁相结构，比较复杂，而且分频频率较低，可调谐范围比较窄，实验实施过程中难度较大。而基于可调谐光电振荡器分频技术主要利用可调谐OEO振荡信号与注入信号之间的交调成分来实现分频提取功能【Peng,Huanfa,et al.Microwave frequencydivider with variable dividing ratio based on a tunable optoelectronicoscillator.Tenth International Conference on Information Optics and Photonics.Vol.10964.International Society for Optics and Photonics,2018..】。该技术利用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注入信号频率的谐波，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。此外，现有技术也很难用同一套装置实现不同的分频模式。