[发明专利]一种大带宽高精度微波频率测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种大带宽高精度微波频率测量装置及方法，其装置包括多波长光源、第一、第二抑制载波单边带调制器、阵列波导光栅、第一、第二微盘谐振器、光功率测量比较器及波长可调谐激光器；其方法是将受待测微波信号调制产生的光载波的一阶光边带置于微盘谐振器的谐振峰一侧，利用微盘谐振器的直通端和下载端相反的传输特性，得到待测信号的幅度比较函数，从而测量待测微波信号的频率。本发明采用了两次测量，利用谐振峰较宽的微盘谐振器阵列先对待测信号频率进行大带宽频率粗测，得到粗测频率后再使用谐振峰极窄的微盘谐振器对待测信号频率进行精测。本发明极大的提高了微波频率测量范围，通过两次测量同时实现了对微波信号频率的精确测量。

技术领域

本发明属于微波信号测量技术领域，具体涉及一种大带宽高精度微波频率测量装置与方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，雷达、电子侦察等技术已经成为现代战争中越来越重要的关键技术，发挥着不可替代的重要作用，信息化战争将成为未来战争的重要战场。为争夺信息主动权，需要第一时间对敌方的雷达等各种信号进行拦截和破解，在该过程中快速准确的识别敌方信号的载波频率极为重要。

可以采用传统电子电路对未知微波信号进行实时频率测量，但随着雷达等技术的不断发展，雷达载波频率不断增高，需要测量的频率范围可能从几百MHz到几十甚至上百GHz，传统的基于电子电路的方法难以对如此大带宽范围内的信号进行实时频率测量，越来越难以满足现代微波频率测量的需要。随着微波光子技术的不断发展，基于微波光子技术的微波实时频率测量方案被广泛的研究（X. Zou, B. Lu, W. Pan, et al. Laser Photonics Reviews, 10(5): 711-734, 2016），它可以在极大的带宽范围内对微波信号的频率进行快速实时测量，其还同时具备光子技术固有的低损耗、抗电磁干扰等特性。

采用微波光子技术进行微波信号实时频率测量最常用的方法是通过一个微波光子系统构建一个和信号频率相关的由光功率或电功率比描述的幅度比较函数，将信号频率映射到幅度比较函数的值上，通过测量光功率比或电功率比并结合幅度比较函数得到未知信号的频率。幅度比较函数可以通过基于保偏光纤的滤波器构造（X. Zou, H. Chi, andJ. Yao, IEEE Trans. Microw. Theory Tech., 57(2): 505-511, 2009），也可以通过光纤色散构造（7. L. V. T. Nguyen, D. B. Hunter, IEEE Photon. Technol. Lett., 18(10): 1188-1190, 2006）。但是这两种方法的缺点在于系统难以进行大规模集成。近年来，许多基于微波光子集成芯片的微波实时频率测量方法被研究和报道，如基于微盘谐振器的微波光子频率测量方法（L. Liu, F. Jiang, S. Yan, et al. Opt. Commun., 335: 266-270, 2015）和利用光机械微环谐振器中的非线性效应来实现可调谐的幅度比较函数从而实现微波频率实时测量的方法（L. Liu, H. Qiu, Z. Chen, and Z. Yu, IEEE Photon.J., 9(6): 5503611, 2017）。上述两种方法的主要缺点在于其测量的是电信号的功率，系统需要一对高速光电探测器，从而造成系统结构较复杂、实现成本较高。另外，受到微盘、微环谐振器传输函数凹陷宽度的限制，上述方法的频率测量范围被限制在10 GHz左右。因此，更低成本、更大测量带宽、更高测量精度的微波光子实时频率测量是一个亟待研究和解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种大带宽高精度微波频率测量装置及方法，利用微盘谐振器的直通端和下载端相反的传输特性，得到待测信号的幅度比较函数，从而测量待测微波信号的频率。本发明还采用了两次测量的方法，利用谐振峰较宽的微盘谐振器阵列先对待测信号频率进行大带宽频率粗测，得到粗测频率后再使用谐振峰极窄的微盘谐振器对待测信号频率进行精测，在实现大带宽测量的基础上同时保证了微波信号频率的精确测量。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：