[发明专利]光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统

说明书

本发明公开了光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统，属于微波光子技术领域，包括微波光子射频前端、数字阵列模块、频率源、时钟本振光分配网络、校正/监测分机和供电模块；所述校正/监测分机用于为校正、测试和监测工作提供有源收发通道；所述频率源用于产生收发通道正交调制解调所需要的相参本振信号，还用于产生信号处理、数据处理、波束与时序控制所需要的各种参考同步时钟信号；所述时钟本振光分配网络用于保证时钟信号与本振光信号的相参性。本发明利用微波光子学技术在光载波上实现下变频和正交调制解调，可规避变频器、混频器的性能限制，以及降低对ADC、DAC的采样速率要求，能够很好地对超宽带信号进行处理。

技术领域

本发明涉及微波光子技术领域，具体涉及光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统。

背景技术

综合射频系统通过一套公用的软件和硬件平台，将多频段、多制式、宽带的多功能业务集中一体化处理，实现统一管控、灵活调配和资源共享。不但节省了空间、减小了设备冗余、提升了效率、降低了维护成本，而且会带来更好的性能提升。因此，综合射频系统架构被广泛用于舰载、航空、天文、通信、空间载荷等应用中。

综合射频系统的信号包括雷达、电子战、通信、导航等多频率、多形式、大容量、宽带且复杂的射频信号。对于所述数字化综合射频系统，其工作带宽要求覆盖几十MHz到几十GHz频率范围，且对于宽带应用场景，瞬时带宽可达几个GHz。

从目前国内外研究动态来看，实现超宽瞬时带宽射频信号的收发，主要有纯微波和微波光子结合的两种实现方式。

纯微波的实现方式：受限于变频器、ADC、DAC等器件性能的限制，需要采用分段多次变频或分段模拟正交调制解调的方式实现，其缺点是模拟收发通道比较复杂，频带内指标不易保证；

微波光子实现方式：目前多采用光波束形成网络，配合多次模拟变频、ADC和DAC或高速光采样和光信号产生实现。其缺点是受光波束形成网络中光波分数量的限制，高速光采样系统也比较复杂，难以在大阵列中应用。

雷达中的模拟正交鉴相的原理图如图1所示，输入的中频实信号可表示为：

S(t)＝a(t)cos[ω_it+φ(t)]

其中a(t)和φ(t)分别为信号的幅度和相位调制函数，ω_i是载波频率。

S(t)与两路相干本振信号(I路cosω_it，Q路sinω_it)经混频处理，低通滤波去掉高次项可得：

I路：

Q路：

如要取振幅函数a(t)，则为如要取相位函数φ(t)，则为通过模拟正交鉴相可分别提取所接收到信号的幅度信息和相位信息。然而，受限于变频器、ADC、DAC等器件性能的限制，对于超宽带的射频信号，需要将接收的信号按频率分成多个频段，分别进行模拟正交调制解调的方式实现。导致模拟收发通道比较复杂，频带内指标不易保证；

微波光子技术利用光子学宽带、高速、低功耗、抗电磁干扰、频率响应平坦和并行处理能力强等优点来实现宽带微波信号的产生、传输、处理和控制。目前关于微波光子技术在综合射频系统中的应用主要集中在以下几方面的研究：

利用微波光子技术实现更低噪声的微波本振源，以及通过光纤组建低损耗、大范围的本振分布网络；

利用电光调制器作为宽带混频器，实现宽带变频；

利用微波光子技术实现大动态范围、轻量化的射频传输；

利用光开关对光载射频信号进行路由和切换，实现资源调度分配。