[发明专利]一种宽带毫米波信号模数转换方法及系统

说明书

本发明公开了一种宽带毫米波信号模数转换方法及系统。本方法为：1)将光脉冲输入双输出电光强度调制器的光口；通过该双输出电光强度调制器的电口接收待转换待毫米波信号；其中，毫米波信号的频率范围为[f₁,f₂]，光脉冲频率f₀满足2)将双输出电光强度调制器的两臂输出的调制光信号分别转换回电信号v₁(t)、v₂(t)；然后对号v₁(t)、v₂(t)分别进行低通滤波、量化后得到信号V₁(t)、V₂(t)并输入数字信号处理单元；3)数字信号处理单元根据信号V₁(t)、V₂(t)计算得到待转换的毫米波信号转换后的数字信号。

技术领域

本发明涉及一种通过基于算法优化的光辅助手段实现宽带毫米波信号模数转换方法及系统。通过推导得到待模数转换的模拟电信号经过电-光-电转换后的数学表达形式，继而通过分析计算得到适合系统的优化算法及对应的工作频率区间。根据模拟电信号的频率调谐系统内光脉冲的重复频率，使毫米波信号的频率落在工作区间之内。通过施加最优的光频梳重复频率，以及应用所推导算法，使宽带毫米波信号经过整个系统后，以高精度转换为基带数字信号，属于微波光子学领域。

背景技术

模数转换器是电子学领域最基础的器件之一。将高载频、宽带的毫米波信号以较高精度转换为基带数字信号的高速模数转换器，当前在雷达、传感、高速通信等领域都有着深入的应用。而由于工艺限制，电子模数转换器很难同时实现高带宽以及高精度的模数转换功能，无法满足这些领域中的需要。因此业界迫切需要有一种能够以高精度将宽带毫米波信号转换为基带数字信号的模数转换方法。

针对使用电子模数转换器直接对宽带毫米波信号进行模拟转换存在困难的问题，传统改进方案是增加使用毫米波本振和工作在毫米波波段的混频器，将输入的宽带毫米波信号下变频为基带模拟信号后，再通过电子ADC进行模数转换。然而，这种方案往往要求准备多个毫米波本振，以应对不同频率的待转换毫米波信号，开销极大。此外，能够工作在毫米波波段的混频器较难制造，并且其噪声性能通常较差，使得最后得到的数字信号精度较差。

光电器件的带宽较大，通过光电手段来实现对宽带的毫米波信号进行模数转换是另一种方案。具体而言，可以将其分为两种技术方案，即光采样和光辅助。例如G.C.Valley在[G.C.Valley,“Photonic analog-to-digital converters,”Optics Express,2007,15(5):1955-1982]中展示了光采样方案，是首先通过电光强度调制器将待转换信号调制到作为时钟的光脉冲上，再使用光电探测器将携带电信号信息的光脉冲转换为电脉冲，最后通过辅助电路和电量化器将每个电脉冲的峰值进行采样保持和量化，全程需要保持光脉冲和电量化器的时钟同步。整个过程即实现了宽带毫米波信号到基带数字信号的转换。这种方案为了保持电脉冲的形状，电量化器前端的辅助电路带宽应不小于光脉冲重复频率的三倍。故光采样方案对电路的模拟带宽要求较高，同时光脉冲重复频率有限，多为1GHz以内，根据奈奎斯特定律，对应的带宽为0.5GHz以内，对宽带信号处理能力较弱。这种方案的优点在于电脉冲的形状保持相对较为完整，如果系统使用的是双输出电光强度调制器，则可以通过数学算法，来克服电光强度调制器引入的非线性，避免电-光-电转换的过程中引入过多的额外干扰，降低整个系统的转换精度。