[发明专利]一种相位可调的微波光子变频系统及其实现方法

说明书

本发明公开了一种相位可调的微波光子变频系统及其实现方法。本发明利用电光级联调制结构产生超短光脉冲序列，再利用双偏振双平行马赫曾德尔电光调制器实现中频信号调制，最后通过光电探测器和电域滤波选频，获得目标变频信号。本发明能够实现对变频信号的宽范围、连续相位调节，且通过合理调节本振源和中频信号源频率，可以实现宽带的频率变换，具有变频带宽大、频率可调谐、相位调谐范围宽、系统结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及光电技术领域和现代雷达领域，具体涉及一种能够同时实现可调谐相移和可调谐频率的微波光子变频系统及其实现方法。

背景技术

相控阵天线能够实现多目标跟踪、超快扫描和多波束形成等功能，在气象学、无线通信和雷达通信中具有重要应用。其中移相器是关键器件，它为天线元件收发的微波信号引入相移从而实现波束扫描。传统的电移相器受限于电子瓶颈，存在工作带宽和相移范围有限，以及调谐速度较低等问题。而微波光子移相器可以有效地解决上述问题。与电移相器相比，微波光子移相器具有带宽大、插入损耗低、抗电磁干扰和调谐范围大等优点。因此，微波光子移相器在宽带无线通信、模拟信号处理、电子战、现代雷达系统和相控阵天线等诸多领域具有潜在优势。

在相控阵雷达发射/接收系统中，频率转换也是实现相位阵列波束指向的一个重要技术手段。传统的电子变频技术在产生高频信号时存在带宽有限、稳定性差、易受电磁干扰等问题。而微波光子变频器具有低损耗、大带宽和抗电磁干扰等优点，并且能够有效提高相控阵波束形成系统的灵活性。

近年来，微波光子移相器和微波光子变频器的实现方案不断涌现。目前，大部分的微波光子移相器是通过调节电光调制器的直流驱动电压实现微波信号的移相。例如，调节相位调制器的驱动电压、调节电光强度调制器或偏振调制器的直流偏置电压都可以实现微波移相功能(X.Wang,etal.Ultra-wide bandwidthphotonicmicrowavephaseshifterwithamplitudecontrolfunction.OpticsExpress,25(3),2017:2883-2894.)。而最常见的微波光子变频方法是基于电光外调制和光滤波的方案(Y.S.Gao,etal.WidebandphotonicmicrowaveSSB up-converterandI/Qmodulator.JournalofLightwaveTechnology,35(18),2017.)。

现有技术下，同时具备宽范围可调谐相移和宽带频率转换功能的系统实现方法，是相控阵雷达设备获得高速三维侦查能力的技术保障，且有利于相控阵雷达设备小型化。然而，从目前的研究进展来看，鲜有能够同时实现宽范围可调相移和宽带变频的方案。而且现有方法需要通过光学滤波器滤除光载波和一个射频边带，即增加了系统复杂性和成本，又对激光器的输出波长稳定性提出了很高的要求，且可调谐性差。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种相位可调的微波光子变频系统及其实现方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种相位可调的微波光子变频系统，其特征在于：包括直流激光器、电光级联调制结构、双偏振双平行马赫曾德尔电光调制器、90°电桥、本地振荡源、中频信号源和第二功分器；所述直流激光器的输出端与所述电光级联调制结构的输入端连接，所述电光级联调制结构的输出端与所述双偏振双平行马赫曾德尔电光调制器的输入端连接；

所述直流激光器输出频率为f₀的光载波；而电光级联调制结构用于获得重复频率为f_LO的线性啁啾光脉冲序列；

所述双偏振双平行马赫曾德尔电光调制器包括主双平行马赫曾德尔调制器、次双平行马赫曾德尔调制器、90°偏振旋转器和偏振合束器PBC；所述主双平行马赫曾德尔调制器和次双平行马赫曾德尔调制器进行并联；