[發明專利]變頻移相一體化光子微波混頻裝置

有效

• 申請號: 201811251085.5
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109150314B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李若明;李王哲;董靖雯
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H04B10/50
• 分類號: H04B10/50;H04B10/532;H04B10/54;H04B10/548;H04B10/61
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供了一種變頻相移一體化光子微波混頻裝置，包括：激光器、偏振復用平行光調制器(或被稱為雙偏振平行光調制器，偏振復用I/Q調制器，雙偏振I/Q調制器)、雙偏振光濾波器、光域移相器及光相干探測器。通過偏振復用平行光調制器實現基于正交偏振復用技術的平行架構光子混頻器，使射頻調制光信號和本振調制光信號處于相位相干的正交偏振態，并始終保持兩路平行光的相位相對穩定，通過光域移相器實現所得中頻信號的任意相移。相比于傳統微波混頻器，該裝置具有更大的工作帶寬、無雜散動態范圍及更小的群延時波動，且能實現混頻和移相的功能集成。

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，尤其涉及一種變頻移相一體化光子微波混頻裝置。

背景技術

隨著通信技術及雷達技術等領域的不斷發展，對射頻接收系統各方面性能的要求也越來越高，例如：應能夠接收更高載波頻率和更大瞬時帶寬的信號、應具有更好線性度(用動態范圍來衡量)及更高靈敏度(用最小可探測功率衡量)等。受限于模數轉換技術，對于高頻寬帶信號，變頻器成為射頻系統中不可或缺的模擬信號處理功能模塊。基于傳統電學技術下的變頻器發展至今，其線性度、工作頻段及帶寬等射頻技術指標已經很難同時滿足未來需求，并成為制約接收機系統整體性能進一步提升的主要因素之一，發展具有更高性能的新型變頻技術已是迫在眉睫。于是，基于微波光子技術的變頻方法應運而生，憑借光子技術的高頻寬帶優勢，光子混頻器可以很好的克服傳統混頻器的帶寬限制，同時具備更高的線性度和更好的群延時特性。

光子混頻器的發展可追溯至上世紀九十年代中期，當時的研究工作主要集中于光子混頻器的架構，并根據電光調制器的拓撲結構將光子混頻器的架構分為級聯式光子混頻器和平行式光子混頻器兩種。其中，平行式結構相比級聯式結構具有更好的射頻技術指標。早期研究成果受限于光源功率不足、光電探測可承受功率小及電光/光電轉換損耗高等因素，變頻損耗和噪聲系數都遠高于電混頻器。近期的研究工作更重視光子混頻器的射頻技術指標，典型工作是Harris公司在平行架構光子混頻器的基礎上引入光域濾波以提高線性度，其方案為：激光器發出的光經耦合器后分為兩束，分別通過上下兩個馬赫曾德爾調制器被射頻信號和本振信號調制，再經光纖光柵濾波，僅保留+1或者-1階調制邊帶，最后經2×2耦合器后被平衡探測，所得信號即為射頻信號和本振信號下變頻后的電中頻信號。相比電混頻器，該方法實現了更大的變頻帶寬和動態范圍，但由于平行調制結構需要匹配平行的兩路光束的光程，而光路的相位特性容易受到環境的影響而擾動，這導致基于分立光纖器件兩條光路的光程難以匹配，最終影響平行架構光子混頻器系統整體射頻性能，從而影響了實用性。

此外，光子技術在信號變頻的同時，還可以完成相移、傳輸、分布及幅度均衡等功能，有望實現基于同一套硬件的高性能多功能信號處理平臺。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對于現有的技術問題，本發明提供一種變頻相移一體化光子微波混頻裝置，用于解決平行調制器架構光子混頻器中分立光纖器件導致的兩條光路的光程難以匹配的問題，并且實現相移功能和混頻功能的集成。

(二)技術方案

本發明提供一種變頻相移一體化光子微波混頻裝置，包括：

激光器，用于產生激光；

偏振復用平行光調制器，用于將激光分束成第一路激光和第二路激光，將射頻信號和本振信號分別調制在第一路激光和第二路激光上產生光射頻信號和光本振信號，調整光射頻信號和光本振信號其中一路信號的偏振方向，使光射頻信號和光本振信號的偏振方向垂直，并將偏振方向垂直的光射頻信號和光本振信號偏振合束為偏振正交復用光信號；

雙偏振光濾波器，用于濾除偏振正交復用光信號中光載波和無用光邊帶；

光域移相器，用于改變偏振正交復用光信號中光射頻信號和光本振信號的相對群延時或相對光相位，產生相位可調的偏振正交復用光信號；