[發(fā)明專利]基于DP-DPMZM的微波光子相位可調(diào)頻率變換方法和系統(tǒng)

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• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110890923A
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設計）人: 馬健新;陳豆
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B10/516
• 分類號: H04B10/516;H04B10/548;H04B10/70
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供了一種基于雙偏振雙平行馬赫增德爾調(diào)制器DP?DPMZM和偏振調(diào)制器PolM的微波光子相位可調(diào)的頻率變換方法和系統(tǒng)。射頻信號和本振信號分別驅(qū)動DP?DPMZM的兩個DPMZM產(chǎn)生正交偏振的載波抑制射頻單邊帶和本振單邊帶兩個光波，通過調(diào)節(jié)DP?DPMZM偏置電壓正負和本振信號頻率改變這兩個光波的頻率間隔，進而實現(xiàn)頻率可調(diào)的上下變頻；通過調(diào)節(jié)PolM的直流偏置電壓在這兩個光波之間引入相移；并由偏振片Pol將兩個偏振正交信號投影到相同偏振方向；經(jīng)光電探測器進行光電轉換輸出經(jīng)頻率變換和相移的射頻信號。本方案不使用光學濾波器，頻率變換的可調(diào)性好，僅通過調(diào)節(jié)PolM的直流偏置電壓即可實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的線性相移。

技術領域

本發(fā)明涉及雷達系統(tǒng)，特別是在雷達系統(tǒng)中的兩個重要信號處理功能——變頻和移相。本發(fā)明提出了一個能夠同時實現(xiàn)頻率可調(diào)的上下變頻和任意的線性移相的微波光子器件。

背景技術

相控陣天線能夠?qū)崿F(xiàn)多目標跟蹤、超快掃描和多波束形成等功能，在氣象學、無線通信和雷達系統(tǒng)中具有重要應用。相控陣波束形成系統(tǒng)通常需要多個移相器，為發(fā)送到天線元件或從天線元件接收的微波信號引入相移從而實現(xiàn)波束掃描。傳統(tǒng)的基于開關技術的微波移相器不能實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)的相移，而基于可調(diào)波導的微波移相器通常具有有限的響應速度。微波混頻功能能夠有效提高相控陣波束形成系統(tǒng)的靈活性和功能，通常由獨立的混頻器件實現(xiàn)，但傳統(tǒng)基于電子器件的微波混頻器具有諸如帶寬有限，易受電磁干擾等問題。微波光子學是研究微波和光波相互作用的學科，即利用光子技術產(chǎn)生、處理、控制以及傳輸微波毫米波信號，由此提出了各種基于光子技術的信號處理方案并建立起來了微波光子學信號處理功能模塊。與傳統(tǒng)的微波系統(tǒng)相比，微波光子技術可以有效的克服電子瓶頸的問題，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)微波系統(tǒng)難以實現(xiàn)的功能，并且具有許多新的優(yōu)點，如低損耗、大帶寬、體積小、重量輕、抗電磁干擾等，并且能夠通過集成光路實現(xiàn)?；谖⒉ü庾蛹夹g的相位可調(diào)頻率變換器能夠在光域?qū)崿F(xiàn)移相和混頻功能的集成，可以解決傳統(tǒng)電子移相器和混頻器中存在的問題。

目前文獻中已有不少微波光子學移相器和混頻器實現(xiàn)方案的報導，而同時實現(xiàn)頻率變換和相移的結構很少。有基于馬赫曾德爾調(diào)制器和濾波器的方案，這種方法需要光學濾波器選擇一個邊帶、抑制光學載波和另一個邊帶，這要求精確控制激光源的波長，以確保濾波器濾除不需要的載波和邊帶，且使系統(tǒng)的頻率可調(diào)性受限，更糟糕的是這種方法只能實現(xiàn)頻率下變換移相，不能夠?qū)崿F(xiàn)頻率上變換移相。也有基于波分復用器，時延線(TDL)，偏振器和偏振控制器的方案，但這種方案的結構比較復雜，而且由于使用偏振控制器PC進行移相操作，因此未預定義射頻信號RF相移和偏振控制器之間的關系，并且相移的調(diào)諧速度和精度較低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于雙偏振雙平行馬赫增德爾調(diào)制器DP-DPMZM和偏振調(diào)制器PolM的微波光子相位可調(diào)的頻率變換方法，通過調(diào)節(jié)DP-DPMZM的偏置電壓的正負和本振信號頻率實現(xiàn)頻率可調(diào)的上下變頻，通過調(diào)節(jié)PolM的直流偏置電壓能夠?qū)崿F(xiàn)任意的線性相移，所述方法包括以下步驟：

作為一種優(yōu)選方法，將激光源產(chǎn)生的頻率f_C＝ω_C/2π的連續(xù)光波CW注入DP-DPMZM，然后用射頻信號和本振信號分別驅(qū)動DP-DPMZM的上下兩路，設置DP-DPMZM的偏置電壓使上下兩路的DPMZM都位于最小傳輸點，DPMZM1在射頻信號驅(qū)動下輸出載波抑制射頻單邊帶光波E_X，DPMZM2在本振信號驅(qū)動下輸出載波抑制本振單邊帶光波E_Y，通過改變本振信號頻率和偏置電壓調(diào)節(jié)光波E_X和E_Y之間的頻率間隔，光波E_Y經(jīng)偏振旋轉后通過偏振合束器PBC與光波E_X正交合路，DP-DPMZM輸出包含正交偏振的E_X和E_Y兩個光波的光載射頻信號；