[發明專利]微波移相方法、裝置及高穩定光生微波源

有效

• 申請號: 201911282164.7
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN110995358B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 潘時龍;劉世鋒;康曉晨;傅劍斌;吳怡凡
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;蘇州六幺四信息科技有限責任公司
• 主分類號: H04B10/54
• 分類號: H04B10/54;H04B10/548
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

本發明公開了一種微波移相方法，將頻率為ω₁的微波信號分為兩路；一路與待移相微波信號混頻后提取出其中的上變頻/下變頻信號，另一路進行電光強度調制，并對所得到的調制光信號先進行延時量為τ的光纖延時后再進行解調，最后將所得到的解調信號與所述上變頻/下變頻信號混頻后提取出其中與待移相微波信號同頻的信號分量，即得到相移量為ω₁·τ的待移相微波信號的移相后信號。本發明還公開了一種微波移相裝置及一種光生微波源。本發明可實現大范圍、高精度的微波移相，并在此基礎上實現超高穩定度的高質量微波信號生成。

技術領域

本發明涉及一種微波移相方法、裝置。

背景技術

微波源是產生某種頻率和相應功率的微波信號的器件，常見的微波源有石英晶體振蕩器和電介質振蕩器。石英晶體振蕩器又名石英諧振器，簡稱晶振，是利用具有壓電效應的石英晶體片制成的。這種石英晶體薄片受到外加交變電場的作用時會產生機械振動，當交變電場的頻率與石英晶體的固有頻率相同時，振動便變得很強烈，這就是晶體諧振特性的反應。利用這種特性，就可以用石英諧振器取代LC(線圈和電容)諧振回路、濾波器等。由于石英諧振器具有體積小、重量輕、可靠性高、頻率穩定度高等優點，被應用于家用電器和通信設備中。石英諧振器因具有極高的頻率穩定性，故主要用在要求頻率十分穩定的振蕩電路中作諧振元件。介質振蕩器具有頻率穩定度高、噪聲低、體積小、結構簡單、價格低廉、對機械振動和電源瞬變過程不敏感等優點，因此對于介質振蕩器的研制在國內外也引起了廣泛的關注，并且它在多個領域得到了應用，例如通信系統、雷達信標、電子對抗接收機、導彈應答機、專用測試設備以及氣象雷達等。

但是，傳統微波源受制于其產生信號頻率較低，若想得到較高頻信號就需要多級倍頻，而倍頻引入的相噪惡化通常會多于理論上的20log(N)dB。因此，傳統微波源已越來越難以勝任現代社會雷達、電子對抗、5G通信、測試測量中本振源的工作。研究新型高頻優質相噪的本振源已迫在眉睫。光電振蕩器作為“終極振蕩器”可克服傳統微波源遭遇的瓶頸，因此得到了極大的發展。

光電振蕩器使用振蕩器構建的思路，因此也需要滿足振蕩所需振幅條件和相位條件。振幅條件通過增加適當的低相噪放大器即可實現，而相位條件由于長光纖受溫度、振動影響導致的相位波動就會發生變化，從而導致振蕩狀態的破壞。使用移相的方法可以有效改善相位波動對光電振蕩環路的影響，因此已有研究者在光電振蕩環路中引入了微波移相器以提升光生微波源所生成微波信號的質量。

常見的移相方法有壓控移相器、數字移相器、數控延時線、壓控延時線等方式。壓控移相器是用電壓控制相位變化的一種器件。隨著電壓增大或減小，壓控移相器引入的相位變化也會相應呈線性變化。數字移相器是由移相變壓器、數字式相位顯示儀、電壓電流數顯表及電源等單元組成的新一代便攜式電工儀器，既能滿足三相移相的要求，又能滿足單移相器的要求。數控光纖延時線就是可以將光纖傳輸的距離增加或者減少，達到從時間上延遲的裝置。壓控光纖延時線則是使用類似的原理，但是控制自變量變為了輸入壓控光纖延時線的電壓信號。張漢基等人[張漢基.帶寬24—60MHz移相360°壓控移相器[J].無線電通信技術,1989(04):35-38+47.]制作了帶寬24～60MHz的移相360°壓控移相器，通過使用晶體三極管分相，用變容二極管串聯對作為可調電容的容抗臂和發射極引出的電阻組成阻容移相器的方法實現了移相范圍360°、諧波抑制比大于30dB的移相器。邱志成等人[邱志成,史雙瑾,邱琪.高精度光纖延遲線的研究[J].光電工程,2009,36(6):72-75.]通過對光纖連接和光開關引起的誤差對光纖延遲線的精度的影響，設計了光纖延遲線的拓撲結構。仿真得到光開關誤差小于1ps時，光纖延遲線的精度低于2ps。但是，第一種方法存在著移相范圍小、工藝要求高、帶寬窄等局限；第二種方法則受制于工藝水平難以達到與理論預期相近的結果。并且，常見的移相方法在保證高精度移相的性能指標時卻忽略了大范圍移相能力。在光電振蕩器中使用的長光纖對溫度較為敏感，如果遇到較大的溫度變化與溫度沖擊時，容易導致極大相位漂移，使用傳統的移相方案配合鎖相環很難實現如此大范圍的相位漂移補償與頻率鎖定，從而限制了光電振蕩器的使用環境，進而限制其在需求低噪聲、高性能微波本振的射頻、微波光子等領域的有效應用。