[發(fā)明專利]一種超外差微波光子接收系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112398544B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高光宇;梁啟軍;劉乃金;彭煥發(fā);劉紫玉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空間技術(shù)研究院
• 主分類號: H04B10/64
• 分類號: H04B10/64;H04B10/61
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 楊洋

本發(fā)明涉及一種超外差微波光子接收系統(tǒng)，包括電預(yù)處理單元、載波激光器、電光上變換單元、本振激光器、光電下變換單元、電本振源、高中頻下變頻單元等；電預(yù)處理單元用于對待測微波信號進(jìn)行頻段預(yù)選濾波后輸入電光上變換單元；電光上變換單元用于將微波信號上變換到載波激光器輸出的光載波上，得到光載微波信號；本振激光器用于產(chǎn)生全光本振；光電下變換單元用于利用全光本振將光載微波信號下變換到高中頻信號；電本振源用于產(chǎn)生高中頻電本振；高中頻下變頻單元用于將高中頻信號下變頻到低中頻或基帶。本發(fā)明利用兩級變頻方式，結(jié)合超寬帶全光本振，替代了傳統(tǒng)純電變頻和微波光子變頻方式，解決了超寬帶接收技術(shù)中的變頻技術(shù)瓶頸。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微波光子和微波射頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超外差微波光子接收系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前的接收機(jī)體制是傳統(tǒng)的基于純電子器件和技術(shù)的，其典型系統(tǒng)架構(gòu)有兩類：外差架構(gòu)和零差架構(gòu)。外差架構(gòu)將微波信號下變頻到低中頻，具有良好的鏡像等雜散抑制能力和較大的動態(tài)范圍，但系統(tǒng)復(fù)雜、瞬時帶寬小，常被頻譜分析儀等高端設(shè)備采用。零差架構(gòu)將微波信號直接下變頻到基帶，結(jié)構(gòu)簡單，瞬時帶寬大，但鏡像等雜散抑制能力差、動態(tài)范圍較小，常被通信接收機(jī)等小型化低成本設(shè)備采用。

隨著無線通信、軍事應(yīng)用等需求的不斷增長，比如超寬帶頻譜分析、超寬帶電子偵察、新型雷達(dá)、5G以至6G等應(yīng)用向著高頻段和大寬帶拓展，對接收機(jī)的綜合性能要求越來越高，包括更大的接收頻譜范圍、更大的瞬時帶寬，同時兼顧良好的雜散抑制能力等。在純電器件條件下，傳統(tǒng)外差架構(gòu)和零差架構(gòu)都存在顯著的技術(shù)瓶頸，主要受限于超寬帶可調(diào)諧電本振、超寬帶可調(diào)諧電濾波器和超寬帶電混頻器等器件的實現(xiàn)和綜合性能方面。因此，近年來業(yè)界開始嘗試將光子技術(shù)與微波技術(shù)相結(jié)合，研究利用光子技術(shù)的優(yōu)勢突破傳統(tǒng)電子接收機(jī)的技術(shù)瓶頸。

當(dāng)前，超外差微波光子接收系統(tǒng)技術(shù)的典型架構(gòu)是光子零差架構(gòu)，即利用零差光子變頻替代傳統(tǒng)技術(shù)中的電混頻，其主要優(yōu)勢在于，光混頻器件可以在超寬的頻譜范圍上將微波信號下變頻到基帶或低中頻，變頻一致性較好，瞬時帶寬較大，交調(diào)雜散較小等。但該架構(gòu)仍存在若干技術(shù)瓶頸：

1、需要超寬帶覆蓋的電本振源，以電光調(diào)制方式產(chǎn)生光電混合本振，再通過光子變頻將光載微波信號下變換到基帶或低中頻，因此該架構(gòu)繼承了傳統(tǒng)技術(shù)中電本振的全部瓶頸問題，本振技術(shù)沒有本質(zhì)的突破；

2、IQ幅相失配帶來的雜散干擾；

3、微波信號變頻存在低頻段盲區(qū)(5GHz)；

4、存在直流偏移。

與上述光子零差架構(gòu)相比，光子外差架構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有更高的鏡像等雜散抑制能力，全頻帶變頻能力和更低的直流偏移等優(yōu)勢。但受限于超寬帶可調(diào)諧本振、超寬帶可調(diào)諧濾波器等方面的技術(shù)瓶頸，現(xiàn)有光子外差技術(shù)尚不成熟。

因此，有必要從系統(tǒng)架構(gòu)層面，提出一種新型超外差微波光子接收系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術(shù)問題，為超外差微波光子接收系統(tǒng)的發(fā)展指明方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，現(xiàn)有技術(shù)受限于超寬帶電本振源、并存在雜散干擾、低頻段微波信號無法有效變頻的問題，本發(fā)明從系統(tǒng)架構(gòu)層面，提供一種超外差微波光子接收系統(tǒng)，使得接收機(jī)在工作頻譜范圍、瞬時帶寬、鏡像和雜散抑制、低非線性等方面，具有更高的綜合應(yīng)用性能。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超外差微波光子接收系統(tǒng)，包括：信號輸入單元、電預(yù)處理單元、載波激光器、電光上變換單元、本振激光器、光電下變換單元、電本振源、高中頻下變頻單元、信號輸出單元；

所述信號輸入單元用于接收待檢測的微波信號；所述電預(yù)處理單元用于對所述微波信號進(jìn)行頻段預(yù)選濾波和放大后輸入所述電光上變換單元；

所述載波激光器用于產(chǎn)生光載波；所述本振激光器用于產(chǎn)生全光本振；