[發明專利]一種基于混頻器的微波信號產生裝置

有效

• 申請號: 202011307612.7
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112421351B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 李明;郝騰飛;岑啟壯;戴一堂;石暖暖;李偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02;H01S1/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王文思

本公開提供了一種基于混頻器的微波信號產生裝置，包括：微波本振源、混頻器、第一濾波器、激光器、電光調制器、光信號延時器、光探測器、第二濾波器、放大器及無源功分器，該裝置的混頻器在對閉合的光電反饋回路自激振蕩產生的微波信號進行變頻的同時，將變頻前后的微波信號的相位和鎖定，因此自激振蕩產生的微波信號的相位不再是隨機的，其可得到穩定的單模或多模振蕩微波信號。

技術領域

本公開涉及微波光子學領域，具體涉及到一種基于混頻器的微波信號產生裝置。

背景技術

微波信號源的功能是產生所需的微波信號，用于雷達、通信網絡、傳感等微波系統。傳統的微波信號源通常基于純電子學的手段實現。然而，基于電子學的手段面臨著帶寬瓶頸的問題，難以實現大帶寬、高中心頻率的微波信號源。微波光子技術是融合了電子技術和光子技術的一門交叉學科，其得益于光子技術帶來的大帶寬、低損耗和抗電磁干擾等優勢，基于微波光子技術的微波信號源可以克服純電子學手段的弊端，實現寬帶、高中心頻率的微波信號源。

近年來，本領域研究人員提出了多種基于微波光子技術的微波信號產生手段，主要包括雙波長激光外差法、頻率-時間映射法和光電振蕩器等。其中，雙波長激光外差法利用光探測器探測激光器兩個發光波長的拍頻，其很容易產生寬帶、高中心頻率的微波信號。但是，當兩個光波長的相干性通常較差時，它們拍頻產生的微波信號的相位噪聲特性也很差。頻率-時間映射法的核心思路是首先在頻率域對光信號進行整形，然后借助色散介質將整形后的光譜映射到微波信號的時域波形上，該方法可產生寬帶的微波信號，然而信號的持續時間通常較低，因此時間帶寬積受限。光電振蕩器是借助電光調制器和光探測器等光電子器件形成閉合的光電反饋回路，自激振蕩產生微波信號。借助高品質因數的反饋回路，光電振蕩器可產生超低相位噪聲的單頻微波信號。然而，當光電振蕩器工作在多模狀態時，各個模式的初相隨機，腔內存在著模式競爭和跳模效應，難以得到穩態的多模信號。

發明內容

為了解決現有技術中上述問題，本公開提供了一種基于混頻器的微波信號產生裝置，該裝置的混頻器在對閉合的光電反饋回路自激振蕩產生的微波信號進行變頻的同時，將變頻前后的微波信號的相位和鎖定，因此自激振蕩產生的微波信號的相位不再是隨機的，其可得到穩定的多模振蕩微波信號。

本公開提供了基于混頻器的微波信號產生裝置，包括：微波本振源，用于產生本振微波信號；混頻器，用于對本振微波信號的激勵下該裝置內自激振蕩產生的微波信號進行變頻，并輸出單模或多模的振蕩微波信號；第一濾波器，用于對單模或多模的振蕩微波信號進行濾波，得到單模或多模的自激振蕩信號；激光器，用于產生光載波；電光調制器，用于將單模或多模自激振蕩信號加載到光載波上，得到光信號；光信號延時器，用于對光信號進行延時處理；光探測器，用于將延時的光信號通過拍頻還原處理，得到微波信號；第二濾波器，用于對微波信號進行濾波，得到延時的單模或多模的振蕩微波信號；放大器，用于將延時的單模或多模的振蕩微波信號功率放大；無源功分器，用于將功率放大后的延時的單模或多模的振蕩微波信號進行功率分配，得到兩組微波信號，其中，每一組微波信號均為功率減半的延時的單模或多模的振蕩微波信號，無源功分器將其中一組微波信號輸入至混頻器，以使該組微波信號進行下一周期循環，并將另一組微波信號輸出。

進一步地，每對頻率為f₁與f₂的微波信號的模式頻率滿足：f₁+f₂＝f₀，且f₁，f₂＝f₀/2±MΔf；其中，f₀為本振微波信號的頻率，f₁為該裝置自激振蕩產生的微波信號的頻率，f₂為混頻器輸出的振蕩微波信號的頻率，M≥0，且M為整數，Δf＝c/(2L)為閉合的光電反饋回路引入的頻率步進，c為真空中的光速，L為閉合的光電反饋回路的有效長度。