[發明專利]基于Sagnac環和I/Q探測的全光微波頻移相移裝置及測量方法

有效

• 申請號: 202011366452.3
• 申請日: 2020-11-29
• 公開（公告）號: CN112505406B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 高永勝;康博超;徐源皓;譚慶貴;賀豐收;樊養余;劉準釓
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02;G01R25/00
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明提供了一種基于Sagnac環和I/Q探測的全光微波頻移相移裝置，從激光源輸出的光信號通過光耦合器注入到DE?MZM中，DE?MZM的偏置點通過直流偏壓進行控制；光耦合器的輸出的光信號通過EDFA將光信號放大后，再通過DWDM分離出上邊帶和下邊帶，上邊帶和下邊帶各自構成一路光信號，兩路光信號各自進入一個PD的輸入端，光電探測后得到光電流，光電流攜帶的多普勒頻移信息或相位信息通過后端ADC處理。本發明實現信號的頻率和相位測量，結構簡單，具有很強的可操作性；采用對稱度高的調制器、精準的偏壓控制來提高測量系統的穩定性和精確性，實現高精度且穩定的寬帶微波光子測量系統。

技術領域

本發明涉及微波光子測量領域，尤其是微波光子多普勒頻移測量和相位測量。

背景技術

微波測量系統是現代電子設備中必不可少的模塊。在衛星通信、電子對抗和雷達系統中，需要處理工作頻率高達幾十GHz的高速寬帶微波信號，這對微波測量系統的速度和帶寬提出巨大挑戰。

近年來，微波光子測量技術作為一個新興的研究領域引起了人們極大的興趣。它可以利用光子學的固有優勢，如大的瞬時帶寬、抗電磁干擾等，在較寬的頻率范圍內進行大帶寬微波信號多普勒頻移和相位的測量。同時，微波光子技術的電磁隔離優勢可以顯著提高微波光子測量系統的抗干擾性能。

微波光子測量系統中，本振信號和待測信號必須先在接收端對光載波調制，在光域進行光子信號處理后，光電探測得到包含所需要頻率和相位信息的光電流，再通過模數轉換得到數字信號，最后通過數字信號處理得到所需要頻率和相位信息。但目前公開報道的微波光子測量系統通常使用多個調制器級聯來達成對信號的測量，較為復雜且穩定性差。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種基于Sagnac環和I/Q探測的全光微波頻移相移裝置及測量方法。該微波光子測量系統中，本振信號和待測信號通過雙電極馬赫-曾德爾調制器(Dual?Electrodes?Mach-Zehnder?Modulator，DE-MZM)在Sagnac環路中實現電光調制，結合I/Q探測、數字信號處理(Digital?Signal?Processing，DSP)，得到鑒頻信息和鑒相信息，實現寬帶射頻信號多普勒頻移和相位的測量。本系統所使用的DE-MZM結構簡單，避免了光信號偏振的影響，從而大幅度提高了系統的穩定性。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括如下步驟：

一種基于Sagnac環和I/Q探測的全光微波頻移相移裝置，包括激光源、DE-MZM、光耦合器、摻珥光纖放大器(Erbium-Doped?Fiber?Amplifier，EDFA)、雙通道密集波分復用器(Dense?Wavelength?Division?Multiplexer，DWDM)、兩個光電探測器(Photodetector，PD)和模數轉換器(Analog-Digital-Converter，ADC)，激光源的光輸出端連接光耦合器的端口1，光耦合器的端口3連接至DE-MZM的光輸入端口，光耦合器的端口4連接DE-MZM的光輸出端口，光耦合器的端口2連接到EDFA輸入端口，如圖1所示，耦合器3口輸出光信號經過DE-MZM注入耦合器端口4，耦合器端口4輸出光信號經過DE-MZM注入耦合器端口3，構成了Sagnac環路，EDFA的輸出端口連接雙通道DWDM的公共輸入端口，雙通道DWDM的兩個輸出端口各自連接一個PD，兩個PD分別連接至ADC；其中本振信號連接至DE-MZM的一個射頻端口，待測射頻信號連接DE-MZM的另一個射頻端口；

從激光源輸出的光信號通過光耦合器注入到DE-MZM中，DE-MZM的偏置點通過直流偏壓進行控制；光耦合器的端口2輸出的光信號通過EDFA將光信號放大后，再通過DWDM分離出上邊帶和下邊帶，上邊帶和下邊帶各自構成一路光信號，兩路光信號各自進入一個PD的輸入端，光電探測后得到光電流，光電流攜帶的多普勒頻移信息或相位信息通過后端ADC處理。

一種基于Sagnac環和I/Q探測的全光微波頻移相移裝置的調測量方法，詳細步驟為：