[發(fā)明專利]一種基于時(shí)域Talbot效應(yīng)的射頻信號(hào)頻譜分析系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110103738.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN112881800A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王善儀;池灝;李齊良;楊波;楊淑娜;歐軍;翟彥蓉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R23/17
• 分類號(hào): G01R23/17
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明涉及一種基于時(shí)域Talbot效應(yīng)的射頻信號(hào)頻譜分析系統(tǒng)，包括依次連接的鎖模激光器、馬赫?曾德爾調(diào)制器、色散介質(zhì)、光電探測(cè)器、示波器，馬赫?曾德爾調(diào)制器設(shè)有射頻輸入口和偏置電壓輸入口，色散介質(zhì)的色散系數(shù)滿足一階時(shí)域Talbot效應(yīng)。本發(fā)明利用鎖模激光器產(chǎn)生高重復(fù)頻率的窄脈沖串，將待測(cè)量的射頻信號(hào)通過(guò)馬赫?曾德爾調(diào)制器調(diào)制到光載波上，接著將調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)滿足一階Talbot效應(yīng)的色散介質(zhì)，后由光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并通過(guò)示波器獲得經(jīng)過(guò)色散介質(zhì)后輸出脈沖序列的光功率，為射頻信號(hào)的頻譜分析提出了新的方法，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光通信信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于時(shí)域Talbot效應(yīng)的射頻信號(hào)頻譜分析系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

射頻(RF)信號(hào)的頻譜分析在許多不同領(lǐng)域的現(xiàn)代應(yīng)用中都發(fā)揮了重要作用，例如無(wú)線和光通信、雷達(dá)、射電天文學(xué)等，因此一種能夠提供快速頻譜分析的方法能夠在這些領(lǐng)域的研究中發(fā)揮重要的作用。頻譜分析的技術(shù)和設(shè)計(jì)隨著RF信號(hào)傳輸技術(shù)的變化以及測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步也發(fā)生了巨大變化。最早的形式是手動(dòng)調(diào)諧的濾波器和探測(cè)器的組合，它簡(jiǎn)單地以其被調(diào)諧到的頻率指示信號(hào)電平。電調(diào)諧信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的引入出現(xiàn)了掃頻頻譜分析儀，但掃頻分析只能檢測(cè)到檢測(cè)器帶寬內(nèi)包含的總功率。數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)與數(shù)字信號(hào)處理(DSP)用于頻譜分析可以捕獲更寬的頻譜，捕獲信號(hào)后執(zhí)行分析。H.Chi,X.Zou andJ.Yao,An Approach to the Measurement of Microwave Frequency Based on OpticalPower Monitoring,in IEEE Photonics Technology Letters,vol.20,no.14,pp.1249-1251中提出一種基于光功率監(jiān)控的微波頻率測(cè)量方法，待測(cè)的射頻信號(hào)在兩個(gè)光學(xué)載波上進(jìn)行調(diào)制，其波長(zhǎng)設(shè)置為正弦濾波器光譜相應(yīng)的一個(gè)峰值和谷值，通過(guò)馬赫-曾德爾調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)簡(jiǎn)單地檢測(cè)兩個(gè)波長(zhǎng)通道輸出處的光功率，可以計(jì)算得到微波射頻信號(hào)的頻率，但是只能測(cè)量單頻信號(hào)，無(wú)法同時(shí)測(cè)量多頻信號(hào)。L.Yan et al.,IntegratedMultifrequency Recognition and Down-conversion Based on Photonics-AssistedCompressive Sampling,in IEEE Photonics Journal,vol.4,no.3,pp.664-670中提出一種基于光子壓縮采樣的稀疏信號(hào)多頻點(diǎn)頻譜分析，即通過(guò)低速ADC(500MHz)采樣實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶微波信號(hào)的多頻測(cè)量，精度可達(dá)到500kHz，采用低速ADC極大降低了后續(xù)數(shù)字信號(hào)處理的難度和功耗，但是只適用于稀疏信號(hào)環(huán)境，不適用于高密度復(fù)雜環(huán)境。

目前基于DSP的頻譜分析的儀器僅限于GHz范圍(通常＜500MHz)，時(shí)間分辨率在微秒范圍內(nèi)，并且最大處理速度大約為每秒2.6×10⁶次FFT。這些限制了高速射頻信號(hào)的頻譜分析，因此本發(fā)明提出了一種基于時(shí)域Talbot效應(yīng)的射頻信號(hào)頻譜分析系統(tǒng)及方法，能夠提供高速且實(shí)時(shí)的射頻信號(hào)頻譜分析。它是在一階時(shí)域Talbot效應(yīng)的結(jié)構(gòu)下，首先用高速的周期性脈沖串對(duì)待測(cè)量色射頻信號(hào)進(jìn)行采樣，待測(cè)量的射頻信號(hào)可以是單頻率，也可以是多頻率，然后經(jīng)過(guò)一階色散系數(shù)與采樣周期滿足的色散介質(zhì)輸出的光脈沖序列，經(jīng)過(guò)色散之后得到的信號(hào)仍是周期的，且每個(gè)周期內(nèi)的脈沖是關(guān)于所在周期內(nèi)的中心位置對(duì)稱；每個(gè)頻率成分對(duì)應(yīng)一對(duì)對(duì)稱的脈沖，脈沖距離中心位置的距離與輸入射頻信號(hào)的頻率大小有關(guān)，它的幅值又由射頻信號(hào)的振幅決定，根據(jù)輸入射頻信號(hào)與系統(tǒng)輸出脈沖之間的關(guān)系，用A_u＝2h_u計(jì)算出待測(cè)量射頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率和幅值，利用這種簡(jiǎn)單高效的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)射頻信號(hào)的頻譜分析具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于時(shí)域Talbot效應(yīng)的射頻信號(hào)頻譜分析系統(tǒng)及方法，采用光子學(xué)的方法對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，突破了傳統(tǒng)基于數(shù)字信號(hào)處理頻譜分析方法的限制。通過(guò)對(duì)射頻信號(hào)采樣，然后經(jīng)過(guò)滿足整數(shù)階時(shí)域Talbot效應(yīng)的色散介質(zhì)。根據(jù)射頻信號(hào)的頻率和振幅與系統(tǒng)輸出的光脈沖序列所處位置和其振幅之間的關(guān)系對(duì)待測(cè)射頻信號(hào)的頻譜進(jìn)行分析。