[發明專利]一種基于載波抑制的寬帶高靈敏度毫米波接收系統

有效

• 申請號: 202110702603.6
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113452452B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 蘆啟超;陶理;李仁杰;王之立;陳曦
• 申請（專利權）人: 中國艦船研究設計中心
• 主分類號: H04B10/63
• 分類號: H04B10/63;H04B10/54;H04B10/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平;劉琰

1.一種基于載波抑制的寬帶高靈敏度毫米波接收系統，其特征在于，該系統包括：基于載波抑制雙波長生成結構、基于強度調制器的微波光子下變頻結構、零差相干探測單元；其中：

基于載波抑制雙波長生成結構包括：微波源產生的單音信號直接驅動強度調制器，強度調制器工作在載波抑制點，產生兩條相干的波束；

基于強度調制器的微波光子下變頻結構包括：將射頻載波信號利用強度調制器調制到載波抑制雙波長生成結構中的一束光波上，再利用布拉格光纖光柵濾波保留-1階邊帶；

零差相干探測單元包括：利用載波抑制雙波長生成結構產生的另一束光波和微波光子下變頻輸出的-1階邊帶進行零差相干探測，實現光電轉化，最終完成毫米波射頻信號到基帶信號的解調；

所述基于載波抑制雙波長生成結構中：

基于載波抑制雙波長生成結構包括依次連接的外腔激光器、強度調制器、微波信號源、環形器和布拉格光纖光柵；強度調制器工作在載波抑制點，微波信號源產生頻率為f_s的單音信號驅動光載波頻率為f_c強度調制器，生成兩束頻率為f_c+f_s和f_c-f_s的光束，作為微波光子下變頻和零差相干探測所需的本振光；

所述基于強度調制器的微波光子下變頻結構中：

微波光子下變頻結構包括依次連接的強度調制器、隔離器、布拉格光纖光柵；光載波為載波抑制生成的f_c+f_s，利用強度調制器將中心頻率為2f_s毫米波射頻信號調制到強度調制器輸出的1階和-1階邊帶，f_c+3f_s和f_c-f_s，利用隔離器和布拉格光纖光柵獲取-1階邊帶；

所述零差相干探測單元中：

零差相干探測單元包含相干接收機，其一端與載波抑制的雙波長生成結構的環形器輸出端連接，另一端與所述微波光子下變頻結構中的布拉格光纖光柵輸出端連接，對微波光子下變頻輸出的-1階邊帶f_c-f_s和載波抑制生成另一束光f_c-f_s的進行零差相干探測，實現光電轉化，最終完成毫米波射頻信號到基帶信號的解調。

2.根據權利要求1所述的基于載波抑制的寬帶高靈敏度毫米波接收系統，其特征在于，實現信號解調的方法具體為：

首先，由外腔激光器產生的連續光波f_c注入強度調制器，強度調制器工作在載波抑制點，將微波信號源產生的頻率為f_s的單音射頻信號經過強度調制器載波抑制調制后生成雙波長f_c±f_s，注入到光環形器端口1，光環形器端口2和布拉格光纖光柵連接，則布拉格光纖光柵和光環形器端口3輸出的光信號分別表示為：

E₁＝E_c{J₁(β_AM1)cos[2π(f_c+f_s)t]

E₂＝E_c{J₁(β_AM1)cos[2π(f_c-f_s)t]

其中，E_c為光源的輸出電場強度，f_c為光載波頻率，f_s為單音信號頻率，這里β_AM1＝π(V_s/V_π)，V_π是強度調制器的半波電壓,V_s是單音信號的平均電壓，用來表征第一個強度調制器的調制指數；J₁表征階數為1的第一類貝塞爾函數；第一個強度調制器的輸出經過布拉格光纖光柵和光環形器分離后理論上為兩束頻率為f_c±f_s的相干光；

布拉格光纖光柵端口輸出信號E₁耦合到強度調制器調制后，受到帶基帶信號的毫米波射頻信號驅動后，輸出的光信號如下：

E_out＝E₁cos[β_AM2s(t)cos(2π(2f_s)t)]

其中，s(t)為傳送的基帶信號，2f_s為毫米波射頻載波頻率，β_AM2＝π(V_rf/V_π)，用來表征第二個AM的調制指數，將E₁帶入輸出的光信號的公式并進行Bessel函數展開；

J_2n+1(β_AM2)為n階第一類貝塞爾函數，通常毫米波無線通信信號接收端功率較小，導致J_2n+1(β_AM2)較小，因此只會產生1階邊帶；即：

E_out＝E_cJ₁(β_AM1)s(t){J₁(β_AM2)cos[2π(f_c-f_s)t]+J₁(β_AM2)cos[2π(f_c+3f_s)t]}

經過隔離器和布拉格光纖光柵濾波后取下邊帶，則信號光輸出如下：

E_sig-out＝E_cs(t)J₁(β_AM1)J₁(β_AM2)cos[2π(f_c-f_s)t]exp[j(w_c+nw_s)t]

其中，布拉格光纖光柵端口輸出的信號與E₂中心頻率相同，且由于由同一束光波產生，光的相干性極好，能直接接入相干接收機進行零差探測，即可實現信號的解調。