基于微波光子学的频率测量技术研究

发布时间：2020-03-23 00:15

【摘要】：现代战争中,掌握信息的主动权是取得战争胜利的重要保障。瞬时频率测量技术作为电子战中实施电子对抗的关键技术,可用于获取敌方电磁辐射信息,进而实现侦查、干扰、攻击等目的。随着战场复杂性的增加,传统的频率测量技术由于电子瓶颈等限制已不能满足现代电子战的需求。作为一门新的交叉学科,微波光子学结合了光通信技术和微波技术的各自优势,具有巨大的发展潜力。微波光子系统相比于以往的微波系统具有损耗低、带宽大及抗电磁干扰能力强等诸多优势,利用微波光子技术实现瞬时频率测量克服了传统技术中的诸多限制,成为当前的研究热点之一。本论文主要研究基于微波光子学的频率测量技术。根据频率-功率映射技术提出了两种微波光子频率测量方案,针对不同方案研究了测量范围和测量精度等相关参数,通过VPI和MATLAB软件验证了方案的可行性。本论文的主要工作和创新点如下:1.研究了基于PM与MZM结合色散光纤的微波光子频率测量方案,对影响测频效果的因素进行了分析,仿真中在2-13GHz频程内误差保持在±0.3GHz,该方案的不足之处在于测频中使用了色散光纤,降低了实际测频的可调谐性。针对以上方案存在的不足提出了基于Mach-Zehnder光滤波器和偏振调制器的频率测量新方案。方案中使用偏振调制器结合偏振控制器实现了强度调制和相位调制的功能,利用Mach-Zehnder光滤波器功率传输特性为正(余)弦平方率的关系构建与待测频率相关的振幅比较函数(ACF),进而实现频率测量。相比于单纯采用色散媒介产生功率衰减的测频方案,该方案的可调谐性更高,通过改变滤波器的差分时延值可以实现测频范围和测量精度的动态调节。通过MATLAB软件进行了理论验证,其中将差分时延值从94ps变化到54ps时可以明显观察到测频范围的提升。在实际应用中可以综合使用各差分时延值对应的最佳测频区间进行频率测量。使用VPI验证测频方案的可行性,其中在11-16GHz频程内误差保持在±0.35GHz,表明该方案具有不错的参考价值。2.设计了基于光纤光栅滤波器和偏振调制器的频率测量方案。方案中选择具有频率多样性、损耗低、反射特性好、易于系统集成的光纤光栅做滤波器实现测频功能。将待测微波信号通过偏振调制器加载到光载波上,通过偏振控制器调节偏振角度可以实现强度调制功能,偏振调制器结合使用避免了直接使用强度调制器带来的偏置点漂移问题,提高了系统稳定性。将调制信号通过耦合器分为两路,其中一路信号经过光滤波器,另一路信号通过色散光纤,将两路信号最后通过光电探测器实现光电转换,利用两路信号的输出功率构建微波频率和功率的数学表达式,实现测频。实验通过对光纤光栅滤波器反射率的调节可以实现测频精度的选择,通过VPI仿真实现了在12-18GHz的测量范围内测量精度达到±0.3GHz。
【图文】：

偏置在最大传输点时输出光谱图

偏置在最小传输点时输出光谱图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM935.1

【参考文献】

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本文编号：2595844