基于电光混频的光载微波信号变频技术基础研究

发布时间：2020-05-19 18:24

【摘要】：宽带、高效、灵活的微波变频技术在无线通信、雷达通信、电子侦察与对抗等民用和国防领域具有极其重要的应用。光载微波变频技术主要利用电光混频效应对微波信号在光域上进行变频处理,具有大带宽、低损耗、高隔离以及抗电磁干扰等优点,是实现超宽带微波信号变频的优选方案,但是传统光域电光混频的工作带宽受限于微波本振源的频率范围和光电子器件的带宽。因此,研究如何利用窄带光电子器件和低频微波本振源,实现宽频带、可重构的光载微波变频具有重要的学术意义和应用价值。本论文针对光载微波信号变频技术分别开展了基于电光调制和四波混频微波变频技术的理论和实验研究,并将微波变频技术扩展应用于微波光子器件测试和微波光子频率测量。主要内容如下:(1)在基于电光调制的微波变频技术方面:提出了一种基于并联电光调制的微波下变频技术方案,通过选择锁模光源的两束不同谱线,利用低频微波本振,实现了步进可调的宽频带、可重构光载微波下变频。仿真表明其工作频率范围高达193.95GHz,实验验证了6.25~40GHz的微波信号下变频到1GHz以内的中频信号,只需6.25GHz以内的微波本振,且变频系统的SFDR_3可达106.6dBc?Hz~(2/3);提出了一种基于循环电光调制的微波下变频技术方案,利用循环电光调制相向移频和低频微波本振,实现了灵活可调、宽频带的光载微波下变频,实验验证了5~40GHz的微波信号下变频到0.5GHz的中频信号,只需3~6GHz的微波本振。两种技术方案均突破了传统电光调制变频技术中存在的器件带宽限制。(2)在基于四波混频的微波变频技术方面:提出了一种基于级联四波混频(Cascaded Four-wave Mixing,CFWM)的谐波下变频技术方案,通过MZM级联SOA组成的谐波增强单元,实现光学本振的谐波增强,利用5GHz以内的低频微波本振,实验验证了3~40GHz微波信号下变频到1GHz以内的中频信号,实现了宽频带、灵活可调的光载微波下变频;在此基础上,提出了一种基于循环FWM的微波下变频技术方案,通过循环FWM反馈回路,获得谱宽增强至1.5nm(25dB范围内)的低频光学本振,实验验证了5~40GHz微波信号下变频到2.44GHz以内的中频信号,只需4.88GHz的微波本振。两种谐波变频技术方案,利用低频本振以及窄带光电子器件,实现了灵活可调、宽频带的光载微波谐波下变频。(3)在基于电光混频的微波变频测试技术方面:提出了一种基于级联电光调制的变频测试技术,通过设置加载在级联光电子器件上的微波信号频率关系,实现了直接调制激光器、MZM和光电探测器各个光电子器件单独频率响应的自校准测试,实验表明该变频测试技术能够节省一半的辅助器件带宽或者扩展两倍的测量频率范围,并且利用同一套测试系统实现三合一测试;提出了基于双移频的变频测试,实现了40GHz测量范围、50kHz测量精度的自校准光滤波器频响测试;提出了基于低频检测的变频测试,借助分析固定频率70±0.5MHz成份,实现了140GHz频率范围、50kHz测量精度的光滤波器频响测试。(4)在基于电光混频的微波瞬时测频方面:提出了一种基于电光混频的交叉互参考微波测频技术。通过待测微波信号与两个重频不同的光频梳分别进行电光混频,获得两对下变频信号,分析彼此之间频率的交叉互参考关系,实现了准确的多音微波信号瞬时测频,克服了传统双频梳测频技术中存在测量盲区的问题。仿真和实验表明,利用重频为2.01GHz和2.047GHz的两个光频梳,可实现测量频率范围为20GHz、精度为±0.25MHz的多音微波测频,并具有可扩展性。
【图文】：

光外差探测,变频技术,原理框图,变频信号

电子科技大学博士学位论文利用光域的宽带资源，通过电光调制效应，将频率为 fs的其中一个直流光波上，最终经过光外差检测变频信号。当频，上变频到频率为 fs+Δf 的高频射频(Radio-frequency, fs时，此时为下变频，下变频到频率为fs-Δf 的中频(Intermed到两直流光波相干性差的影响，导致变频信号的相位噪声率增加，同时两直流光波之间的频率间隔可调性差，并且宽带光电探测和锁相环线路组成的复杂反馈系统来维持变发，，有学者通过电光调制的方式，产生灵活、可调的外差

框图,变频原理,级联,电光调制

第一章绪论省理工学院林肯实验室的 R. Helkey 对单片级联和分立级联比[20]，发现在分立级联调制之间引入光放大模块虽然有 3但是，随着放大光信号功率的增大，系统链路噪声也在增链路增益之间，需要一个折中的优化方案。此外，这种级着系统链路失真的问题。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN15

【参考文献】