微波光子频域参数测量和镜像抑制混频技术的研究
发布时间：2020-06-16 04:39
【摘要】：在现代电子战中,信号的频域参数测量和镜像抑制混频单元是电子侦查接收机的重要组成部分。然而随着战争中使用电磁频段的不断攀升,传统电子学的实现方式面临着工作带宽受限、高损耗和易受电磁干扰等一系列问题。微波光子学,兼具了微波技术和光学技术的优势,为微波信号的参数测量及处理方面的研究提供了一个新的解决途径。在频率到微波功率映射的频率测量方案中,光子学频率测量可在几十吉赫兹的带宽内瞬时获知信号频率,误差仅为几百兆甚至几十兆赫兹,而且结构简单、易于实现;光子学多普勒频移测量不仅能获知频移的大小和方向,其发射信号的载频可以在大范围内调谐且测量误差小;光子学镜像抑制混频在大带宽范围内具有很高的镜像抑制比和隔离度。而且,采用光子学方式处理微波信号可使系统免受电磁干扰。然而,现有的微波光子频率测量方案大多采用多个激光器、不同长度的光纤等,测量范围的调节比较困难;多普勒频移测量方案中方向的判别操作复杂;镜像抑制混频技术中大多借用了高频的电功分器或移相器,一定程度上限制了系统的带宽。针对以上问题,本文对微波信号的频域参数测量和镜像抑制混频技术展开了理论研究、仿真和实验验证。具体的内容安排如下:1.提出并实验验证了基于双偏振马赫增德尔调制器(DPol-MZM)的信号频率测量方案。该方案通过调整偏振态可以很容易的实现测量范围的调节,而且装置结构简单。实验结果显示,该方案在2-28GHz的测量范围内误差仅为±200MHz。理论上方案能实现的最大测量范围高达38.2GHz。实际应用中,我们可以选择合适的偏振态以满足所需求的测量范围。2.提出并实验验证了基于DPol-MZM的多普勒频移测量方案。该方案可以通过装置的正或负向端口是否有信号来判断频移的正负,对其进行谱分析来确定频移的大小。同时,发射信号的频率可以在宽带内任意调谐且测量误差仅为±5×10~-66 Hz,实验结果和理论符合。3.提出并实验验证了基于DPol-MZM的镜像抑制混频方案。该方案不需要宽带的电子器件,结构简单且带宽大。充分利用信号的正负一阶边带产生一对正交的中频信号,提高了光信号的利用效率。实验证明方案在10-40GHz的带宽内镜像抑制比达39dB,高于传统的电子学镜像抑制混频技术。
【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】：TN015
【图文】：
可以分为以下几个方面：（1）信号的光学产生：利用光子学的方法产生二倍频[15-16]、四倍频[17-18]、六倍频[19-20]、八倍频[21-22]甚至更高倍频因子[23-24]的微波毫米波信号、相位编码信号[25-27]频移键控（Frequency-shift Keying，FSK）信号[28-29]、幅度键控（Amplitude-Shift KeyingASK）信号[30-31]、线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）或啁啾（Chrip）信号[32]、任意波形信号[33-35]、超带宽（Ultra-wideband，UWB）信号[36]等。（2）信号的光学传输：射频信号的光纤稳相传输[37-38]、基于光纤光子滤波器的多路微波复用副载波传输[39]等。（3）信号的光学处理：基于光子学的上/下变频[40-41]、镜像抑制混频[42-45](ImaRejection Mixing)、滤波[46-47]、宽带移相[48-50]、并/串行信道化[51-53]、延迟[54-55]、采样量化[56-57]等；（4）信号的光学测量：基于光子学的信号频率测量[58-60]、多普勒频移（DopplFrequency Shift， DFS）测量[61-62]、到达角(Angle-of-Arrival，AOA)估计[63-64]、相位噪声测量[65-66]等。
光子学系统中，电信号调制到光域的实现方法包括：直接调制和外调制。直接调制是在光源上施加信号，改变注入的信号使输出的光波改变。这种方式简单、容易实现，但在高速调制时产生的啁啾会导致输出光谱展宽，因此其应用有一定的局限性。外调制是在光源之外设有一个调制器，信号施加在调制器上，通过其电光、电磁等效应来改变经过光信号的相位、强度、偏振态等参数。外调制因为具备大带宽、零啁啾等优势而成为普遍应用的调制技术[97]。外调制中，基于电光效应的调制器是最高效的方法[98]，一般由 LiNbO3、砷化镓晶体（GaAs）、钽酸锂晶体(LiTaO3)等制成。本小节将对几种常见电光调制器展开理论分析。2.1.1 相位调制器LiNbO3相位调制器是最基本也是结构最简单的调制器。其原理是，施加变化的电场到波导臂上，波导折射率的改变使经过的光信号相位也发生变化。相位调制器结构如图 2.1（a）所示。
本文编号：2715546
【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】：TN015
【图文】：
可以分为以下几个方面：（1）信号的光学产生：利用光子学的方法产生二倍频[15-16]、四倍频[17-18]、六倍频[19-20]、八倍频[21-22]甚至更高倍频因子[23-24]的微波毫米波信号、相位编码信号[25-27]频移键控（Frequency-shift Keying，FSK）信号[28-29]、幅度键控（Amplitude-Shift KeyingASK）信号[30-31]、线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）或啁啾（Chrip）信号[32]、任意波形信号[33-35]、超带宽（Ultra-wideband，UWB）信号[36]等。（2）信号的光学传输：射频信号的光纤稳相传输[37-38]、基于光纤光子滤波器的多路微波复用副载波传输[39]等。（3）信号的光学处理：基于光子学的上/下变频[40-41]、镜像抑制混频[42-45](ImaRejection Mixing)、滤波[46-47]、宽带移相[48-50]、并/串行信道化[51-53]、延迟[54-55]、采样量化[56-57]等；（4）信号的光学测量：基于光子学的信号频率测量[58-60]、多普勒频移（DopplFrequency Shift， DFS）测量[61-62]、到达角(Angle-of-Arrival，AOA)估计[63-64]、相位噪声测量[65-66]等。
光子学系统中，电信号调制到光域的实现方法包括：直接调制和外调制。直接调制是在光源上施加信号，改变注入的信号使输出的光波改变。这种方式简单、容易实现，但在高速调制时产生的啁啾会导致输出光谱展宽，因此其应用有一定的局限性。外调制是在光源之外设有一个调制器，信号施加在调制器上，通过其电光、电磁等效应来改变经过光信号的相位、强度、偏振态等参数。外调制因为具备大带宽、零啁啾等优势而成为普遍应用的调制技术[97]。外调制中，基于电光效应的调制器是最高效的方法[98]，一般由 LiNbO3、砷化镓晶体（GaAs）、钽酸锂晶体(LiTaO3)等制成。本小节将对几种常见电光调制器展开理论分析。2.1.1 相位调制器LiNbO3相位调制器是最基本也是结构最简单的调制器。其原理是，施加变化的电场到波导臂上，波导折射率的改变使经过的光信号相位也发生变化。相位调制器结构如图 2.1（a）所示。
【参考文献】
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