面向一体化电子系统应用的宽带通用射频光前端技术
发布时间：2020-07-17 11:28
【摘要】：一体化电子系统通过采用开放式、模块化的体系架构,具有宽带、多频段、多波束的处理能力以及灵活的资源调配功能,能够实现雷达、通信、电子战等多种功能一体,大大降低了系统的成本、减小了设备冗余。作为一体化电子系统的基础,宽带通用射频前端技术得到了广泛的关注与研究。针对传统微波技术在构建宽带通用射频前端时会面临带宽、电磁干扰等“电子瓶颈”问题,论文重点研究了宽带通用射频光前端技术,即以微波光子技术基础,利用其固有的宽带、抗电磁干扰、低损耗等优点,针对一体化电子系统的具体应用需求,通过合理的架构设计来构建宽带通用射频前端。论文针对宽带通用射频光前端在高频长距离传输、宽带更低中频接收、多通道并行处理三个方面展开了深入的研究,对于宽带通用射频光前端面临的传输距离受限、下变频中频频率受限、多频段频率变换以及多通道射频交换等问题,提出了有效的解决方案并取得如下创新成果:针对宽带通用射频光前端在高频长距离光纤传输时面临的多倍频程信号产生以及色散导致功率衰落的问题,论文基于微波光子倍频上变频技术和色散补偿技术,提出了一种适用于高频信号产生和长距离光纤传输的宽带通用射频光前端架构。通过采用马赫曾德尔调制器(MZM)与双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM)的级联架构,将MZM偏置在最小偏置点并适当调节DPMZM的偏置电压,在实现频率倍频上变频的同时能够补偿色散导致的功率衰落。实验测试发现,与传统的级联MZM的倍频上变频光载无线链路相比,所提射频光前端链路在传输距离分别为60和80km、对应上变频输出射频频率分别为11.7～24.7GHz和11.5～24.5GHz时,都能保持比较平坦的频率响应,功率抖动小于3.5dB;并且在一些特定光纤传输距离及上变频输出射频频率处,所提方案还能够带来近40dB的增益提升以及26.7dB的无杂散动态范围(SFDR)性能提升。针对宽带通用射频光前端在宽带射频信号接收时受限于自混频干扰而不能下变频到更低中频的问题,论文基于并联I/Q调制器的单边带微波光子混频架构,通过将Kramers-Kronig(KK)探测技术引入到射频接收机中,提出了一种宽带更低中频射频接收机。通过对比采用和不采用KK算法时下变频输出中频信号的误差矢量幅度(EVM),论证了所提接收机的可行性。实验通过测量下变频输出中频信号的EVM与下变频中频载波频率、输入本振功率、输入射频功率以及本振和射频路光载波功率比之间的关系,详尽地分析了所提接收机的性能。实验发现,在所测条件下,通过采用KK算法,载频为20GHz、带宽为2.3GHz的16QAM信号在下变频输出中频频率大于1.15GHz时,EVM值均小于4.7%;并且在中频频率接近1.15GHz时,KK算法能够带来超过9.5%的EVM性能提升。面向卫星通信多频段、多波束的发展趋势,针对宽带通用射频光前端技术在构建多功能一体化卫星通信系统时面临的系统可重构、可扩展、多通道并行处理方面的难题,论文分别面向一体化卫星有效载荷系统和卫星地面站系统提出了具体的解决方案:1.基于波分复用技术、单边带微波光子混频技术以及微波光子交换技术,论文首次提出了一种支持L、S、Ku、Ka频段信号接收的软件定义一体化卫星有效载荷系统并搭建了原理样机。实验发现,一体化卫星有效载荷系统具有四个通道的并行处理能力,能够通过软件控制重构每个通道的功能,实现L、S、Ku、Ka频段信号的变频转发、广播和组播功能。变频输出中频信号频率均在5GHz附近、变频增益大于10dB、SFDR大于89 dB·Hz2/3、相位噪声在1MHz频偏处小于-105dBc/Hz。2.针对卫星地面站系统应用,论文首先基于三路并行的单边带微波光子混频架构,提出了收发一体化的低杂散宽带通用微波光子混频前端并搭建了原理样机。实验发现,所提卫星地面站混频前端样机能够同时实现12～30GHz信号的下变频接收和2～6GHz信号的上变频发射,变频增益大于20dB,下变频SFDR大于97 dB·Hz2/3,上变频射频与本振的隔离度大于50dB。另外,论文还基于波分复用和微波光子交换技术提出了灵活可扩展的多通道射频交换系统架构并搭建了4 X 4的微波光子交换原理样机。实验发现,微波光子交换系统样机具有灵活可扩展的能力,处理带宽为0.1～30GHz,交换链路增益大于OdB,端口之间的隔离度大于70dB,SFDR高于93 dB.Hz2/3。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92;TN015
【图文】：
ＡＭＲＦＳ项目进一步演化为先进多功能射频概念（ＡＭＲＦＣ）项目｜５，６】，该项目相较之逡逑前的版本在收发天线上做了一些简化处理，收发系统均采用频率范围为６？１８邋ＧＨｚ的逡逑单部天线，系统架构如图１－２邋（ａ）所示。不满足于收发系统分离的设置，０ＮＲ于２００８逡逑年又推出了集成上层结构（ＩｎＴｏｐ）项目「，吹该项目采用集成式的多波束、多功能的逡逑上部结构天线孔径来减少当前舰船上部结构中天线孔径的数量，解决舰上大量天线造逡逑－２－逡逑
（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－２舰载一体化电子系统架构图。（ａ）邋ＡＭＲＦＣ［５］，邋（ｂ）邋ＭＦＥＷ＿逡逑在空军领域，美国空军在很早就展开了基于“宝石柱”计划的一体化航电架构研逡逑究，通过采用模块化的信息处理模块来提高战斗机的性能，该成果最终于上世纪八十逡逑年代装载于美国的Ｆ－２２战斗机上。由于“宝石柱”计划仍采用分立的射频前端架构，逡逑为了进一步X椉诱蕉坊淖髡叫阅埽揽站谏鲜兰途攀甏滞瞥隽隋濉氨κā奔棋义匣涓拍罹褪遣捎媚？榛⒈曜蓟募芄菇蕉坊奶讲馄鳌⒎尚泄芾怼⑼夤夜芾怼㈠义系缱诱降认低臣傻揭桓龈咚俾使饨换幌低持校佣档秃降缦低车母丛佣龋拐鲥义舷低掣咏舸铡１κ苹难芯砍晒钪毡蛔氨冈诹瞎セ骰ǎ剩樱疲矗疲常担┥稀ｅ义显诖似诩
本文编号：2759374
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN92;TN015
【图文】：
ＡＭＲＦＳ项目进一步演化为先进多功能射频概念（ＡＭＲＦＣ）项目｜５，６】，该项目相较之逡逑前的版本在收发天线上做了一些简化处理，收发系统均采用频率范围为６？１８邋ＧＨｚ的逡逑单部天线，系统架构如图１－２邋（ａ）所示。不满足于收发系统分离的设置，０ＮＲ于２００８逡逑年又推出了集成上层结构（ＩｎＴｏｐ）项目「，吹该项目采用集成式的多波束、多功能的逡逑上部结构天线孔径来减少当前舰船上部结构中天线孔径的数量，解决舰上大量天线造逡逑－２－逡逑
（ａ）逦（ｂ）逡逑图１－２舰载一体化电子系统架构图。（ａ）邋ＡＭＲＦＣ［５］，邋（ｂ）邋ＭＦＥＷ＿逡逑在空军领域，美国空军在很早就展开了基于“宝石柱”计划的一体化航电架构研逡逑究，通过采用模块化的信息处理模块来提高战斗机的性能，该成果最终于上世纪八十逡逑年代装载于美国的Ｆ－２２战斗机上。由于“宝石柱”计划仍采用分立的射频前端架构，逡逑为了进一步X椉诱蕉坊淖髡叫阅埽揽站谏鲜兰途攀甏滞瞥隽隋濉氨κā奔棋义匣涓拍罹褪遣捎媚？榛⒈曜蓟募芄菇蕉坊奶讲馄鳌⒎尚泄芾怼⑼夤夜芾怼㈠义系缱诱降认低臣傻揭桓龈咚俾使饨换幌低持校佣档秃降缦低车母丛佣龋拐鲥义舷低掣咏舸铡１κ苹难芯砍晒钪毡蛔氨冈诹瞎セ骰ǎ剩樱疲矗疲常担┥稀ｅ义显诖似诩
本文编号：2759374
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