CN105490135B - 一种毫米波频率产生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波频率产生装置，包括毫米波环路，其中包括：激光器、第一电光调制器、第一回音壁谐振腔、第一光电探测器、第一功分器、第一开关滤波器组、第一放大器，第二功分器。激光器用于发射激光，经过毫米波环路的处理后，输出设定频率的毫米波本振信号。与现有技术不同的是，本发明中的毫米波环路基于光梳振荡器的原理产生毫米波，其中的激光器所发出的激光具有极高的频率，远高于现有技术中晶振所产生的频率，从而，在整个环路中并不需要额外的倍频电路对信号进行倍频处理，那么，输出的毫米波本振信号具有良好的低相位噪声，且不会出现恶化。

Description

一种毫米波频率产生装置

技术领域

本发明涉及微波信号领域，尤其涉及一种基于光梳振荡器原理的毫米波频率产生装置。

背景技术

毫米波，是指波长为1～10mm的电磁波，其处于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点，广泛应用于通信、军事等领域中。

现有技术中，为了得到毫米波(或高频段的微波)，通常采用若干锁相环路截取不同晶体振荡器的最佳相位噪声进行拼接，得到噪声性能优越的时基信号，然后对时基信号进行不同的倍频处理，使得时基信号的频率增加，最终产生毫米波(或高频段微波)的本振信号。

但是，对于上述现有的方式而言，经过倍频处理后的信号均会出现相位噪声恶化的现象，具体而言，无论采用何种方式进行频率合成，本振信号的相位噪声在晶振的工作频率范围以每10倍频程20dB的程度进行恶化，显然，这将严重影响毫米波的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供一种毫米波频率产生装置，用以解决现有技术中获得的毫米波稳定性差的问题。

本发明提供一种毫米波频率产生装置，包括：所述装置包括：毫米波环路，其中：

所述毫米波环路包括：激光器、第一电光调制器、第一回音壁谐振腔、第一光电探测器、第一功分器、第一开关滤波器组、第一放大器，第二功分器，其中，所述激光器与所述第一电光调制器连接，所述第一电光调制器与所述第一回音壁谐振腔连接，所述第一回音壁谐振腔与所述第一光电探测器连接，所述第一光电探测器与所述第一功分器连接，所述第一功分器与所述第一开关滤波器组连接，所述第一开关滤波器组与所述第一放大器连接，所述第一放大器与所述第二功分器连接，且该第二功分器与所述光电调制器连接，形成毫米波环路；

所述激光器用于发射激光，经过所述毫米波环路的处理后，输出设定频率的毫米波本振信号。

进一步地，所述毫米波环路还包括环形器，连接于所述激光器和所述第一光电调制器之间，用于对所述激光器发出的激光进行分光处理。

进一步地，所述装置还包括：微波环路，其中：

所述微波环路包括：第二电光调制器、第二回音壁谐振腔、第二光电探测器、第二放大器、第三功分器、第四功分器、第二开关滤波器组，其中，所述第二电光调制器与所述毫米波环路中的所述环形器连接，所述第二电光调制器与所述第二回音壁谐振腔连接，所述第二回音壁谐振腔与所述第二光电探测器连接，所述第二光电探测器与所述第二放大器连接，所述第二放大器与所述第三功分器连接，所述第三功分器与第四功分器连接，所述第四功分器与所述第二开关滤波器组连接，所述第三功分器还与所述第二电光调制器连接，形成所述微波环路；

所述微波环路接收从所述环形器进行分光处理后的激光，并对所述激光进行处理，输出设定频率的微波信号。

进一步地，在所述毫米波环路中，所述激光器的输出端与所述第一电光调制器的输入端通过单模光纤连接；所述第一电光调制器的输出端与所述第一回音壁谐振腔的输入端通过单模光纤连接；所述第一回音壁谐振腔的输出端与所述第一光电探测器的输入端通过单模光纤连接；所述第一光电探测器的输出端与所述第一功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第一功分器的输出端与所述第一开关滤波器组的输入端通过射频电缆连接；所述第一开关滤波器组的输出端与所述第一放大器的输入端通过射频电缆连接；所述第一放大器的输出端与所述第二功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第二功分器的调制端与所述第一电光调制器的调制端通过射频电缆连接；所述第二功分器的本振端通过射频电缆输出毫米波本振信号。

进一步地，所述激光器的输出端与所述环形器的输入端通过单模光纤连接，所述环形器的本振输出端与所述第一电光调制器的输入端通过单模光纤连接。

进一步地，在所述微波环路中，所述第二电光调制器的输入端与所述环形器的中频输出端通过单模光纤连接；所述第二电光调制器的输出端与所述第二回音壁谐振腔的输入端通过单模光纤连接；所述第二回音壁谐振腔的输出端与所述第二光电探测器的输入端通过单模光纤连接；所述第二光电探测器的输出端与所述第二放大器的输入端通过射频电缆连接；所述第二放大器的输出端与所述第三功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第三功分器的调制端与所述第二电光调制器的调制端通过射频电缆连接；所述第二功分器的中频端与所述第四功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第四功分器的输出端与所述第二开关滤波器组的输入端通过射频电缆连接；所述第二开关滤波器组的输出端通过射频电缆输出微波信号。

进一步地，所述第一功分器具体为六功分器；

所述设定频率的毫米波本振信号的频率范围为6.4GHz～32GHz。

进一步地，所述第四功分器具体为八功分器；

所述设定频率的微波信号的频率范围为8.4GHz～11.2GHz。

与现有技术不同的是，本发明中的毫米波环路基于光梳振荡器(可看作是一种光电振荡器)的原理产生毫米波，其中的激光器所发出的激光具有极高的频率，远高于现有技术中晶振所产生的频率，从而，在整个环路中并不需要额外的倍频电路对信号进行倍频处理，那么，输出的毫米波本振信号具有良好的低相位噪声，且不会出现恶化。此外，采用光梳振荡器原理，使得产生信号的相位噪声与频率无关，可以直接提供相位噪声优越的射频时基，而且电路结构简单，避免了多环互锁的现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a为本发明实施例提供的第一种毫米波频率产生装置的结构示意图；

图1b为本发明实施例提供的第二种毫米波频率产生装置的结构示意图；

图1c为本发明实施例提供的第三种毫米波频率产生装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1a所示，为本发明实施例提供的一种毫米波频率产生装置的结构示意图，具体地，毫米波频率产生装置D1包括：毫米波环路10。

具体而言，毫米波环路10包括：激光器101、第一电光调制器102、第一回音壁谐振腔103、第一光电探测器104、第一功分器105、第一开关滤波器组106、第一放大器107，第二功分器108。激光器101与第一电光调制器102连接，第一电光调制器102与第一回音壁谐振腔103连接，第一回音壁谐振腔103与第一光电探测器104连接，第一光电探测器104与第一功分器105连接，第一功分器105与第一开关滤波器组106连接，第一开关滤波器组106与第一放大器107连接，第一放大器107与第二功分器108连接，且第二功分器108与第一光电调制器102连接，形成毫米波环路10。

基于上述的毫米波环路10，激光器101用于发射激光，激光经过毫米波环路10的处理后，输出设定频率的毫米波本振信号。

与现有技术不同的是，本发明中的毫米波环路10基于光梳振荡器(可看作是一种光电振荡器)的原理产生毫米波，其中的激光器101所发出的激光具有极高的频率，远高于现有技术中晶振所产生的频率，从而，在整个环路中并不需要额外的倍频电路对信号进行倍频处理，那么，输出的毫米波本振信号具有良好的低相位噪声，且不会出现恶化。

另外，作为本发明实施例中的一种方式，在上述的毫米波环路10中，还可以包含环形器109，如图1b所示，具体而言，环形器109连接于激光器101和第一光电调制器102之间，用于对激光器101发出的激光进行分光处理。

基于如图1b所示的结构，在本发明实施例中还提供一种毫米波频率产生装置D2，如图1c所示，装置D2还包括：微波环路20。

具体而言，微波环路20包括：第二电光调制器201、第二回音壁谐振腔202、第二光电探测器203、第二放大器204、第三功分器205、第四功分器206、第二开关滤波器组207。其中，第二电光调制器201与毫米波环路10中的环形器109连接，第二电光调制器201与第二回音壁谐振腔202连接，第二回音壁谐振腔202与第二光电探测器203连接，第二光电探测器203与第二放大器204连接，第二放大器204与第三功分器205连接，第三功分器205与第四功分器206连接，第四功分器206与第二开关滤波器组207连接，第三功分器205还与第二电光调制器201连接，形成微波环路20。

基于上述的微波环路20，其接收从环形器109进行分光处理后的激光，并对激光进行处理，输出设定频率的微波信号。

在实际应用中，对于毫米波环路10而言，其中的激光器101的输出端与第一电光调制器102的输入端通过单模光纤连接；第一电光调制器102的输出端与第一回音壁谐振腔103的输入端通过单模光纤连接；第一回音壁谐振腔103的输出端与第一光电探测器104的输入端通过单模光纤连接；第一光电探测器104的输出端与第一功分器105的输入端通过射频电缆连接；第一功分器105的输出端与第一开关滤波器组106的输入端通过射频电缆连接；第一开关滤波器组106的输出端与第一放大器107的输入端通过射频电缆连接；第一放大器107的输出端与第二功分器108的输入端通过射频电缆连接；第二功分器108的调制端与第一电光调制器102的调制端通过射频电缆连接；第二功分器108的本振端通过射频电缆输出毫米波本振信号。

在工作时，毫米波环路10中的激光器101输出连续波光源(激光)，光源经过环形器109进行分光，由环形器109本振端输出的光经过第一电光调制器102进行调制，第一电光调制器102的输出经过第一回音壁谐振腔103后，由第一回音壁谐振腔103进行选模处理，只有在第一回音壁谐振腔103带宽内的模式的激光才能通过，经过选模的激光由第一光电探测器104进行光电转换，经过光电转换得到的电信号通过第一功分器105进行分路，分路后的信号通过第一开关滤波器组106进行选频，选频后的信号经过第一放大器107的增益后，经过放大的电信号通过第二功分器108进行分路，一路信号作为反馈信号对第一电光调制器102进行驱动，另一路信号作为点频本振输出，即，输出设定频率的毫米波信号。

需要说明的是，毫米波环路10中的第一功分器105具体为六功分器，六功分器的作用是将信号分为6个不同的频点，基于此，本发明中由毫米波环路10输出的设定频率的毫米波本振信号的频率范围为6.4GHz～32GHz，频率步进为3.2GHz(也即，由六功分器分出的6个不同的频点之间的频率间隔为3.2GHz)。

当然，在实际应用中，第一功分器105也可以是其他类型的功分器，如：四公分器，八功分器等等，这将根据实际应用的需要进行选定，这里并不构成对本发明的限定。

在实际应用中，对于微波环路20而言，第二电光调制器201的输入端与环形器109的中频输出端通过单模光纤连接；第二电光调制器201的输出端与第二回音壁谐振腔202的输入端通过单模光纤连接；第二回音壁谐振腔202的输出端与第二光电探测器203的输入端通过单模光纤连接；第二光电探测器203的输出端与第二放大器204的输入端通过射频电缆连接；第二放大器204的输出端与第三功分器205的输入端通过射频电缆连接；第三功分器205的调制端与第二电光调制器201的调制端通过射频电缆连接；第三功分器205的中频端与第四功分器206的输入端通过射频电缆连接；第四功分器206的输出端与第二开关滤波器组207的输入端通过射频电缆连接；第二开关滤波器组207的输出端通过射频电缆输出微波信号。

在工作时，环形器109中频端输出的光进入微波环路20中，经过第二电光调制器201进行调制，调制后的激光经过第二回音壁谐振腔202后，由第二回音壁谐振腔202进行选模处理，只有在第二回音壁谐振腔202带宽内的模式的激光才能通过，经过选模的激光由第二光电探测器203进行光电转换，经过光电转换得到的电信号通过第二放大器204的增益，通过第三功分器205进行分路，一路信号作为反馈信号对第二电光调制器201进行驱动，另一路信号经过第四功分器206进行分路，分路后的信号通过第二开关滤波器组207进行选频，选频后的信号作为中间频率输出，即，输出设定频率的微波信号。

需要说明的是，微波环路20中的第四功分器206具体为八功分器，八功分器的作用是将信号分为6个不同的频点，基于此，本发明中由微波环路20输出的设定频率的微波信号的频率范围为8.4GHz～11.2GHz，频率步进为400MHz(也即，由八功分器分出的8个不同的频点之间的频率间隔为400MHz)。

当然，在实际应用中，第四功分器206也可以是其他类型的功分器，如：四公分器，六功分器等等，这将根据实际应用的需要进行选定，这里并不构成对本发明的限定。

综上所述，通过本发明实施例中的毫米波频率产生装置，可以达到如下效果：

一、采用光梳振荡器原理，使得产生信号的相位噪声与频率无关，可以直接提供相位噪声优越的射频时基。

二、电路结构简单，避免了多环互锁的现象。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种毫米波频率产生装置，其特征在于，所述装置包括：毫米波环路，其中：

所述毫米波环路包括：激光器、第一电光调制器、第一回音壁谐振腔、第一光电探测器、第一功分器、第一开关滤波器组、第一放大器，第二功分器，其中，所述激光器与所述第一电光调制器连接，所述第一电光调制器与所述第一回音壁谐振腔连接，所述第一回音壁谐振腔与所述第一光电探测器连接，所述第一光电探测器与所述第一功分器连接，所述第一功分器与所述第一开关滤波器组连接，所述第一开关滤波器组与所述第一放大器连接，所述第一放大器与所述第二功分器连接，且该第二功分器与所述第一光电调制器连接，形成毫米波环路；

所述激光器用于发射激光，经过所述毫米波环路的处理后，输出设定频率的毫米波本振信号；

所述毫米波环路还包括环形器，连接于所述激光器和所述第一光电调制器之间，用于对所述激光器发出的激光进行分光处理；

所述装置还包括：微波环路，其中：

所述微波环路包括：第二电光调制器、第二回音壁谐振腔、第二光电探测器、第二放大器、第三功分器、第四功分器、第二开关滤波器组，其中，所述第二电光调制器与所述毫米波环路中的所述环形器连接，所述第二电光调制器与所述第二回音壁谐振腔连接，所述第二回音壁谐振腔与所述第二光电探测器连接，所述第二光电探测器与所述第二放大器连接，所述第二放大器与所述第三功分器连接，所述第三功分器与第四功分器连接，所述第四功分器与所述第二开关滤波器组连接，所述第三功分器还与所述第二电光调制器连接，形成所述微波环路；

所述微波环路接收从所述环形器进行分光处理后的激光，并对所述激光进行处理，输出设定频率的微波信号。

2.如权利要求1所述的毫米波频率产生装置，其特征在于，

在所述毫米波环路中，所述激光器的输出端与所述第一电光调制器的输入端通过单模光纤连接；所述第一电光调制器的输出端与所述第一回音壁谐振腔的输入端通过单模光纤连接；所述第一回音壁谐振腔的输出端与所述第一光电探测器的输入端通过单模光纤连接；所述第一光电探测器的输出端与所述第一功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第一功分器的输出端与所述第一开关滤波器组的输入端通过射频电缆连接；所述第一开关滤波器组的输出端与所述第一放大器的输入端通过射频电缆连接；所述第一放大器的输出端与所述第二功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第二功分器的调制端与所述第一电光调制器的调制端通过射频电缆连接；所述第二功分器的本振端通过射频电缆输出毫米波本振信号。

3.如权利要求1所述的毫米波频率产生装置，其特征在于，所述激光器的输出端与所述环形器的输入端通过单模光纤连接，所述环形器的本振输出端与所述第一电光调制器的输入端通过单模光纤连接。

4.如权利要求1所述的毫米波频率产生装置，其特征在于，在所述微波环路中，所述第二电光调制器的输入端与所述环形器的中频输出端通过单模光纤连接；所述第二电光调制器的输出端与所述第二回音壁谐振腔的输入端通过单模光纤连接；所述第二回音壁谐振腔的输出端与所述第二光电探测器的输入端通过单模光纤连接；所述第二光电探测器的输出端与所述第二放大器的输入端通过射频电缆连接；所述第二放大器的输出端与所述第三功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第三功分器的调制端与所述第二电光调制器的调制端通过射频电缆连接；所述第三功分器的中频端与所述第四功分器的输入端通过射频电缆连接；所述第四功分器的输出端与所述第二开关滤波器组的输入端通过射频电缆连接；所述第二开关滤波器组的输出端通过射频电缆输出微波信号。

5.如权利要求1所述的毫米波频率产生装置，其特征在于，所述第一功分器具体为六功分器；

所述设定频率的毫米波本振信号的频率范围为6.4GHz～32GHz。

6.如权利要求1所述的毫米波频率产生装置，其特征在于，所述第四功分器具体为八功分器；

所述设定频率的微波信号的频率范围为8.4GHz～11.2GHz。