CN109951227A - 微波瞬时测频装置、电路和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微波瞬时测频装置，应用于微波光子学技术领域，包括：激光分束模块、信号调制模块和测频模块，其中，激光分束模块，用于将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，信号调制模块，用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到该两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波，测频模块，用于将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果，本发明还公开了一种微波瞬时测频电路和方法，结构简单，精度大，可快速识别微波信号的频率。

Description

微波瞬时测频装置、电路和方法

技术领域

本发明涉及微波光子学技术领域，尤其涉及一种微波瞬时测频装置、电路和方法。

背景技术

随着电子技术的发展以及未来战争的升级，在电子战中占据主导地位的一方便能把握战争的走向。未来电子战环境里充斥着各种微波信号，这些信号在很宽的频谱范围内变化，并且持续时间越来越短。一般来说，对于各种微波信号，载频具有相对的稳定性，是信号的分选、识别和干扰的基本依据。因此，对微波信号的频率的快速识别在未来电子战中有着极为重要的地位，是未来电子战中能否获得胜利的关键所在。

传统基于电学实现的频率测量技术有基于搜索式超外差接收机的方案、基于信道化的测频方案和基于鉴相技术的瞬时测频接收机方案等。目前电学方案有着无可替代的精度优势，但是总的来说，这些方案在测量时间这一方面还有这较大的提升空间。并且，如果要在较短的测量时间内获得大范围的工作带宽，就意味着信道数目的增加，系统复杂度、体积、成本均会加大。这与现在设备的小型化、轻量化和高可靠性的发展方向相违背。

微波光子学采用光学辅助手段解决电学方面的问题，可以改善系统在短测量时间要求下的带宽问题。另外，由于光学器件的固有特性，光学辅助的微波系统在电磁干扰的问题上有一定优势。目前已有一些基于微波光子技术的瞬时测频方案，但是往往这些方案在较大测频范围的情形下精度会出现恶化，无法适应某些对精度要求较高的场景。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微波瞬时测频装置、电路和方法，可快速识别微波信号的频率，结构简单，精度大。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种微波瞬时测频装置，包括：

激光分束模块、信号调制模块和测频模块；

所述激光分束模块，用于产生光信号，并将所述光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号；

所述信号调制模块，用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到所述两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

所述测频模块，用于将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

本发明实施例第二方面提供一种微波瞬时测频电路，包括：

激光分束电路、信号调制电路和测频电路；

所述激光分束电路，所述激光分束电路用于产生光信号，并将所述光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，并将所述两个功率相同的光信号分别从所述激光分束电路的两个输出端输出；

所述信号调制电路包括两个光输入端和一个信号输入端，其中，所述信号输入端与待测微波信号输入端相连，所述两个光输入端分别与所述激光分束电路的两个输出端相连，所述信号调制电路用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到所述两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

所述测频电路的输入端与所述信号调制电路的输出端相连，所述测频电路用于将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

本发明实施例第三方面提供了一种微波瞬时测频方法，包括：

将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号；

将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到所述两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

从上述本发明实施例可知，本发明提供的微波瞬时测频电路、装置和方法，将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波，将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果，可快速识别微波信号的频率，结构简单，精度大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的微波瞬时测频装置的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置的另一结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置中各测频模块的幅度-频率对应曲线的示意图；

图4为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置中不同长度光纤下经相位调制的第一光载波的功率衰弱曲线图；

图5为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置中不同长度光纤下经强度调制的第二光载波的功率衰弱曲线图；

图6为本发明又一实施例提供的微波瞬时测频电路的结构示意图；

图7为本发明再一实施例提供的微波瞬时测频方法的的流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域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。

请参阅图1，图1为本发明一实施例提供的微波瞬时测频装置的结构示意图，本发明实施例中功率放大器保护电路主要包括以下部分：

激光分束模块101、信号调制模块102和测频模块103。

激光分束模块101用于产生光信号，并将该光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号。

信号调制模块102用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波。

测频模块103用于将同一色散分别引入至上述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

在本发明实施例中，激光分束模块用于产生光信号，并将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，信号调制模块用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波，测频模块用于将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果，结构简单，精度大，可快速识别微波信号的频率。

请参阅图2，图2为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置的另一结构示意图，下面对本发明实施例中的微波瞬时测频装置进行详细描述，本发明实施例中的微波瞬时测频装置包括：

激光分束模块101包括：激光器201和第一光耦合器202。

激光器201的输出端与第一光耦合器202的光输入端相连，激光器201用于提供光信号，示例性的，提供角频率为ωc的光信号。

第一光耦合器202包括一个光输入端和两个光输出端，第一光耦合器202用于将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，并将两个功率相同的光信号分别从第一光耦合器202的两个光输出端输出。

信号调制模块102包括：功分器203、第一调制器204和第二调制器205。

功分器203的输入端与待测信号输入端相连，功分器203用于将待测微波信号进行功率均分，得到两个功率相同的待测微波信号，并将该两个功率相同的待测微波信号分别从功分器203的两个输出端输出，示例性的，在本发明实施例中，待测信号的角频率为ωm。

第一调制器204包括一个光输入端、一个光输出端和一个射频输入端，第一调制器204的光输入端与第一光耦合器202的一输出端连接，第一调制器204的射频输入端与功分器203的一输出端连接，第一调制器204用于将待测微波信号以相位调制的形式调制到两个功率相同的其中一个光信号上，得到经相位调制的第一光载波。

可理解的，上述第一调制器204为相位调制器，示例性的，在本发明实施例中，对于角频率为ωc的光信号和角频率为ωm的待测信号，将在光载波的两侧产生角频率为ωc+ωm，ωc-ωm的边带。

第二调制器205包括一个光输入端、一个光输出端和一个射频输入端，第二调制器205的光输入端与第一光耦合器202的另一输出端连接，第二调制器205的射频输入端与功分器203的另一输出端连接，第二调制器205用于将待测微波信号以强度调制的形式调制到两个功率相同的另外一个光信号上，得到经强度调制的第二光载波。

优选的，第二调制器205为推挽式马赫曾德尔调制器，同样的，在本发明实施例中，对于角频率为ωc的光信号和角频率为ωm的待测信号，将在光载波的两侧产生角频率为ωc+ωm，ωc-ωm的边带。

进一步地，第二调制器205还包括一个直流偏置端，用于改变加载在直流偏置端上的电压，以改变第二光载波的功率，更多的，通过调节直流偏置端可调节该边带的功率。可理解的，当进行微波瞬时测频时，第二调制器205工作在正交偏置点。

测频模块103包括：单模光纤206、第一光环形器207、第二光环形器208、第二光耦合器209、第三光耦合器210、第一光电探测器211、第二光电探测器212、第一微波功率计213和第一微波功率计214。

进一步地，测频模块的数量至少为一个，当测频模块的数量为多个时，多个测频模块依次相连，得到测频模块组，测频模块组与信号调制模块相连。具体的，请参阅图2，在本发明实施例中，测频模块的数量以2个为例，前一测频模块中两个光耦合器的一输出端分别连接后一测频模块中的两个单模光纤的一输入端，更多的，请参阅图3，图3为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置中各测频模块的幅度-频率对应曲线的示意图，测频模块的数量以4个为例，与信号调制模块103连接的为第一测频模块，由于相对斜率较大的曲线具备更高的精度，因此，第一测频模块输出的测频值精度最低，但是可用于频率值的定位，而后续的测频模块能够输出测频精度更高的结果。

单模光纤206包括两个连接端，单模光纤206的一连接端与第一光环形器207的第二连接端连接，单模光纤206的另一连接端与第二光环形器208的第二连接端连接，单模光纤206用于将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上。

单模光纤206作为色散介质，可用于将色散引入光载波，在本发明实施例中，第一光载波和第二光载波上经过色散介质之后，再经过光电探测器会产生功率衰弱现象，即光电探测器输出功率随着经过相位调制的第一光载波和经过强度调制的第二光载波的频率的变化呈现周期性起伏的现象。在本发明实施例中，示例性的，测频模块的数量为四个，且每个测频模块中的单模光纤长度分别为2.5公里、2.5公里、5公里和10公里，请参阅图4和图5，图4为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置中不同长度光纤下经相位调制的第一光载波的功率衰弱曲线图，图5为本发明另一实施例提供的微波瞬时测频装置中不同长度光纤下经强度调制的第二光载波的功率衰弱曲线图。

第一光环形器207包括三个连接端，第一光环形器207的第一连接端与第一调制器204的光输出端连接，第一光环形器207的第三连接端与第二光耦合器209的光输入端连接，第一光环形器207用于限制第一光载波的传输方向，当第一光载波从第一光环形器207的第一连接端入射时，第一光载波从第一光环形器207的第二连接端输出，当第一光载波从第一光环形器207的第二连接端入射时，第一光载波从第一光环形器207的第三连接端输出。

第二光环形器208包括三个连接端，第二光环形器208的第一连接端与第二调制器205的光输出端连接，第二光环形器208的第三连接端与第三光耦合器210的光输入端连接，第二光环形器208用于限制第二光载波的传输方向，当第二光载波从第二光环形器208的第一连接端入射时，第二光载波从第二光环形器208的第二连接端输出，当第二光载波从第二光环形器208的第二连接端入射时，第二光载波从第二光环形器208的第三连接端输出。

第二光耦合器209包括一个光输入端和两个光输出端，第二光耦合器209的一光输出端与第一光电探测器211的光输入端相连，可理解的，当该测频模块后续连接有另一测频模块时，第二光耦合器209的另一光输出端与另一测频模块的单模光纤的第一输入端连接，当该测频模块后续无其它测频模块时，第二光耦合器209的另一光输出端可空置。

第三光耦合器210包括一个光输入端和两个光输出端，第二光耦合器209的一光输出端与第二光电探测器212的光输入端相连，可理解的，当该测频模块后续连接有另一测频模块时，第三光耦合器210的另一光输出端与另一测频模块的单模光纤的第一输入端连接，当该测频模块后续无其它测频模块时，第三光耦合器210的另一光输出端可空置。

第一光电探测器211包括一个光输入端和一个微波输出端，第一光电探测器211的微波输出端与第一微波功率计213的输入端连接，第一光电探测器211用于将第一光载波转换为第一微波信号。

第二光电探测器212包括一个光输入端和一个微波输出端，第二光电探测器212的微波输出端与第二微波功率计214的输入端连接，第二光电探测器212用于将第二光载波转换为第二微波信号。

第一微波功率计213和第二微波功率计214用于测量第一微波信号和第二微波信号的功率值，即测得待测微波信号的频率值。

在本发明实施例中，激光分束模块用于产生光信号，并将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，信号调制模块用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波，测频模块用于将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果，结构简单，精度大，可快速识别微波信号的频率。

请参阅图6，图6为本发明又一实施例提供的微波瞬时测频电路的结构示意图，该装置包括。

激光分束电路301、信号调制电路302和测频电路303。

激光分束电路301，激光分束电路301用于产生光信号，并将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，并将两个功率相同的光信号分别从激光分束电路301的两个输出端输出。

信号调制电路302包括两个光输入端和一个信号输入端，其中，信号输入端与待测微波信号输入端相连，两个光输入端分别与激光分束电路301的两个输出端相连，信号调制电路302用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波。

测频电路303的输入端与信号调制电路302的输出端相连，测频电路303用于将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

在本发明实施例中，激光分束电路用于产生光信号，并将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，并将两个功率相同的光信号分别从激光分束电路的两个输出端输出，信号调制电路包括两个光输入端和一个信号输入端，其中，信号输入端与待测微波信号输入端相连，两个光输入端分别与激光分束电路的两个输出端相连，信号调制电路用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波，测频电路的输入端与信号调制电路的输出端相连，测频电路用于将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果，可快速识别微波信号的频率，结构简单，精度大。

请参阅图7，图7为本发明再一实施例提供的微波瞬时测频方法的的流程示意图，该方法主要包括以下步骤：

S401、将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号；

S402、将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

S403、将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

在本发明实施例中，将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波，将同一色散分别引入至第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果，可快速识别微波信号的频率，结构简单，精度大。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本发明所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明所提供的微波瞬时测频装置、电路和方法的描述，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种微波瞬时测频装置，其特征在于，包括：

激光分束模块、信号调制模块和测频模块；

所述激光分束模块，用于产生光信号，并将所述光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号；

所述信号调制模块，用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到所述两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

所述测频模块，用于将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

2.根据权利要求1所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述激光分束模块包括：

激光器和第一光耦合器；

所述激光器的输出端与所述第一光耦合器的光输入端相连，所述激光器用于提供光信号；

所述第一光耦合器包括一个光输入端和两个光输出端，所述第一光耦合器用于将所述光信号进行功率均分，得到所述两个功率相同的光信号，并将所述两个功率相同的光信号分别从所述第一光耦合器的两个光输出端输出。

3.根据权利要求2所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述信号调制模块包括：

功分器、第一调制器和第二调制器；

所述功分器的输入端与所述待测信号输入端相连，所述功分器用于将所述待测微波信号进行功率均分，得到两个功率相同的待测微波信号，并将所述两个功率相同的待测微波信号分别从所述功分器的两个输出端输出；

所述第一调制器包括一个光输入端、一个光输出端和一个射频输入端，所述第一调制器的光输入端与所述第一光耦合器的一输出端连接，所述第一调制器的射频输入端与所述功分器的一输出端连接，所述第一调制器用于将待测微波信号以所述相位调制的形式调制到所述两个功率相同的其中一个光信号上，得到经相位调制的所述第一光载波；

所述第二调制器包括一个光输入端、一个光输出端和一个射频输入端，所述第二调制器的光输入端与所述第一光耦合器的另一输出端连接，所述第二调制器的射频输入端与所述功分器的另一输出端连接，所述第二调制器用于将待测微波信号以所述强度调制的形式调制到所述两个功率相同的另外一个光信号上，得到经强度调制的所述第二光载波。

4.根据权利要求3所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述测频模块包括：

单模光纤、第一光环形器、第二光环形器、第二光耦合器、第三光耦合器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一微波功率计和第二微波功率计；

所述单模光纤包括两个连接端，所述单模光纤的一连接端与所述第一光环形器的第二连接端连接，所述单模光纤的另一连接端与所述第二光环形器的第二连接端连接，所述单模光纤用于将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上；

所述第一光环形器包括三个连接端，所述第一光环形器的第一连接端与所述第一调制器的光输出端连接，所述第一光环形器的第三连接端与所述第二光耦合器的光输入端连接，所述第一光环形器用于限制所述第一光载波的传输方向，当所述第一光载波从所述第一光环形器的第一连接端入射时，所述第一光载波从第一光环形器的第二连接端输出，当所述第一光载波从所述第一光环形器的第二连接端入射时，所述第一光载波从第一光环形器的第三连接端输出；

所述第二光环形器包括三个连接端，所述第二光环形器的第一连接端与所述第二调制器的光输出端连接，所述第二光环形器的第三连接端与所述第三光耦合器的光输入端连接，所述第二光环形器用于限制所述第二光载波的传输方向，当所述第二光载波从所述第二光环形器的第一连接端入射时，所述第二光载波从第二光环形器的第二连接端输出，当所述第二光载波从所述第二光环形器的第二连接端入射时，所述第二光载波从第二光环形器的第三连接端输出；

所述第二光耦合器包括一个光输入端和两个光输出端，所述第二光耦合器的一光输出端与所述第一光电探测器的光输入端相连；

所述第三光耦合器包括一个光输入端和两个光输出端，所述第二光耦合器的一光输出端与所述第二光电探测器的光输入端相连；

所述第一光电探测器包括一个光输入端和一个微波输出端，所述第一光电探测器的微波输出端与所述第一微波功率计的输入端连接，所述第一光电探测器用于将所述第一光载波转换为第一微波信号；

所述第二光电探测器包括一个光输入端和一个微波输出端，所述第二光电探测器的微波输出端与所述第二微波功率计的输入端连接，所述第二光电探测器用于将所述第二光载波转换为第二微波信号；

所述第一微波功率计和所述第二微波功率计分别用于测量所述第一微波信号和第二微波信号的功率值。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述第二调制器还包括一个直流偏置端，用于改变加载在所述直流偏置端上的电压，以改变所述第二光载波的功率。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述第一调制器为相位调制器。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述第二调制器为推挽式马赫曾德尔调制器。

8.根据权利要求1至3任意一项所述的微波瞬时测频装置，其特征在于，所述测频模块的数量至少为一个；

当所述测频模块的数量为多个时，多个所述测频模块依次相连，得到测频模块组，所述测频模块组与所述信号调制模块相连。

9.一种微波瞬时测频电路，其特征在于，包括：

激光分束电路、信号调制电路和测频电路；

所述激光分束电路，所述激光分束电路用于产生光信号，并将所述光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号，并将所述两个功率相同的光信号分别从所述激光分束电路的两个输出端输出；

所述信号调制电路包括两个光输入端和一个信号输入端，其中，所述信号输入端与待测微波信号输入端相连，所述两个光输入端分别与所述激光分束电路的两个输出端相连，所述信号调制电路用于将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到所述两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

所述测频电路的输入端与所述信号调制电路的输出端相连，所述测频电路用于将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。

10.一种微波瞬时测频方法，其特征在于，包括：

将光信号进行功率均分，得到两个功率相同的光信号；

将待测微波信号以相位调制和强度调制的形式分别调制到所述两个功率相同的光信号上，得到第一光载波和第二光载波；

将同一色散分别引入至所述第一光载波和第二光载波上，以得到频率测量结果。