CN110071767B - 一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置 - Google Patents

一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110071767B
CN110071767B CN201910267612.XA CN201910267612A CN110071767B CN 110071767 B CN110071767 B CN 110071767B CN 201910267612 A CN201910267612 A CN 201910267612A CN 110071767 B CN110071767 B CN 110071767B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
signal
dispersion medium
microwave signal
input end
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201910267612.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110071767A (zh
Inventor
熊远靖
刘永
凌远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201910267612.XA priority Critical patent/CN110071767B/zh
Publication of CN110071767A publication Critical patent/CN110071767A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110071767B publication Critical patent/CN110071767B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/501—Structural aspects
    • H04B10/503—Laser transmitters
    • H04B10/505—Laser transmitters using external modulation
    • H04B10/5051—Laser transmitters using external modulation using a series, i.e. cascade, combination of modulators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/524—Pulse modulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

本发明涉及光电技术领域，一种基于有限光学时间拉伸下变频的微波信号测频装置及实现方法。本发明方法利用光学时间拉伸结合下变频实现微波信号的测频，通过变换光学时间拉伸系统的参数配置以及增添一级调制器，使得通过光学时间拉伸方法实现近似实时的测频效果。

Description

一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置
技术领域
本发明涉及光电技术领域，具体涉及一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置。
背景技术
随着微波光子学的发展，利用微波光子技术测量微波信号频率的方法因其具有测频范围大、精度高、有效地排除电磁干扰等优点而受到广泛关注。
目前基于微波光子技术的微波信号测频方法分为三类：频率-功率映射、频率-时间映射和频率-空间映射。频率-功率映射方法将待测微波信号调制到光波上，利用色散功率代价测量微波信号的频率，Nguyen等人利用该方法实现了4-12GHz微波信号的测量，精度为100MHz(Nguyen L V T,Hunter D B.A photonic technique for microwave frequencymeasurement.IEEE photonics technology letters，2006，18(9-12)：1188-1190.)。频率-时间映射方法利用的则是色散导致不同频率微波信号的延时实现频率测量，Nguyen等人(利用该方法实现了20GHz和40GHz微波信号的同时测量，但因为系统需要高速光开关和高速脉冲设置时间测量参考点，测频精度并不理想Nguyen L V T.Microwave photonictechnique for frequency measurement of simultaneous signals.PhotonicsTechnology Letters,IEEE,2009,21(10):642-644.)。频率-空间映射方法将待测微波信号加载到光波上，利用空间光学色散原件导致不同频率微波信号衍射角度不同来实现微波信号频率的测量，Wang等人利用这种方法实现了25GHz内微波信号的测量，精度为55MHz(WangC，Yao J P.Ultrahigh-resolution photonic-assisted microwave frequencyidentification based on temporal channelization.IEEE Trans Microw TheoryTechn,2013,61(12)：4275-4282)。
综上所述，目前已报道的微波光子测频方案或多或少存在如下问题：第一，测量精度不高；第二，测量范围有限。因此，无法满足日益复杂的射频环境中对宽带微波信号的高精度测量。
发明内容
本发明针对现有技术方案的缺点，提出一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置。
一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频装置，所述装置包括：锁模激光器(1)、光放大器(2)、第一色散介质(3)、双驱电光调制器(4)、第二色散介质(5)、电光调制器(6)、光电探测器(7)、电子模数转换器(8)、数据处理模块(9)、微波信号源(10)、电功分器(11)、90°电桥(12)。其特征在于，各个器件按照如下顺序连接：锁模激光器(1)的输出端连接光放大器(2)的输入端，光放大器(2)的输出端连接第一色散介质(3)的输入端，第一色散介质(3)的输出端连接双驱电光调制器(4)的光信号输入端，双驱电光调制器(4)的光信号输出端连接第二色散介质(5)的输入端，第二色散介质(5)的输出端连接电光调制器(6)的光信号输入端，电光调制器(6)的光信号输出端连接光电探测器(7)的输入端，光电探测器(7)的输出端连接电子模数转换器(8)输入端，电子模数转换器(8)的输出端连接数据处理模块(9)的输入端。微波信号源(10)的输出端连接电功分器(11)的输入端，其中，电功分器(11)的一个输出端口连接电光调制器(6)的微波信号输入端，电功分器(11)另一个端口连接90°电桥(12)的输入端，90°电桥(12)的两个输出端分别连接双驱电光调制器(4)的两个微波信号输入端。
一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法，包括以下步骤：
a.锁模激光器产生的光信号通过第一色散介质获得啁啾光脉冲；
b.步骤a中得到的啁啾光脉冲信号通过单边带调制将待测的微波信号调制到光载波上；
c.步骤b中输出的光信号再通过第二色散介质实现微波信号的时域拉伸；
d.步骤c中输出的信号通过电光调制器将待测微波信号再次调制到经过拉伸的信号上；
e.利用光电探测器和电子模数转换器对步骤d中输出的拉伸信号进行光电转换和采样量化；
f.对步骤e中输出的数字化信号进行数字信息处理。
具体的，对于步骤c中，时域拉伸的方法是：
调制信号经过两段色散介质后，拉伸倍数为M＝(D1+D2)/D1，其中D1为步骤a中所述第一色散介质的总色散量，D2为步骤c中第二色散介质的总色散量。特别地，设置D1＞D2，可实现微波信号的下变频转换。
步骤f中的数字信号处理包括以下步骤：
步骤1：取出单个调制有微波信号的光脉冲；
步骤2：对步骤1所得信号做傅里叶变换运算得出其信号频率，再依据下变频倍数计算出原微波信号频率。
本发明利用双驱动马赫增德调制器和电桥结构，通过单边带调制技术消除了色散功率代价对测频范围的限制。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
(1)由于光学模拟带宽大，本测频系统实现了宽范围的测量，其测频范围为2～50GHz；
(2)由于锁模脉冲光源重频为10MHz，该测频方案的精度也为10MHz，实现了较高精度的测频。
附图说明
图1为本发明提供的基于有限光学时间拉伸下变频的微波信号测频装置的结构示意图。
图2为对47.7GHz微波信号进行测频，单边带调制后所得光信号的局部时域图像；
图3为对47.7GHz微波信号进行测频，经过第二色散介质后的局部时域图像；
图4为对47.7GHz微波信号进行测频，二次调制后得到的光信号局部时域图像；
图5为对47.7GHz微波信号进行测频，最后经过傅里叶变换得到的频谱图。
其中，1为锁模激光器，2为光放大器，3为第一色散介质，4为双驱电光调制器，5为第二色散介质，6为电光调制器，7为光电探测器，8为电子模数转换器，9为数据处理模块，10为微波信号源，11为电功分器，12为90°电桥。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，装置结构由锁模激光器(1)、光放大器(2)、第一色散介质(3)、双驱电光调制器(4)、第二色散介质(5)、电光调制器(6)、光电探测器(7)、电子模数转换器(8)、数据处理模块(9)、微波信号源(10)、电功分器(11)、90°电桥(12)构成。所述结构中，第一色散介质(3)以及第二色散介质(5)可以是色散补偿光纤、光子晶体光纤、啁啾光纤光栅等。
具体地，锁模激光器(1)产生的超短光脉冲，经过光放大器(2)以及第一色散介质(3)，形成线性啁啾光脉冲。接着通过双驱调制器(4)以单边带调制的方式将待测频率的微波信号调制在光脉冲包络上。之后通过第二色散介质(5)，实现微波信号的降频，其放大倍数为
M＝(D1+D2)/D1 (1)
其中D1为步骤a中所述第一色散介质(3)的总色散量，D2为步骤c中第二色散介质(5)的总色散量。特别地，在本专利方案中D1＞D2。之后再通过电光调制器(6)将待测微波信号再次调制到该序列脉冲上此时光载波上的信号为待测信号f与其降频信号f/M的混频。随后依次通过探测器(7)的光电转换和电子ADC(8)的采样量化，最后输入数字处理模块进行傅里叶变换得出
Figure GDA0002529814120000041
从而测出f。
具体地，直至第二次调制之前，光路中光场的表达式为：
Figure GDA0002529814120000042
其中Eenv(T)为经色散展宽后的光脉冲包络，m为双驱调制器的调制系数，WRF为待测微波信号的角频率，
Figure GDA0002529814120000043
为色散引入的相移项。
经过第二个电光调制器(6)之后，光路中电场的表达式为(小信号近似且只保留一阶项)：
Figure GDA0002529814120000044
对于确定的色散介质(3)与色散介质(5)而言拉伸倍数M是确定的，即可由此计算出待测微波信号的频率。
本发明将微波源(10)产生的待测信号分两路先后经两个电光调制器调制到同一脉冲序列上，经过时间拉伸降频的信号与其本身拍频得到信号以进行检测。
实施例：
本实例采用MATLAB软件进行仿真。在以下具体参数下，对本发明提供的基于有限光学时间拉伸下变频的微波信号测频方法进行了数值仿真。其中被动锁模光源(1)产生脉宽诶176飞秒的光脉冲，其重频为10MHz。第一色散介质(3)为长18km的色散补偿光纤，第二色散介质(5)为长2km的色散补偿光纤，由此实现了下降频为待测微波信号的十分之一。两个调制器的模拟带宽均为50GHz，电桥带宽为2.5GHz到50GHz。基于以上设定，该系统的测频范围为2～50GHz。
由图2可知光脉冲包络上加载了频率为47.7GHz的微波信号，由图2可知经过第二色散介质后，信号降频至原信号的9/10。由图4可观察到经过二次调制后可以得到原频率降频10倍的信号包络。由图5可知测得的微波信号频率为4.77×10＝47.7GHz。
上述实施例完成了对频率为47.7GHz微波信号的频率测量，测量结果与预期相符。由具体实例可知，本发明提供了一种基于有限光学时间拉伸下变频的微波信号测频方法及装置，它具有测频范围大、精度高的优点。同时还具有较强的抗电磁干扰能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频装置，其特征在于，包括：锁模激光器(1)、光放大器(2)、第一色散介质(3)、双驱电光调制器(4)、第二色散介质(5)、电光调制器(6)、光电探测器(7)、电子模数转换器(8)、数据处理模块(9)、微波信号源(10)、电功分器(11)和90°电桥(12)；
其中，锁模激光器(1)的输出端连接光放大器(2)的输入端，光放大器(2)的输出端连接第一色散介质(3)的输入端，第一色散介质(3)的输出端连接双驱电光调制器(4)的光信号输入端，双驱电光调制器(4)的光信号输出端连接第二色散介质(5)的输入端，第二色散介质(5)的输出端连接电光调制器(6)的光信号输入端，电光调制器(6)的光信号输出端连接光电探测器(7)的输入端，光电探测器(7)的输出端连接电子模数转换器(8)输入端，电子模数转换器(8)的输出端连接数据处理模块(9)的输入端，微波信号源(10)的输出端连接电功分器(11)的输入端，电功分器(11)的一个输出端口连接电光调制器(6)的微波信号输入端，电功分器(11)的另一个输出端口连接90°电桥(12)的输入端，90°电桥(12)的两个输出端分别连接双驱电光调制器(4)的两个微波信号输入端；
其中，第一色散介质(3)的总色散量D1和第二色散介质(5)的总色散量D2的大小关系为D1>D2，调制光信号经过两段色散介质后，拉伸倍数为M＝(D1+D2)/D1。
2.一种基于有限光学时间拉伸下变频的微波信号测频方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.锁模激光器产生的光信号通过第一色散介质获得啁啾光脉冲；
b.步骤a中得到的啁啾光脉冲信号通过单边带调制将待测的微波信号调制到光载波上；
c.步骤b中输出的光信号再通过第二色散介质实现微波信号的时域拉伸；
d.步骤c中输出的信号通过电光调制器将待测微波信号再次调制到经过拉伸的信号上；
e.利用光电探测器和电子模数转换器对步骤d中输出的拉伸信号进行光电转换和采样量化；
f.对步骤e中输出的数字化信号进行数字信息处理；
所述步骤c中，时域拉伸的具体方法是：
调制光信号经过两段色散介质后，拉伸倍数M为M＝(D1+D2)/D1，其中D1为步骤a中所述第一色散介质的总色散量，D2为步骤c中第二色散介质的总色散量；设置D1＞D2，可实现微波信号的下变频转换。
3.根据权利要求2所述的一种基于有限光学时间拉伸下变频的微波信号测频方法，其特征在于，所述步骤f中的数字信号处理包括以下步骤：
步骤1：取出单个调制有微波信号的光脉冲；
步骤2：对步骤1所得信号做傅里叶变换运算得出其信号频率，再根据下变频倍数计算出待测微波信号的频率。
CN201910267612.XA 2019-04-03 2019-04-03 一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置 Expired - Fee Related CN110071767B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910267612.XA CN110071767B (zh) 2019-04-03 2019-04-03 一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910267612.XA CN110071767B (zh) 2019-04-03 2019-04-03 一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110071767A CN110071767A (zh) 2019-07-30
CN110071767B true CN110071767B (zh) 2020-09-04

Family

ID=67367048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910267612.XA Expired - Fee Related CN110071767B (zh) 2019-04-03 2019-04-03 一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110071767B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102495411A (zh) * 2011-10-18 2012-06-13 中国科学院上海技术物理研究所 亚毫米级线性调谐激光测距系统及信号处理方法
CN202281835U (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 中国科学院上海技术物理研究所 亚毫米级线性调谐激光测距系统
EP3089385A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-02 Alpine Electronics, Inc. Radio broadcasting receiving device and seamless switching method
WO2017053592A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 The Regents Of The University Of California Deep learning in label-free cell classification and machine vision extraction of particles
CN108918967A (zh) * 2018-06-26 2018-11-30 南京航空航天大学 基于微波光子倍频与混频的频谱实时监测方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102662290B (zh) * 2012-05-31 2014-05-14 上海交通大学 基于自相位调制效应的瞬态信号光模数转换系统
JP6551073B2 (ja) * 2015-09-03 2019-07-31 株式会社Ｊｖｃケンウッド 画像符号化装置及び方法、並びに、画像復号装置及び方法
CN105842952A (zh) * 2016-03-11 2016-08-10 成都卓力致远科技有限公司 一种改善微波信号时间拉伸线性度的方法及装置
CN106027156B (zh) * 2016-04-29 2019-02-05 成都卓力致远科技有限公司 一种基于光学模数转换的微波信号测频方法及装置
CN106059679B (zh) * 2016-05-17 2018-03-23 电子科技大学 一种用于光学时间拉伸模数转换的相位补偿方法
CN106226973A (zh) * 2016-10-18 2016-12-14 成都卓力致远科技有限公司 一种宽带线性化光学时间拉伸模数转换方法及装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102495411A (zh) * 2011-10-18 2012-06-13 中国科学院上海技术物理研究所 亚毫米级线性调谐激光测距系统及信号处理方法
CN202281835U (zh) * 2011-10-18 2012-06-20 中国科学院上海技术物理研究所 亚毫米级线性调谐激光测距系统
EP3089385A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-02 Alpine Electronics, Inc. Radio broadcasting receiving device and seamless switching method
WO2017053592A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 The Regents Of The University Of California Deep learning in label-free cell classification and machine vision extraction of particles
CN108918967A (zh) * 2018-06-26 2018-11-30 南京航空航天大学 基于微波光子倍频与混频的频谱实时监测方法及装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
High-Throughput Photonic Time-Stretch;Chaitanya K. Mididoddi,Fangliang Bai,Guoqing Wang;《IEEE》;20170615;全文 *
基于色散补偿光子晶体光纤的双通道光子时间拉伸;王俊达，陈颖，陈向宁;《光学学报》;20170630;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110071767A (zh) 2019-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Chip‐based microwave‐photonic radar for high‐resolution imaging
CN107528638B (zh) 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法
CN109613335B (zh) 一种基于循环移频的微波信号频率测量装置及方法
WO2021259011A1 (zh) 基于光子分数傅立叶变换器的雷达信号处理方法、系统及装置
US9413372B1 (en) Systems and methods for converting radio frequency signals into the digital domain using multi-mode optics
Vidal et al. Photonic technique for the measurement of frequency and power of multiple microwave signals
Singh et al. Photonic microwave frequency measurement with high accuracy and sub-MHz resolution
CN113777402B (zh) 一种基于受激布里渊散射效应的光子辅助微波信号时频分析装置及方法
Chen et al. Sub-Nyquist sampled analog-to-digital conversion based on photonic time stretch and compressive sensing with optical random mixing
CN111901035B (zh) 一种基于色散傅里叶变换的瞬时微波频率测量装置及方法
Bai et al. Tera-sample-per-second single-shot device analyzer
CN107659361A (zh) 一种微波信号处理系统及方法
Kanter et al. Microwave electromagnetic field sensor on thin-film lithium niobate using photonic down-conversion detection
CN107135005B (zh) 基于光电复合的超宽带信号多路并行压缩采样方法
CN110071767B (zh) 一种基于有限时间拉伸下变频微波信号测频方法及装置
CN112636837A (zh) 双波段双啁啾微波信号产生及传输装置及方法
Ding et al. Wideband vector network analyzer based on direct microwave photonic digitization
Rodgers Technologies for RF photonics in wideband multifunction systems
Xue et al. Ultrahigh-resolution optical vector analysis for arbitrary responses using low-frequency detection
Melo et al. A silicon integrated photonics-based radar operating in multiple bands
Zhu et al. Integrated lithium niobate photonic millimeter-wave radar
Bai et al. Ultra-wideband instantaneous frequency measurement based on differential photonic time-stretch
Peng et al. Reconfigurable high-resolution photonic fractional Fourier transformer for broadband frequency measurement and large-scale chirp rate characterization of microwave signals
Zhao et al. Dual-comb-assisted real-time microwave frequency measurement with a single mode-locked fiber laser
CN114337808B (zh) 一种基于循环移频器的宽带高速光矢量分析仪

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200904

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee