CN110380788B - 基于微分技术的频率测量装置及采用其的微波接收机 - Google Patents

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Abstract

一种基于微分技术的频率测量装置，包括窄线宽激光器、相位调制器、功率控制器、超宽带天线、功率分束器、光耦合器、可调光延迟线、光功率放大器和平衡探测器。频率与功率未知的微波信号，经过超宽带天线的接收，进入到功率控制器。光信号进入相位调制器后，被超宽带天线接收的射频信号调制，受调制之后的光信号通过光功率放大器进行功率放大，之后通过功率分束器分成两路，其中一路接可调光延迟线，之后与2×2光耦合器的一个输入端相连，另一路直接与2×2光耦合器的另一个输入端相连，最后，将两路耦合之后的光信号同时连接平衡探测器。通过记录光电转换得到的信号功率，就能得到相对应的频率值，从而达到频率测量的目的。

Description

基于微分技术的频率测量装置及采用其的微波接收机
技术领域
本发明涉及微波光子学领域，具体涉及一种基于微分技术的频率测量装置及采用其的微波接收机。
背景技术
近年来，随着通信频段的增大，通信业务容量需求的提升，具有更大的带宽，更好的隔离度，抗电磁干扰，重量轻，体积小等优势的微波光子学得到了广泛的关注。其中，微波光子频率测量技术在电子战场环境检测中起着重要作用。在敌我双方的交战过程中，从复杂电磁环境下捕获到敌方雷达信号并从中提取到包括脉冲宽度，载波频率等参数，依照这些参数，就可以采取干扰措施对敌方信号进行干扰。通常，雷达系统的工作频段在几百兆赫兹(Mega Hertz，MHz)几百吉赫兹(Giga Hertz，GHz)之间，对于传统的微波接收机，其工作的频率带宽很难满足要求，且随着跳频保密通信和捷变雷达等通信技术的发展，人们对测频接收机的工作带宽、响应时间等要求越来越高，这就需要更大的带宽才能对未知射频信号频率及其它参数进行测量和评估。传统的通过电学器件因为元件自身的瓶颈限制，使得原有的测频系统带宽小，抗电磁干扰能力有限，且功耗太大，这严重抑制了测频技术的发展，这样的测频系统已经不能适应瞬息多变的战场环境，需要新的技术方法解决这个问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于微分技术的频率测量装置，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于微分技术的频率测量装置，包括：
窄线宽激光器，用于输出光信号；
相位调制器，其光输入端与所述窄线宽激光器的输出端连接，用于对所述窄线宽激光器输出的光信号进行调制；
光功率放大器，其输入端与所述相位调制器的输出端相连，用于对调制的光信号进行功率放大；
光功率分束器，其输入端与所述光功率放大器的输出端相连，用于将功率放大后的光信号分束；
可调光延时线，其输入端与所述光功率分束器的第一输出端相连，用于对这一路光信号进行延时；
光耦合器，其第一输入端与所述可调光延时线的输出端相连，第二输入端与所述光功率分束器的第二输出端相连，用于对两路具有时延差的信号进行耦合；
平衡探测器，其第一输入端与所述光耦合器的第一输出端相连，第二输入端与所述光耦合器的第二输出端相连，用于对两路耦合信号进行平衡探测，实现光电转换；
超宽带天线，其接收端面向无线信道，用于接收射频信号；
功率控制器，其输入端与所述超宽带天线的输出端相连，所述功率控制器的输出端与所述相位调制器的射频输入端相连，用于对接收到的射频信号功率进行控制，使其保持在一定的功率值。
其中，所述光耦合器为2×2光耦合器。
其中，所述窄线宽激光器的波长在1530～1610nm之间，线宽在100kHz以下。
其中，所述相位调制器是铌酸锂晶体的电光调制器；
作为优选，所述相位调制器的工作波长为1530～1610nm；
作为优选，所述相位调制器处理微波信号的带宽≥20GHz；
作为优选，所述相位调制器的消光比≥20dB；
作为优选，所述相位调制器的半波电压≥4V。
其中，所述光功率分束器的分束比是50∶50，工作波长为1530～1610nm之间，优选为1550nm。
其中，所述光功率放大器的带宽大于所述相位调制器的工作带宽。
其中，所述2×2光耦合器的工作波长为1530～1610nm之间，优选为1550nm。
其中，所述超宽带天线的工作频率范围在10GHz以上。
其中，所述功率控制器的工作频率范围大于所述超宽带天线的工作范围。
作为本发明的另一方面，提供了一种微波接收机，其中，内置如上所述的频率测量装置。
基于上述技术方案可知，本发明的频率测量装置及测量方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：
1、本发明中的装置具有单调的频率-功率响应，由此提高频率测量系统的工作带宽；
2、该装置通过两种不同模式(“Watt”模式和“dB”模式)下的功率测量，可分别解决低频段的精度问题和高频段的精度问题。
3、本发明中，只需调整可调光延迟线的延迟长度，找到合适的延迟时间，就能够实现对频率-功率的单调映射，满足大带宽的频率测量需求。
附图说明
图1是本发明基于微分技术的频率测量装置的结构示意图。
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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明中提出的基于微分技术的频率测量装置，是通过微波光子链路实现大带宽的频率测量，可以有效应对现有的通信、雷达测频需求。
具体的，本发明提供了一种基于微分技术的频率测量装置，包括：
窄线宽激光器，用于输出光信号；
相位调制器，其光输入端与所述窄线宽激光器的输出端连接，用于对所述窄线宽激光器输出的光信号进行调制；
光功率放大器，其输入端与所述相位调制器的输出端相连，用于对调制的光信号进行功率放大；
光功率分束器，其输入端与所述光功率放大器的输出端相连，用于将功率放大后的光信号分束；
可调光延时线，其输入端与所述光功率分束器的第一输出端相连，用于对这一路光信号进行延时；
光耦合器，其第一输入端与所述可调光延时线的输出端相连，第二输入端与所述光功率分束器的第二输出端相连，用于对两路具有时延差的信号进行耦合；
平衡探测器，其第一输入端与所述光耦合器的第一输出端相连，第二输入端与所述光耦合器的第二输出端相连，用于对两路耦合信号进行平衡探测，实现光电转换；
超宽带天线，其接收端面向无线信道，用于接收射频信号；
功率控制器，其输入端与所述超宽带天线的输出端相连，所述功率控制器的输出端与所述相位调制器的射频输入端相连，用于对接收到的射频信号功率进行控制，使其保持在一定的功率值。
其中，所述光耦合器为2×2光耦合器。
其中，所述窄线宽激光器的波长在1530～1610nm之间，线宽在100kHz以下。
其中，所述相位调制器是铌酸锂晶体的电光调制器；
作为优选，所述相位调制器的工作波长为1530～1610nm；
作为优选，所述相位调制器处理微波信号的带宽≥20GHz；
作为优选，所述相位调制器的消光比≥20dB；
作为优选，所述相位调制器的半波电压≥4V。
其中，所述光功率分束器的分束比是50∶50，工作波长为1530～1610nm之间，优选为1550nm。
其中，所述光功率放大器的带宽大于所述相位调制器的工作带宽。
其中，所述2×2光耦合器的工作波长为1530～1610nm之间，优选为1550nm。
其中，所述超宽带天线的工作频率范围在10GHz以上。
其中，所述功率控制器的工作频率范围大于所述超宽带天线的工作范围。
本发明还公开了一种微波接收机，内置如上所述的频率测量装置。
下面通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步的阐述说明。
请参阅图1所示，本发明提供一种优选的基于微分技术的频率测量装置，包括：
一窄线宽激光器①，其作用在于提供高质量，低相噪的光载波信号，光源的波长在1550nm左右；
一相位调制器②，其光输入端2-1与窄线宽激光器①的输出端相连，用于实现对光载波信号进行调制，该调制器是用铌酸锂晶体制成；
一超宽带天线⑧，其接收端面向无线信道，输出端与功率控制器⑨的输入端相连，用于接收未知的射频信号；
一功率控制器⑨，其输出端与相位调制器②的微波输入端2-2相连，用于将超宽带天线所接收的微波信号进行功率控制，使得调制相位调制器的信号功率保持在一个稳定的水平；
经过调制之后的光信号被送入到一光功率放大器③，该放大器的输入端与相位调制器②的输出端2-3相连，用于对光信号进行功率放大；
功率放大后的信号，经过3dB光功率分束器④，将光信号等分成两路；
被分路的光信号，其中一路光信号与可调光延时线⑤的输入端相连，同时，可调光延时线⑤的输出端与2×2光耦合器⑥的第一输入端6-1相连，将经过延时后的光信号送入耦合器，另一路光信号直接与2×2光耦合器⑥的第二输入端6-2相连；
经过2×2光耦合器⑥的耦合作用，在其两个输出端输出了相位相差180°的两路光信号，2×2光耦合器⑥的第一输出端6-3与平衡探测器⑦的第一输入端7-1相连，2×2光耦合器⑥的第二输出端6-4与平衡探测器⑦的第二输入端7-2相连，通过平衡探测的作用，消除光电转化过程中产生的直流信号和背景噪声；
最后，测量基频信号的功率，就可以通过已经建立的频率-功率响应曲线，得到相应的频率值，从而达到测频的目的。
由此可见，本发明的窄线宽激光器用于提供高质量、低相噪的光信号。频率与功率未知的微波信号，经过超宽带天线的接收，进入到功率控制器，使得信号功率保持不变，并且满足小信号调制的要求。光信号进入相位调制器后，被超宽带天线接收的射频信号调制，受调制之后的光信号通过光功率放大器进行功率放大，之后通过3dB功率分束器分成两路，其中一路接可调光延迟线，之后与2×2光耦合器的一个输入端相连，另一路直接与2×2光耦合器的另一个输入端相连，最后，将两路耦合之后的光信号同时连接平衡探测器。通过记录光电转换得到的信号功率，就能得到相对应的频率值，从而达到频率测量的目的。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于微分技术的频率测量装置，其特征在于，包括：
窄线宽激光器，用于输出光信号；
相位调制器，其光输入端与所述窄线宽激光器的输出端连接，用于对所述窄线宽激光器输出的光信号进行调制；
光功率放大器，其输入端与所述相位调制器的输出端相连，用于对调制的光信号进行功率放大；
光功率分束器，其输入端与所述光功率放大器的输出端相连，用于将功率放大后的光信号分束；
可调光延时线，其输入端与所述光功率分束器的第一输出端相连，用于对这一路光信号进行延时；
光耦合器，其第一输入端与所述可调光延时线的输出端相连，第二输入端与所述光功率分束器的第二输出端相连，用于对两路具有时延差的信号进行耦合；所述光耦合器为2×2光耦合器；
平衡探测器，其第一输入端与所述光耦合器的第一输出端相连，第二输入端与所述光耦合器的第二输出端相连，用于对两路耦合信号进行平衡探测，实现光电转换；
超宽带天线，其接收端面向无线信道，用于接收射频信号；
功率控制器，其输入端与所述超宽带天线的输出端相连，所述功率控制器的输出端与所述相位调制器的射频输入端相连，用于对接收到的射频信号功率进行控制，使其保持在一定的功率值。
2.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述窄线宽激光器的波长在1530～1610nm之间，线宽在100kHz以下。
3.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述相位调制器是铌酸锂晶体的电光调制器；
所述相位调制器的工作波长为1530～1610nm；
所述相位调制器处理微波信号的带宽≥20GHz；
所述相位调制器的消光比≥20dB；
所述相位调制器的半波电压≥4V。
4.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述光功率分束器的分束比是50:50，工作波长为1530～1610nm之间。
5.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述光功率放大器的带宽大于所述相位调制器的工作带宽。
6.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述2×2光耦合器的工作波长为1530～1610nm之间。
7.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述超宽带天线的工作频率范围在10GHz以上。
8.如权利要求1所述的频率测量装置，其特征在于，所述功率控制器的工作频率范围大于所述超宽带天线的工作范围。
9.一种微波接收机，其特征在于，内置如权利要求1～8任一项所述的频率测量装置。
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