CN110531324A - 一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统，主要是在单环OEO中加入一个由电移相器、微波放大器以及电衰减器组成的电选频腔。输出信号的频率由电选频腔决定，通过使用信号发生器产生信号调节电选频腔中电移相器的偏置电压，调节电选频腔输出信号的频率；利用OEO谐振腔振荡信号与电选频腔振荡信号之间的频率牵引效应实现输出频率的可调谐性，最终产生线性调频信号；输出信号的相位噪声由OEO决定；并且该方案能够通过调节电选频腔中的电衰减器有效地改善边模抑制。该方案结构简单，既保留了单环OEO低相位噪声的优势，又能有效抑制边模，为线性调频信号的产生提供了一种新的实现方法。

Description

一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统
技术领域
本发明涉及一种基于光电振荡器(OEO)的可调谐线性调频信号产生系统。
背景技术
线性调频(LFM)信号是雷达系统中常用的一种脉冲压缩信号，它能够在增大射频脉冲宽度、提高平均发射功率、加大通信距离的同时又保持足够的信号频谱宽度，保证雷达的距离分辨率，因此在雷达和声呐探测领域得到了广泛的应用。脉冲压缩雷达在工作时发送脉冲较宽的线性调频信号，在接收时对其进行脉冲压缩，从而提取目标的距离信息；因此，如何产生高质量的线性调频信号，对脉冲压缩雷达是至关重要的。随着雷达的发展，越来越多的科研人员开始寻求低复杂度、高频谱纯度的线性调频信号的生成办法。
近些年来，国内外研究人员提出了很多线性调频信号的产生方法，例如直接利用电子器件在电子学上产生宽带线性调频信号。然而，由于电子瓶颈效应，微波领域产生的线性调频信号的中心频率较低，频率可调谐范围较小，且信噪比难以提高。
为了能够产生带宽更宽、中心频率更高的LFM信号，人们提出了基于光子技术的LFM信号产生方法，为产生高频LFM信号提供了新的解决方案。加拿大渥太华大学的J.Yao等人利用非对称的时域脉冲整形(Temporal Pulse Shaping，TPS)系统，调节非线性啁啾光纤布拉格光栅的三阶色散，产生了啁啾率可调的LFM信号，啁啾率为0.715GHz/ns。由于光波波长为亚微米量级，因此系统中很难对其相位进行控制，因此其产生信号的质量难以保证，同时该方案只能产生波形对称的LFM信号，限制了生成信号的应用，结构比较复杂，系统成本比较高。2018年，朱秋晨等人提出了一种基于双平行正交相移键控(DP-QPSK)调制器和相位调制器(PM)产生线性调频信号的方法，利用调制器将两路不同频率的光信号通过偏振复用器合并，将偏振复用光输入到PM，通过电光相位调制以及拍频的方式产生了中心频率10GHz、带宽2GHz的线性调频信号，方案中采用DP-QPSK调制器要同事精确控制3个偏置电压，增加系统的复杂度；另外，系统中光信号的偏振态易受环境影响，导致系统产生的LFM信号质量不佳。
发明内容
针对现有技术，本发明提供了一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统，本发明是基于光电振荡器产生可调谐线性调频信号，利用频率牵引效应即可实现频率的可调谐性，输出信号既保留光电振荡器低相位噪声的优势，又能有效抑制边模，具有很高的稳定性。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统，包括有以下光学器件和电子器件：激光器、强度调制器，光纤，可调光衰减器，光电探测器，电衰减器、电移相器、三个微波放大器和三个功分器，三个微波放大器分别记为第一微波放大器、第二微波放大器和第三微波放大器；三个功分器分别记为第一功分器、第二功分器和第三功分器；所述激光器输出的光信号先注入强度调制器，从而对光信号进行调制，强度调制器输出的调制光通过光纤和可调光衰减器进行衰减；所述可调光衰减器衰减后输出的光信号经过所述光电探测器，将光信号转换成微波信号；所述光电探测器输出的微波信号经过第一微波放大器放大后依次通过第一功分器和第二功分器，第二功分器输出的信号分为两路：一路通过第二微波放大器和第三功分器后反馈至所述强度调制器，形成OEO谐振腔；另一路依次通过所述电衰减器、电移相器和第三微波放大器后反馈给所述第一功分器，形成电增益选频腔；OEO自由振荡信号与电增益选频腔输出信号产生电注入锁定效应，通过调节电移相器改变电增益选频腔的输出频率，并利用频率牵引效应实现OEO谐振腔和电增益选频腔两个环路的匹配，最终由所述第三功分器输出具有高频谱纯度和低相噪、频率可调谐的线性调频信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由于本发明将单环OEO与电增益选频腔结合，通过调节移相器偏置电压控制电增益选频腔的腔长，改变其输出频率，根据电注入锁定原理，实现输出信号频率可调谐。其次，通过调节电增益选频腔增益使OEO环腔增益与其达到最佳匹配状态，取得更好地边模抑制效果。本方案的系统结构较为简单，成本较低，产生的线性调频信号具有较高的频谱纯度。
附图说明
图1为本发明基于光电振荡器(OEO)的可调谐线性调频信号产生系统装置图。
图2线性调频信号频谱图；
图3线性调频信号频率-时间关系；
图4输出信号相位噪声图。
图中：1-激光器，2-强度调制器，3-光纤，4-可调光衰减器，5-光电探测器，6-第一微波放大器，7-第一功分器，8-第二功分器，9-第二微波放大器，10-第三功分器，11-电衰减器，12-电移相器，13-第四微波放大器。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
本发明提出的一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统，是基于电注入锁定原理，通过调节移相器使OEO自由振荡信号与电增益选频腔输出信号满足电注入锁定条件，利用频率牵引效应产生可调谐线性调频信号。
如图1所示，该系统包括激光器1、强度调制器2，光纤3，可调光衰减器4，光电探测器5，电衰减器11、电移相器12、三个微波放大器和三个功分器，三个微波放大器分别记为第一微波放大器6、第二微波放大器9和第三微波放大器13；三个功分器分别记为第一功分器7、第二功分器8和第三功分器10。
本发明中，所述激光器1、强度调制器2、光纤3、可调光衰减器4、光电探测器5，第一微波放大器6、第一功分器7、第二功分器8，第二功分器8、第二微波放大器9和第三功分器10构成OEO谐振腔。第一功分器7、第二功分器8、电衰减器11、电移相器12和第三微波放大器13构成电增益选频腔。
实现的具体过程是：
所述激光器1输出的光信号先注入强度调制器2，从而对光信号进行调制，强度调制器2输出的调制光通过光纤3和可调光衰减器4进行衰减；所述可调光衰减器4衰减后输出的光信号经过所述光电探测器5，将光信号转换成微波信号；所述光电探测器5输出的微波信号经过第一微波放大器6放大后依次通过第一功分器7和第二功分器8，第二功分器8输出的信号分为两路：
一路通过第二微波放大器9和第三功分器10后反馈至所述强度调制器2，形成OEO谐振腔；另一路依次通过所述电衰减器11、电移相器12和第三微波放大器13后反馈给所述第一功分器7，形成电增益选频腔；OEO自由振荡信号与电增益选频腔输出信号产生电注入锁定效应，通过调节电移相器12改变电增益选频腔的腔长，从而改变电增益选频腔输出信号频率；通过调节移相器的偏置电压，利用光电振荡器信号与电选频腔信号间的频率牵引效应实现OEO谐振腔和电增益选频腔两个环路的匹配，实现系统输出信号频率可调，产生可调谐线性调频信号，输出信号的相位噪声由光电振荡器决定；通过调节电衰减器11可以改善边模抑制效果，使得输出线性调频信号同时具有低相位噪声和高边模抑制比；最终由所述第三功分器10输出具有高频谱纯度和低相噪、频率可调谐的线性调频信号。
综上，本发明系统主要是在单环OEO中加入一个由电移相器、微波放大器以及电衰减器组成的电增益选频腔。输出信号的频率由电增益选频腔决定，通过使用信号发生器产生信号(图1中信号源)调节电增益选频腔中电移相器的偏置电压，调节电增益选频腔输出信号的频率；如图2所示，利用OEO谐振腔振荡信号与电增益选频腔振荡信号之间的频率牵引效应实现输出频率的可调谐性；由图3所示，输出频率与时间呈线性关系，最终产生线性调频信号；由图4可以看出，输出信号的相位噪声由OEO决定；并且本发明系统能够通过调节电选频腔中的电衰减器有效地改善边模抑制。本发明系统结构简单，既保留了单环OEO低相位噪声的优势，又能有效抑制边模，为线性调频信号的产生提供了一种新的实现方法。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种基于光电振荡器的可调谐线性调频信号产生系统，包括有以下光学器件和电子器件：激光器(1)、强度调制器(2)，光纤(3)，可调光衰减器(4)，光电探测器(5)，电衰减器(11)、电移相器(12)、三个微波放大器和三个功分器，三个微波放大器分别记为第一微波放大器(6)、第二微波放大器(9)和第三微波放大器(13)；三个功分器分别记为第一功分器(7)、第二功分器(8)和第三功分器(10)；其特征在于：
所述激光器(1)输出的光信号先注入强度调制器(2)，从而对光信号进行调制，强度调制器(2)输出的调制光通过光纤(3)和可调光衰减器(4)进行衰减；所述可调光衰减器(4)衰减后输出的光信号经过所述光电探测器(5)，将光信号转换成微波信号；所述光电探测器(5)输出的微波信号经过第一微波放大器(6)放大后依次通过第一功分器(7)和第二功分器(8)，第二功分器(8)输出的信号分为两路：一路通过第二微波放大器(9)和第三功分器(10)后反馈至所述强度调制器(2)，形成OEO谐振腔；
另一路依次通过所述电衰减器(11)、电移相器(12)和第三微波放大器(13)后反馈给所述第一功分器(7)，形成电增益选频腔；
OEO自由振荡信号与电增益选频腔输出信号产生电注入锁定效应，通过调节电移相器(12)改变电增益选频腔的输出频率，并利用频率牵引效应实现OEO谐振腔和电增益选频腔两个环路的匹配，最终由所述第三功分器(10)输出具有高频谱纯度和低相噪、频率可调谐的线性调频信号。
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