CN112816963B - 一种微波光子双相编码信号产生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波光子双相编码信号产生器，属于相控阵雷达技术领域。本发明包括：可调谐激光器、相位调制器、光滤波器和光电探测器；可调谐激光器，随外部输入的二进制编码信号的电平幅度而输出两种不同波长的光载波；相位调制器，将输入微波信号调制到可调谐激光器产生的光载波上；输入微波信号满足小信号调制条件；光滤波器，具有带阻特性，可调谐激光器输出的两种不同波长的光载波分别位于光滤波器的阻带边缘；光电探测器，将光滤波器输出的光信号转换为微波信号。本发明通过在光域上对微波信号进行相位编码处理，以实现宽带相位编码雷达信号，具有调制速率快、工作频带宽、以及抗电磁干扰强等优点。
Description
技术领域
本发明属于相控阵雷达技术领域，具体涉及一种微波光子双相编码信号产生器。
背景技术
相位编码信号是指频率相同、时宽相同的子脉冲序列信号的组合。子脉冲信号的相位为一个周期360°的整数分之一。特别地，当每个子脉冲的相位仅为0°和180°两种时，该相位编码信号称为双相(二相位)编码信号。
相位编码信号是一种常用的雷达信号，其不仅克服了脉冲雷达在同时提高发现能力、距离和速度测量精度以及分辨力方面的矛盾，同时也使其在雷达对抗中具有独特的优势。一方面，和脉冲信号相比，相位编码信号在同样的探测距离条件下具有较低的发射平均功率；另一方面，相位编码信号可将辐射能量扩散到宽的频带上，降低单位频带内的能量，从而使雷达的辐射不易被察觉，降低了被截获的可能。在电子对抗日趋白热化的今天，相位编码信号具有的低截获概率和强抗干扰性在现代雷达中发挥着重要的作用。
传统上，相位编码信号是由基于电子电路的直接数字频率合成器产生的，其处理带宽只能达到几个GHz。实现更高的带宽需要上变频器件，但是会带来信号幅相失真以及增加系统复杂性等问题。
发明内容
本发明目的是针对的问题，提供一种微波光子双相编码信号产生器，通过在光域上对微波信号进行相位编码处理，以实现宽带相位编码雷达信号，具有调制速率快、工作频带宽、以及抗电磁干扰强等优点。
具体地说，本发明提供了一种微波光子双相编码信号产生器，包括：可调谐激光器、相位调制器、光滤波器和光电探测器；
所述可调谐激光器，随外部输入的二进制编码信号的电平幅度而输出两种不同波长的光载波；
所述相位调制器，输入端与可调谐激光器的输出端相连接，将输入微波信号调制到可调谐激光器产生的光载波上；所述输入微波信号满足小信号调制条件；
所述光滤波器，具有带阻特性，输入端与相位调制器的输出端相连接，可调谐激光器输出的两种不同波长的光载波分别位于光滤波器的阻带边缘；
所述光电探测器，输入端与光滤波器的输出端相连接，将光滤波器输出的光信号转换为微波信号。
进一步的，所述输入相位调制器的微波信号满足小信号调制条件为输入微波信号的幅度至少比相位调制器2的半波电压小2个数量级。
进一步的，所述输入相位调制器为电光调制器。
进一步的，所述输入相位调制器为行波电极电光调制器。
进一步的，所述可调谐激光器、相位调制器、光滤波器、光电探测器之间采用单模光纤连接。
进一步的，所述二进制编码信号由二进制编码信号产生器或任意波形发生器产生。
进一步的，所述可调谐激光器为分布布拉格反射激光器。
本发明的微波光子双相编码信号产生器的有益效果如下：
本发明的微波光子双相编码信号产生器的调制速率由可调谐激光器1的波长切换速率决定。本发明的可调谐激光器1可以采用目前商用的DBR(Distributed BragReflector，分布布拉格反射激光器)，其波长调谐时间能够达到ns(纳秒)量级，因此本发明的微波光子双相编码信号产生器具有调制速率快的明显优势。
本发明的微波光子双相编码信号产生器的工作频带由相位调制器2、光滤波器3的阻带、光电探测器4中的带宽最小值决定。目前商用的相位调制器、光滤波器以及光电探测器带宽都可以达到40GHz以上，因此本发明提出的微波光子双相编码信号产生器具有工作频带宽的明显优势。
本发明的微波光子相位编码信号产生器，通过切换可调谐滤波器1的输出波长，由于是在光域中对微波信号进行相位编码处理，从而产生双相编码信号，其相对于电子系统的相位编码信号产生器而言，具有调制速率快、工作频带宽、以及抗电磁干扰强等优点，满足未来雷达发展需求，特别是在宽带相控阵雷达中具有潜在的应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例的组成示意图。
图2是本发明实施例的光滤波器的传输光谱图。
图3是本发明实施例的输入的编码信号示意图。
图4是本发明实施例的输出的双相编码信号示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本发明的一个实施例，为一种微波光子双相编码信号产生器。
如图1所示，本发明的微波光子双相编码信号产生器，包括：可调谐激光器1，随外部输入的二进制编码信号的电平幅度而输出两种不同波长的光载波；相位调制器2，其输入端与可调谐激光器1的输出端相连接，将输入微波信号调制到可调谐激光器1产生的光载波上；光滤波器3，其输入端与相位调制器2的输出端相连接，用于选择通过特定波长的光信号；光电探测器4，其输入端与光滤波器3的输出端相连接，用于将光滤波器3输出的光信号转换为微波信号。优选的，在另一个实施例中，可调谐激光器1、相位调制器2、光滤波器3、光电探测器4之间均采用单模光纤连接，相对于多模光纤连接，单模光纤连接方式可以支持大带宽信号的长距离传输。
可调谐激光器1，随外部输入的二进制编码信号的电平幅度而输出两种不同的波长，即可调谐激光器1输出的光载波频率随外部输入的二进制电平信号在两种频率之间跳变。可以理解，二进制编码信号可以由二进制编码信号产生器产生，也可以由任意波形发生器产生。
输入相位调制器2的微波信号满足小信号调制条件，即输入微波信号的幅度至少比相位调制器2的半波电压小2个数量级。进一步的，相位调制器2为电光调制器；优选的，在另一个实施例中，相位调制器2为行波电极电光调制器。
如图2所示，光滤波器3具有带阻特性，可调谐激光器1输出的两种波长刚好分别位于所述光滤波器3的阻带边缘，即分别在上边带ω1+ωe(或ω2+ωe)内和下边带ω1-ωe(或ω2-ωe)内。
以下对本发明微波光子双相编码信号产生器的原理进行详细说明：
根据输入可调谐激光器1的二进制编码信号的电平值，可调谐激光器1出射的光载波角频率分别为ω1和ω2，其光场可以分别表示为
E1(t)＝Aexp(jω1t)(输入二进制编码信号“0”) (1)
E2(t)＝Aexp(jω2t)(输入二进制编码信号“1”) (2)
其中A为输出光场的幅度，t为时间。该光载波进入相位调制器2并被输入的微波信号调制，输入的微波信号Vin(t)如下：
Vin(t)＝V cos(ωet) (3)
其中，V为输入微波信号的幅度，ωe为输入微波信号的角频率。
相位调制器2输出端出射的调制光信号可以表示为：
其中，E3(t)为输入编码信号“0”时相位调制器2的输出光场，E4(t)为输入编码信号“1”时相位调制器2的输出光场。J0(β)为0阶第一类贝塞尔函数，J1(β)为1阶第一类贝塞尔函数，β为相位调制器2的调制系数，Vπ为相位调制器2的半波电压。
β＝πV/Vπ (6)
从上式可以看出，调制光信号在频域上包含三个分量，即光载波ω1(或ω2)、上边带ω1+ωe(或ω2+ωe)和下边带ω1-ωe(或ω2-ωe)。值得注意的是，式(4)、(5)成立的条件是输入相位调制器2的微波信号满足小信号调制条件，即输入相位调制器2的微波信号幅度应满足V＜＜Vπ(V远小于Vπ，至少小于2个数量级)，否则将产生高阶边带信号。
相位调制器2输出端出射的光信号进入光滤波器3中后，光滤波器3的传输光谱如图2所示，存在两个通带和一个阻带。由于可调谐激光器1输出的光载波角频率ω1和ω2刚好位于光滤波器3的阻带的两个边缘，因此当输入不同载波的调制光信号时，均有一个边带落入阻带而被滤除。具体而言：
当输入编码信号电平为“0”时(对应可调谐激光器1输出的光载波角频率为ω1)，由图2可以看出，此时上边带(ω1+ωe)位于光滤波器3阻带内而被滤除，因而通过光滤波器3后的输出光场只包含光载波ω1和下边带ω1-ωe，即此时输出光场可表示为：
当输入编码信号电平为“1”时(对应可调谐激光器1的输出光载波角频率为ω2)，由图2可以看出，此时下边带(ω2-ωe)位于光滤波器3阻带内而被滤除，因而通过光滤波器3后的输出光场只包含光载波ω2和上边带ω2+ωe，即此时输出光场可表示为：
由于可调谐激光器1随外部输入二进制编码信号的电平幅度而输出两种不同的波长，这两种不同的波长刚好分别位于一光滤波器的带阻边缘，由此带来的技术效果是：当分别输入“0”和“1”不同时刻的二进制信号时，光滤波器3滤除边带信号，输出两种光载波的单边带相位调制信号，从而在光电探测器4中实现双相位编码微波信号。从光滤波器3输出的光信号进入光电探测器4后拍频转变为微波信号，该产生的微波信号可以表示为：
上式中*表示数学上的共轭计算，R为光电探测器4的响应度。
通过对比可以看出，输入二进制编码信号“0”和“1”时对应的输出微波信号幅度相反，即存在180°相位差。以输入如图3所示的二进制编码信号“0110”为例，本发明的微波光子双相编码信号产生器能够输出如图4所示的微波信号。从图3和图4可以看出，当输入电平由“0”跳变为“1”以及由“1”跳变为“0”时，输出的微波信号存在明显的180°相位跳变，从而生成了双相编码信号。
可以理解，本发明的微波光子双相编码信号产生器的调制速率由可调谐激光器1的波长切换速率决定。优选的，本发明的可调谐激光器1可以采用目前商用的DBR(Distributed Brag Reflector，分布布拉格反射激光器)，其波长调谐时间能够达到ns(纳秒)量级，因此本发明的微波光子双相编码信号产生器具有调制速率快的明显优势。
本发明的微波光子双相编码信号产生器的工作频带由相位调制器2、光滤波器3的阻带、光电探测器4中的带宽最小值决定。目前商用的相位调制器、光滤波器以及光电探测器带宽都可以达到40GHz以上，因此本发明提出的微波光子双相编码信号产生器具有工作频带宽的明显优势。
本发明的微波光子相位编码信号产生器，通过切换可调谐滤波器1的输出波长，由于是在光域中对微波信号进行相位编码处理，从而产生双相编码信号，其相对于电子系统的相位编码信号产生器而言，具有调制速率快、工作频带宽、以及抗电磁干扰强等优点，满足未来雷达发展需求，特别是在宽带相控阵雷达中具有潜在的应用价值。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (7)
1.一种微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，包括：可调谐激光器、相位调制器、光滤波器和光电探测器；
所述可调谐激光器，随外部输入的二进制编码信号的电平幅度而输出两种不同波长的光载波；
所述相位调制器，输入端与可调谐激光器的输出端相连接，将输入微波信号调制到可调谐激光器产生的光载波上；所述输入微波信号满足小信号调制条件；
所述光滤波器，具有带阻特性，输入端与相位调制器的输出端相连接，可调谐激光器输出的两种不同波长的光载波分别位于光滤波器的阻带边缘；
所述光电探测器，输入端与光滤波器的输出端相连接，将光滤波器输出的光信号转换为微波信号。
2.根据权利要求1所述的微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，所述相位调制器的输入微波信号满足小信号调制条件为输入微波信号的幅度至少比相位调制器的半波电压小2个数量级。
3.根据权利要求1所述的微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，所述相位调制器为电光调制器。
4.根据权利要求3所述的微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，所述相位调制器为行波电极电光调制器。
5.根据权利要求1所述的微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，所述可调谐激光器、相位调制器、光滤波器、光电探测器之间采用单模光纤连接。
6.根据权利要求1所述的微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，所述二进制编码信号由二进制编码信号产生器或任意波形发生器产生。
7.根据权利要求1所述的微波光子双相编码信号产生器，其特征在于，所述可调谐激光器为分布布拉格反射激光器。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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