CN114244279A - 微波光子双正交镜频抑制混频方法及装置 - Google Patents

微波光子双正交镜频抑制混频方法及装置 Download PDF

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CN114244279A CN202111502878.1A CN202111502878A CN114244279A CN 114244279 A CN114244279 A CN 114244279A CN 202111502878 A CN202111502878 A CN 202111502878A CN 114244279 A CN114244279 A CN 114244279A
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陈文娟
丁杰文
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Abstract

本发明公开了一种微波光子双正交镜频抑制混频方法，包括以下步骤：S1、用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；S2、将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合；S3、选取四路耦合光信号分别转换为电信号；S4、将这四路电信号分别进行相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号。本发明还公开了一种微波光子双正交镜频抑制混频装置。相比现有技术，本发明可大幅提高镜频抑制比。

Description

微波光子双正交镜频抑制混频方法及装置
技术领域
本发明涉及一种镜频抑制混频方法，尤其涉及一种微波光子镜频抑制混频方法。
背景技术
镜频抑制混频主要用于系统的接收机，来实现无镜频干扰的下转换接收，当频率为ωL的射频信号与频率为ωL-ωI的射频信号一同输入混频器与频率为ωL的本振信号进行混频，得到的中频输出信号将下变频为有用射频信号，无用的镜频信号进行下转换的中频信号将会被抑制。该混频器可以有效地抑制镜频带来的干扰，提高接收机的信噪比，从而降低信号处理的压力。镜频抑制混频器的主要性能指标是工作频率范围和镜频抑制比。镜频抑制比是指有用射频信号下变频的中频信号与无用镜频信号下变频得到的中频信号的比值。在实际射频系统中，宽带且镜频抑制比高的混频器能够有效降低射频系统的结构复杂度，提升整个射频系统的性能，并降低信号处理的难度。图1是最常用的镜频抑制混频结构，该结构的实现方法是将输入射频信号与一对相互正交的本振信号进行混频，得到一对正交的中频信号。然而，基于电子技术的镜频抑制混频器镜频抑制带宽通常较窄，仅百MHz量级，而且边带与镜频的抑制比也通常低于30dB，无法满足更高性能射频系统的需求。对于很多实例，镜频干扰比期望的有用信号大(J.Crols,and M.S.J.Steyaert,IEEETrans.Circuits Syst.II,Analog Digit.Signal Process.45,269,(1998).B.Li,andK.P.Pun,IEEE Trans.Circuits Syst.Regul.Pap.61,92(2014).Varun,D.,andG.R.Kadambi,IEEE Annual India Conference(INDICON,2016))，因此需要较大的镜频抑制比来保证大的信噪比。
由于光子技术具有大带宽和平坦响应的特点，基于微波光子的镜频抑制混频与传统电学方法相比，具有更宽的带宽和更大的镜频抑制比，图2显示了微波光子镜频抑制混频器的一般结构，这种结构是在传统微波光子混频的基础上，用光边带幅相调控方法实现。
将图1的Hartley结构中的混频器用90°光混波器和平衡光电探测器代替，90°相移器和加法器用90°电桥代替，就得到了如图3所示的微波光子镜频抑制混频结构。相比于传统的电域镜频抑制混频方案，微波光子镜频抑制混频方案的抑制比得到了大幅提升。然而，现有微波光子镜频抑制混频方案的抑制比仍存在一定提升空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种具有更高抑制比的微波光子双正交镜频抑制混频方法。
本发明所提出的微波光子双正交镜频抑制混频方法，包括以下步骤：
S1、用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；
S2、将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure BDA0003402947640000021
的一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，相移
Figure BDA0003402947640000022
之间的关系满足：
Figure BDA0003402947640000023
相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中m、n、ai(i＝1,2,3)、bi(i＝1,2,3)均为整数；
S3、从包含经过一次相移θ1的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；然后将选取出的四路耦合光信号分别转换为电信号；
S4、将这四路电信号分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
优选地，所述步骤S2通过两个90°光定向耦合器及两个90°光混波器实现，光载射频信号和光本振信号分别接入两个90°光定向耦合器的输入端，每个90°光定向耦合器的两个输出端分别与所述两个90°光混波器的各一个输入端连接。
优选地，所述步骤S2通过两个定向耦合器、四个分束器、四个光耦合器、两个90°移相器实现，光载射频信号和光本振信号分别接入两个定向耦合器的输入端，两个定向耦合器的四个输出端分别连接四个分束器的输入端，四个分束器的输入端与所述四个光耦合器的输入端两两交叉连接并且其中的两条连线中分别串接一个90°移相器。
优选地，步骤S3和步骤S通过两个平衡光电探测器和一个90°微波电桥实现，所选取的四路耦合光信号分别接入两个平衡光电探测器的四个输入端，两个平衡光电探测器的两个输出端分别连接90°微波电桥的两个输入端，90°微波电桥输出两路所述中频信号。
优选地，通过双平行马赫曾德尔调制器或者马赫曾德尔调制器级联光滤波器实现所述载波抑制的单边带调制。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
微波光子双正交镜频抑制混频装置，包括：
调制模块，用于用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；
双正交混频模块，用于将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure BDA0003402947640000031
的一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，相移
Figure BDA0003402947640000032
之间的关系满足：
Figure BDA0003402947640000033
相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中m、n、ai(i＝1,2,3)、bi(i＝1,2,3)均为整数；
光电转换模块，用于从包含经过一次相移θ1的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；然后将选取出的四路耦合光信号分别转换为电信号；
电相位耦合模块，用于将这四路电信号分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
优选地，所述双正交混频模块包括两个90°光定向耦合器及两个90°光混波器，光载射频信号和光本振信号分别接入两个90°光定向耦合器的输入端，每个90°光定向耦合器的两个输出端分别与所述两个90°光混波器的各一个输入端连接。
优选地，所述双正交混频模块包括两个定向耦合器、四个分束器、四个光耦合器、两个90°移相器，光载射频信号和光本振信号分别接入两个定向耦合器的输入端，两个定向耦合器的四个输出端分别连接四个分束器的输入端，四个分束器的输入端与所述四个光耦合器的输入端两两交叉连接并且其中的两条连线中分别串接一个90°移相器。
优选地，所述光电转换模块包含两个平衡光电探测器，所述电相位耦合模块为一个90°微波电桥，所选取的四路耦合光信号分别接入两个平衡光电探测器的四个输入端，两个平衡光电探测器的两个输出端分别连接90°微波电桥的两个输入端，90°微波电桥输出两路所述中频信号。
优选地，调制模块通过双平行马赫曾德尔调制器或者马赫曾德尔调制器级联光滤波器实现所述载波抑制的单边带调制。
相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
本发明采用微波光子双正交结构，将光本振信号和光载射频信号都通过正交网络，形成四路输出信号，再分别进行混频，通过引入光本振和光载射频信号的正交特性，可以有效地提高镜频抑制比。
附图说明
图1为基于Hartley结构的镜频抑制混频结构示意图；
图2为微波光子镜频抑制混频的一般结构；
图3为现有基于90°光混波器的微波光子镜频抑制混频结构；
图4为本发明微波光子双正交镜频抑制混频装置的原理示意图；
图5为本发明微波光子双正交镜频抑制混频装置的一种具体实现结构；
图6为本发明微波光子双正交镜频抑制混频装置的另一种具体实现结构；
图7为图3所示镜频抑制混频方案的幅度不平衡和相位不平衡对镜频抑制比的影响；其中，(a)为90°光混波器的相位不平衡度θ1和90°电桥的相位不平衡度θ2对镜频抑制比的影响；(b)为幅度不平衡度R和相位偏差θ1对单正交镜频抑制比的影响；(c)为幅度不平衡度R和相位偏差θ2对单正交镜频抑制比的影响；
图8为本发明微波光子双正交镜频抑制混频方案的幅度不平衡和相位不平衡对镜频抑制比的影响；其中，(a)为两个90°光混波器的相位不平衡度θ1和θ2对镜频抑制比的影响；(b)为幅度不平衡度R＝R1＝R2和相位偏差θ1对双正交镜频抑制比的影响；(c)为幅度不平衡度R＝R1＝R2和相位偏差θ2对双正交镜频抑制比的影响。
具体实施方式
图3所示的现有基于90°光混波器的微波光子镜频抑制混频结构，虽然相比电域镜频抑制混频方案可以大幅提升抑制比，但其所采用的90°光混波器会导致幅、相不一致性，进而影响了镜频抑制比的提升。
用E1(t)和E2(t)分别表示光载射频信号和光本振信号，则令其表达式为：
Figure BDA0003402947640000051
则90°光混波器输出的四个信号为：
Figure BDA0003402947640000052
其中η、φ为90°混波器为I(同相)路和Q(正交)路之间带来的幅度不平衡和相位不平衡。
从式(2)中可以看出90°光混波器产生两对正交的本振-信号对，经过平衡光电探测之后的输出信号为：
Figure BDA0003402947640000061
其中2ωs＝ωf-ωm＝2(ωf-ωl)＝2(ωl-ωm)。
从式(3)中可以看出，两个输出端的信号是正交的。将这对正交的信号输入90°电桥，可得：
Figure BDA0003402947640000062
从式(4)中可以看出，基于90°光混波器的镜频抑制混频结构，将光本振两侧的信号下变频到同一中频，分别从两个输出口输出，其输出各包含两项光载射频信号位于光本振左侧和右侧信号下变频的中频信号。
可由90°电桥输出的中频信号计算镜频抑制比(以输出信号i1为例)，其表达式为：
Figure BDA0003402947640000063
可以发现，虽然此类微波光子镜频抑制混频器相比于传统的镜频抑制混频器来说，其抑制比有了很大程度的提升，但是由于90°光混波器的幅、相不一致性，影响了镜频抑制比的提升。
为解决这一问题，本发明提出了以下技术方案：
微波光子双正交镜频抑制混频方法，包括以下步骤：
S1、用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；
S2、将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure BDA0003402947640000064
的一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，相移
Figure BDA0003402947640000065
之间的关系满足：
Figure BDA0003402947640000066
相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中m、n、ai(i＝1,2,3)、bi(i＝1,2,3)均为整数；
S3、从包含经过一次相移θ1的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；然后将选取出的四路耦合光信号分别转换为电信号；
S4、将这四路电信号分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
如图4所示，本发明的微波光子双正交镜频抑制混频装置，包括：
调制模块，用于用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；
双正交混频模块，用于将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure BDA0003402947640000071
的一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，相移
Figure BDA0003402947640000072
之间的关系满足：
Figure BDA0003402947640000073
相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中m、n、ai(i＝1,2,3)、bi(i＝1,2,3)均为整数；
光电转换模块，用于从包含经过一次相移θ1的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；然后将选取出的四路耦合光信号分别转换为电信号；
电相位耦合模块，用于将这四路电信号分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
为便于公众理解，对本发明的具体原理进行说明如下：
假设调制模块产生频率为ωc+ωf和ωc+ωm光载射频信号，且关于光本振信号对称，其中ωc为光载波的角频率，ωf、ωm为射频信号的角频率。此时光载射频信号可表示为：
E1(t)∝am expj(ωct+ωmt)+a1 expj(ωct+ωft) (6)
其中am、a1为射频信号的两个幅度信息。
假设调制模块产生一个频率为ωc+ωl的光本振信号，其中ωl为光本振信号的角频率。此时，光本振信号的表达式为：
E2∝b1 expj(ωct+ωlt) (7)
其中b1为光本振信号的幅度。
将上式(6)(7)的光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure BDA0003402947640000081
的一次相移，可得：
Figure BDA0003402947640000082
相移θ1、θ2之间的关系满足：，θ2＝θ1+π/2+2πm其中m为整数；相移
Figure BDA0003402947640000083
之间的关系满足：
Figure BDA0003402947640000084
其中n为整数。
将经过一次相移的光本振信号E21(t)和E22(t)各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号E11(t)、E12(t)分别进行耦合，可得：
Figure BDA0003402947640000091
其中，α1、α2、α3、α4为经过一次相移
Figure BDA0003402947640000092
的4路光本振信号的二次相移，β1、β2、β3、β4为经过一次相移
Figure BDA0003402947640000093
的4路光本振信号的二次相移，相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，其中ai(i＝1,2,3)为整数；相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中bi(i＝1,2,3)为整数。
从包含经过一次相移θ1的光本振信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号互为正交的两路耦合光信号；在此以e11、e13和e22、e24为例，将e11、e22、e13、e24注入到光电转换模块探中，设ωf>ωl，ωm<ωl，可得电信号为：
Figure BDA0003402947640000094
4路电信号经过电相位耦合模块分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后被耦合输出为一路，其表达式为：
Figure BDA0003402947640000101
其中ε1、ε2、ε3、ε4分别表示4路电信号在电相位耦合模块中的不同相移，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
上述过程中，可以将光载射频信号和光本振信号互换，结果是相同的。
当上述各路相移均满足其相移条件时，即，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，其中m为整数；相移
Figure BDA0003402947640000102
之间的关系满足：
Figure BDA0003402947640000103
其中n为整数；相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，其中ai(i＝1,2,3)为整数；相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中bi(i＝1,2,3)为整数；相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数，可得：
Figure BDA0003402947640000104
由公式13可知，最终输出的信号中仅包位于光本振一侧的射频信号下变频的输出分量，另一侧的镜频信号被抑制，该结构可以抑制多种杂散分量，且混频输出以最大项输出。
图5显示了本发明微波光子双正交镜频抑制混频装置的一种具体实现结构，其包括：窄线宽激光器、两个双平衡马赫增德尔调制器、两个90°定向耦合器、两个90°光混波器、两个平衡探测器和一个90°微波电桥。
将窄线宽激光器输出频率为ωc的光载波分为两路，其中一路注入马赫增德尔调制器(MZM)中，由频率为ωm和ωf射频信号调制，可得载波抑制的单边带信号，由此可得光载射频信号的表达式为：
ERF(t)∝am expj(ωct+ωmt)+a1 expj(ωct+ωft) (14)
其中am、a1正一阶边带的幅度。
另一路光载波注入双平行马赫增德尔调制器(DPMZM)中，由频率为ωl本振信号调制，可得载波抑制的单边带信号(在此以上边带为例)，由此可得光本振信号的表达式为：
ELO(t)∝b1 expj(ωct+ωlt) (16)
其中b1为边带信号的幅度。
然后，将光载射频信号和光本振信号分别注入到90°光定向耦合器，此时θ1＝0°、θ2＝90°，
Figure BDA0003402947640000111
满足光相移条件。此时输出的两路光载射频信号和两路光本振信号的表达式为：
Figure BDA0003402947640000112
将E11(t)、E21(t)和E12(t)、E22(t)分别注入一个90°混波器中，此时对应的相移为，α1＝0°、α2＝180°、α3＝90°、α4＝270°和β1＝0°、β2＝180°、β3＝90°、β4＝270°，此时的光输出表达式为：
Figure BDA0003402947640000113
I1’、I2’和Q1’、Q2’为90°光混波器1和90°光混波器2的同相输出信号，I1”、I2”和Q1”、Q2”为90°光混波器1和90°光混波器2的正交输出信号。η1、η2和φ1、φ2为两个90°光混波器给I(同相)路和Q(正交)路带来的幅度与相位不平衡度。
从上4路中选择两路正交的混频信号，从下4路选择出两路正交的混频信号，在此以I1’、Q1’和I2”、Q2”为例，将I1’、I2”和Q1’、Q2”注入到平衡探测器中，设ωf>ωl，ωm<ωl，可得电信号为：
Figure BDA0003402947640000121
其中ωf-ωm＝2ωs＝2(ωf-ωl)＝2(ωl-ωm)，将平衡探测器输出的信号在输入90°微波电桥中，最后可得双输出信号，其表达式为：
Figure BDA0003402947640000122
由90°微波电桥输出的电信号可计算双正交结构的镜频抑制比，在此以i1为例：
Figure BDA0003402947640000131
当仅使用正交的光本振时，镜频抑制比的表达式为：
Figure BDA0003402947640000132
由于，
Figure BDA0003402947640000133
因此∣IRR双∣＞∣IRR单∣，特别的，当η1＝η2＝η，φ1＝φ2＝φ时，∣IRR双∣＝2∣IRR单∣。
图6显示了本发明微波光子双正交镜频抑制混频装置的另一种具体实现结构，其包括：激光器、两个马赫增德尔调制器、两个光滤波器、两个定向耦合器、分束器、光耦合器、平衡探测器、90°移相器和90°电桥等。
射频信号和本振信号经过调制器和光滤波器之后，可得到光载射频信号(ERF(t))和光本振信号(ELO(t))，将光载射频信号注入定向耦合器中可得(ERF(t))和(jERF(t))，将光本振信号注入定向耦合器中可得(ELO(t))和(jELO(t)。将ERF(t)和ELO(t)，分别注入到一个1×2的分束器中，分为功率相等的两部分，然后，一部分光载射频信号和一部分光本振信号直接通过一个2×2的光耦合器进行耦合，可得同相输出信号I1’(I1’∝ERF(t)+ELO(t))和I2’(I2’∝ERF(t)-ELO(t))，另一部分光载射频信号和经过90°相移之后的光本振信号通过一个2×2的光耦合器，可得正交输出信号Q1’(Q1’∝ERF(t)+jELO(t))和Q2’(Q2’∝ERF(t)-jELO(t))，同理，由jERF(t)和jELO信号，可得同相输出信号I1”(I1”∝jERF(t)+jELO(t))和I2”(I2”∝jERF(t)-jELO(t)),正交输出信号Q1”(Q1”∝jERF(t)-ELO(t))和Q2”(Q2”∝jERF(t)+ELO(t))。将同相输出信号I1’和I2”注入到一个平衡探测模块，将正交输出信号Q1’和Q2”注入到另一个光电探测模块，可将光信号转化为电信号输出，输出的电信号再经过90°电桥之后，输出光本振两端互为镜频的光载射频信号的下变频成分。
根据上述原理，构建模型并进行仿真，验证单正交结构和双正交结构的幅度、相位不一致性对镜频抑制比的影响。
图7显示了图3所示镜频抑制混频方案的幅度不平衡和相位不平衡对镜频抑制比的影响；其中，(a)为90°光混波器的相位不平衡度θ1和90°电桥的相位不平衡度θ2对镜频抑制比的影响；(b)为幅度不平衡度R和相位偏差θ1对单正交镜频抑制比的影响；(c)为幅度不平衡度R和相位偏差θ2对单正交镜频抑制比的影响。

Claims (10)

1.微波光子双正交镜频抑制混频方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；
S2、将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure FDA0003402947630000011
的一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，相移
Figure FDA0003402947630000012
之间的关系满足：
Figure FDA0003402947630000013
相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中m、n、ai(i＝1,2,3)、bi(i＝1,2,3)均为整数；
S3、从包含经过一次相移θ1的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；然后将选取出的四路耦合光信号分别转换为电信号；
S4、将这四路电信号分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
2.如权利要求1所述微波光子双正交镜频抑制混频方法，其特征在于，所述步骤S2通过两个90°光定向耦合器及两个90°光混波器实现，光载射频信号和光本振信号分别接入两个90°光定向耦合器的输入端，每个90°光定向耦合器的两个输出端分别与所述两个90°光混波器的各一个输入端连接。
3.如权利要求1所述微波光子双正交镜频抑制混频方法，其特征在于，所述步骤S2通过两个定向耦合器、四个分束器、四个光耦合器、两个90°移相器实现，光载射频信号和光本振信号分别接入两个定向耦合器的输入端，两个定向耦合器的四个输出端分别连接四个分束器的输入端，四个分束器的输入端与所述四个光耦合器的输入端两两交叉连接并且其中的两条连线中分别串接一个90°移相器。
4.如权利要求1所述微波光子双正交镜频抑制混频方法，其特征在于，步骤S3和步骤S通过两个平衡光电探测器和一个90°微波电桥实现，所选取的四路耦合光信号分别接入两个平衡光电探测器的四个输入端，两个平衡光电探测器的两个输出端分别连接90°微波电桥的两个输入端，90°微波电桥输出两路所述中频信号。
5.如权利要求1所述微波光子双正交镜频抑制混频方法，其特征在于，通过双平行马赫曾德尔调制器或者马赫曾德尔调制器级联光滤波器实现所述载波抑制的单边带调制。
6.微波光子双正交镜频抑制混频装置，其特征在于，包括：
调制模块，用于用射频信号和本振信号分别对同源光载波进行载波抑制的单边带调制，分别得到光载射频信号和光本振信号；
双正交混频模块，用于将光载射频信号和光本振信号分别分为两路，且分别经过θ1、θ2和
Figure FDA0003402947630000023
的一次相移，然后将经过一次相移的两路光本振信号/光载射频信号各自分为四路并分别二次相移α1、α2、α3、α4和β1、β2、β3、β4后与经过一次相移的光载射频信号/光本振信号分别进行耦合，相移θ1、θ2之间的关系满足：θ2＝θ1+π/2+2πm，相移
Figure FDA0003402947630000021
之间的关系满足：
Figure FDA0003402947630000022
相移α1、α2、α3、α4之间的关系满足：α2＝α1+π+2πa1，α3＝α1+π/2+2πa2，α4＝α1+3π/2+2πa3，相移β1、β2、β3、β4之间的关系满足：β2＝β1+π+2πb1，β3＝β1+π/2+2πb2，β4＝β1+3π/2+2πb3，其中m、n、ai(i＝1,2,3)、bi(i＝1,2,3)均为整数；
光电转换模块，用于从包含经过一次相移θ1的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；从包含经过一次相移θ2的光本振信号/光载射频信号的四路耦合光信号中，选取所包含二次相移后光本振信号/光载射频信号互为正交的两路耦合光信号；然后将选取出的四路耦合光信号分别转换为电信号；
电相位耦合模块，用于将这四路电信号分别进行ε1、ε2、ε3、ε4的相移后耦合，得到实现了镜频抑制的中频信号，相移ε1、ε2、ε3、ε4之间的关系满足：ε2＝ε1+π+2πk1，ε3＝ε1+π/2+2πk2，ε4＝ε1+3π/2+2πk3，其中ki(i＝1,2,3)为整数。
7.如权利要求6所述微波光子双正交镜频抑制混频装置，其特征在于，所述双正交混频模块包括两个90°光定向耦合器及两个90°光混波器，光载射频信号和光本振信号分别接入两个90°光定向耦合器的输入端，每个90°光定向耦合器的两个输出端分别与所述两个90°光混波器的各一个输入端连接。
8.如权利要求6所述微波光子双正交镜频抑制混频装置，其特征在于，所述双正交混频模块包括两个定向耦合器、四个分束器、四个光耦合器、两个90°移相器，光载射频信号和光本振信号分别接入两个定向耦合器的输入端，两个定向耦合器的四个输出端分别连接四个分束器的输入端，四个分束器的输入端与所述四个光耦合器的输入端两两交叉连接并且其中的两条连线中分别串接一个90°移相器。
9.如权利要求6所述微波光子双正交镜频抑制混频装置，其特征在于，所述光电转换模块包含两个平衡光电探测器，所述电相位耦合模块为一个90°微波电桥，所选取的四路耦合光信号分别接入两个平衡光电探测器的四个输入端，两个平衡光电探测器的两个输出端分别连接90°微波电桥的两个输入端，90°微波电桥输出两路所述中频信号。
10.如权利要求6所述微波光子双正交镜频抑制混频装置，其特征在于，调制模块通过双平行马赫曾德尔调制器或者马赫曾德尔调制器级联光滤波器实现所述载波抑制的单边带调制。
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