CN114448511A - 可重构多波段微波光子收发链路 - Google Patents

可重构多波段微波光子收发链路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可重构多波段微波光子收发链路，激光源为整个收发链路提供共同的光载波信号；多频率光本振模块为收发链路提供共同的可重构多频率光本振信号；多波段微波光子发射链路中，将多波段中频信号通过第一光电调制器转化为光载中频信号，再经过真时延处理，与另一路多频率光本振信号相干混频，最终转换为多波段发射射频信号；多波段微波光子接收链路将多波段射频信号通过第二光电调制器转化为光载射频信号，再经过真时延处理，与多频率光本振信号进行耦合，然后滤波分离出k个波段对应的光混频信号，转换为多波段中频信号。本发明可实现多波段信号的一体化同时收发，对多波段信号的工作频点及波段个数进行灵活的可重构。

Description

可重构多波段微波光子收发链路
技术领域
本发明属于微波光子收发系统技术领域，具体涉及一种可重构多波段微波光子收发链路。
背景技术
随着电子技术以及人工智能的飞速发展，在雷达、高速通信等领域，未来电子系统将变得越来越综合化，系统的多功能可重构一体化已经成为发展趋势。然而受电子器件带宽限制，传统电子技术的瓶颈已经越来越显现出来，面向多波段超大宽带信号的产生、接收以及移相处理等一系列问题的时候，往往采用多次倍频及多套系统拼接的方法，其构建的系统结构更复杂、窜扰严重、功耗更大。此外，传统的电移相器针对单一频率，只适合窄带工作范围，在宽带甚至跨波段信号波束形成时存在波束指向偏移，无法实现多频段宽带信号的精确波束指向。光子系统的载频可达数百太赫兹，具有与生俱来的大带宽特性特别适合处理宽带微波信号，采用微波光子技术，在光域上实现跨波段的微波信号的一体化处理，解决超大宽带信号的一体化生成、接收与处理以及系统设计等问题，光子真延时技术可以有效解决相控阵天线波束指向受瞬时带宽影响的问题，同时光子系统还具有体积小、重量轻和抗电磁干扰的特点。
目前，基于微波光子技术的多波段收发通道实现方法主要是基于偏振复用以及光波分复用的原理。基于偏振复用的系统通过偏振分束器实现多波段收发通道的复用，由于偏振分束器消光比有限，且光信号偏振传输过程中易受环境扰动，多波段通道间信号窜扰较严重；采用多激光器或锁模激光器光频梳的光波分复用系统较为复杂、体积较大、成本较高，且不易实现收发通道的可重构。
发明内容
本发明需解决的技术问题是提供一种基于微波光子技术的多波段收发链路，解决偏振复用方法和多激光源波分复用方法在多波段微波光子收发系统中存在的偏振窜扰、系统复杂且不易实现可重构等问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种可重构多波段微波光子收发链路，采用技术方案如下：
一种可重构多波段微波光子收发链路，包括激光源、多频率光本振模块、多波段微波光子发射链路、多波段微波光子接收链路；
所述激光源为整个收发链路提供共同的光载波信号；
所述多频率光本振模块通过对激光源分出的一路光信号调制微波本振信号，为收发链路提供共同的可重构多频率光本振信号；
所述多波段微波光子发射链路将多波段中频信号通过第一光电调制器转化为光载中频信号，再经过光延时器进行真时延处理后，与另一路经过可重构滤波器处理的多频率光本振信号通过光耦合器进行相干混频，最终经过光放大器后进入光电探测器转换为多波段发射射频信号；
所述多波段微波光子接收链路将多波段射频信号通过第二光电调制器转化为光载射频信号，再经过光延时器进行真时延处理后，与多频率光本振信号通过光耦合器进行耦合，然后进入多通道可重构滤波器，分离出k个波段对应的光混频信号，进入光电探测器转换为多波段中频信号。
进一步地，所述激光器为窄线宽低相对强度噪声激光器。
进一步地，所述的多频率光本振模块由马赫-曾德尔调制器和相位调制器级联或多个马赫-曾德尔调制器级联组成。
进一步地，所述第一光电调制器为双平行马赫增德尔调制器，工作在载波抑制单边带调制状态。
进一步地，所述光延时器通过开关切换不同延时量光波导实现延时控制。
进一步地，所述可重构光滤波器和多通道可重构滤波器选用基于硅基液晶灵活栅格技术的可重构光滤波器或基于线性啁啾布拉格光纤光栅的可重构光滤波器。
进一步地，所述第二光电调制器为宽带马赫增德尔调制器或宽带相位调制器。
进一步地，所述多波段中频信号可以为单一中频，即k个波段射频信号采用相同的中频信号，也可以由j(j＝2，..k)个中频组成，通过对接收链路得到k个多波段中频信号进行后续处理，分离出不同基带实现多波段不同的工作功能。
根据上述技术方案，本发明的有益效果为：
1.采用微波光子技术结合了光子器件的宽带特性和电本振信号的灵活响应特性，以单一光子链路结构完成多波段微波信号的一体化收发处理，实现对多波段信号的工作频点及波段个数进行灵活的可重构，并且可以通过多波段中频携带多个不同的基带实现多波段不同的工作功能。
2.通过一次电光－光电转换，在光域上实现多波段信号上下变频和多波段信号真时延的一体化处理，避免了多次电光－光电引入的额外损耗及噪声，具有结构简单、稳定性高和易于调谐的优点。
附图说明
图1示出了本发明实施例提供的可重构多波段微波光子收发链路原理框图；
图2示出了本发明实施例提供的微波光子多波段发射链路原理图；
图3示出了本发明实施例提供的多波段发射过程光谱图；
图4示出了本发明实施例提供的微波光子多波段接收链路原理图；
图5示出了本发明实施例提供的多波段接收过程光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1示出了本发明实施例提供的可重构多波段微波光子收发链路原理框图，包括激光源、多频率光本振模块、多波段微波光子发射链路、多波段微波光子接收链路。激光源为整个收发链路提供共同的光载波信号；多频率光本振模块中，通过对激光源分出的一路光信号调制微波本振信号，为收发链路提供共同的可重构多频率光本振信号；多波段微波光子发射链路中，将多波段中频信号通过第一光电调制器转化为光载中频信号，再经过光延时器进行真时延处理后，与另一路经过可重构滤波器处理的多频率光本振信号通过光耦合器进行相干混频，最终经过光放大器后进入光电探测器转换为多波段发射射频信号；多波段微波光子接收链路中，将多波段射频信号通过第二光电调制器转化为光载射频信号，再经过光延时器进行真时延处理后，与多频率光本振信号通过光耦合器进行耦合，然后进入多通道可重构滤波器，分离出k(k不小于2)个波段对应的光混频信号，进入光电探测器转换为多波段中频信号。
在本发明实施中，所述激光器为窄线宽低相对强度噪声激光器。
在本发明实施中，所述多频率光本振模块由马赫-曾德尔调制器和相位调制器级联组成。通过对激光源调制微波本振信号，产生可重构多频率光本振。所述的微波本振信号由频点可调谐的微波信号源产生。
微波本振调制信号(ωL)分为两路，两路分别驱动马赫-曾德尔调制器和相位调制器，通过一路加入移向器调节两路信号的相位差θ，其中马赫-曾德尔调制器工作在载波抑制状态，级联调制后输出的光场可以表示为
Figure BDA0002758062080000051
其中，ω0为激光器频率，β1和β2分别为马赫-曾德尔和相位的调制系数，φ为马赫-曾德尔的偏置角。假设马赫-曾德尔调制器和相位调制器的输入信号分别为V1sin(ωLt)和V2sin(ωLt)，则β1＝πV1/2Vπ2，β2＝πV2/2Vπ2。将贝塞尔函数展开，其中第k阶光边带的光功率满足
Figure BDA0002758062080000052
从上式可得，各阶光边带的功率由β1、β2、θ和φ这四个参数共同确定。多频率光本振具有对称边带分布，即φ必须为0或π，则各阶光边带的光功率由β1、β2和θ这三个参数共同决定。利用参数扫描法数值仿真可以得到的优化参数，一组不同边带个数的多频率光本振较优的数据如下表所示。
MZM与PM级联生成多频率光本振的优化参数
Figure BDA0002758062080000061
因此，通过调节输入微波本振调制信号的频点ωL，输出多频率光本振分量包括ω0-mωL、…、ω0-ωL、ω0、ω0+ωL、…、ω0+mωL。依据实际使用需求，选取合适的控制参数，可以实现分量个数k及频率间隔可重构。
如图2所示，本发明实施例中的多波段微波光子发射链路包括第一光电调制器、光延时器、可重构滤波器、光耦合器、光放大器和光电探测器。
其中第一光电调制器采用双平行马赫-增德尔调制器，控制双平行马赫-增德尔调制器工作在载波抑制单边带调制状态，将多波段中频信号通过第一光电调制器转化为光载中频信号ω0-ωIF，各波段可以共用相同的中频信号，亦可独立分别使用多个中频信号ωIFk，如图3a所示。
光载中频信号随后通过光延时器，光延时器可以是通过开关切换不同延时量光波导，实现对光信号高精度多位延时控制，从根源上消除了相控阵系统的孔径效应，可以实现多波段信号的同时波束指向无偏斜。
多频率光本振先通过可重构光滤波器处理，可以选用基于硅基液晶灵活栅格技术的可重构光滤波器或基于线性啁啾布拉格光纤光栅的可重构光滤波器。调节可重构光滤波器滤出k(k不小于2)个波段对应的光本振信号，包括ω0+nωL、…、ω0+mωL等，如图3b所示。
经过真时延后的光载中频信号与滤波后的多频率光本振通过光耦合器进行相干混频，最终经过光放大器后进入光电探测器转换为多波段发射射频信号，k个波段射频信号包括ωRF1＝nωL+ωIF、…、ωRFk＝mωL+ωIF。
如图4所示，本发明实施例中的多波段微波光子接收链路，包括第二光电调制器、光延时器、光耦合器、多通道可重构光滤波器、光电探测器和电低通滤波器。
其中第二光电调制器可以为宽带马赫增德尔调制器或宽带相位调制器，将多波段射频信号通过第二光电调制器转化为光载射频信号，k个波段光载射频信号包括ω0+nωL+ωIF、…、ω0+mωL+ωIF，如图5a所示。
经过真时延后的光载射频信号与多频率光本振信号通过光耦合器进行耦合，然后进入多通道可重构光滤波器，分离出k(k不小于2)个波段对应的光混频信号，进入光电探测器转换为多波段中频信号，如图5b所示。多通道可重构光滤波器可以选用基于硅基液晶灵活栅格技术的可重构光滤波器或基于线性啁啾布拉格光纤光栅的可重构光滤波器。
本发明采用的可重构多波段微波光子收发链路，可实现多波段信号的一体化同时收发，支撑多波段信号的一致性波束形成，可以对多波段信号的工作频点及波段个数进行灵活的可重构，并且可以通过多波段中频携带多个不同的基带实现多波段不同的工作功能。
上述具体实施方式仅用于解释和说明本发明的权利要求，并不能构成对权利要求的限定。所应理解的是，在本发明的技术方案的基础上进行的任何简单的修改、变形或替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，包括激光源、多频率光本振模块、多波段微波光子发射链路、多波段微波光子接收链路；
所述激光源为整个收发链路提供共同的光载波信号；
所述多频率光本振模块通过对激光源分出的一路光信号调制微波本振信号，为收发链路提供共同的可重构多频率光本振信号；
所述多波段微波光子发射链路将多波段中频信号通过第一光电调制器转化为光载中频信号，再经过光延时器进行真时延处理后，与另一路经过可重构滤波器处理的多频率光本振信号通过光耦合器进行相干混频，最终经过光放大器后进入光电探测器转换为多波段发射射频信号；
所述多波段微波光子接收链路将多波段射频信号通过第二光电调制器转化为光载射频信号，再经过光延时器进行真时延处理后，与多频率光本振信号通过光耦合器进行耦合，然后进入多通道可重构滤波器，分离出k个波段对应的光混频信号，进入光电探测器转换为多波段中频信号。
2.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述激光器为窄线宽低相对强度噪声激光器。
3.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述的多频率光本振模块由马赫-曾德尔调制器和相位调制器级联或多个马赫-曾德尔调制器级联组成。
4.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述第一光电调制器为双平行马赫增德尔调制器，工作在载波抑制单边带调制状态。
5.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述光延时器通过开关切换不同延时量光波导实现延时控制。
6.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述可重构光滤波器和多通道可重构滤波器选用基于硅基液晶灵活栅格技术的可重构光滤波器或基于线性啁啾布拉格光纤光栅的可重构光滤波器。
7.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述第二光电调制器为宽带马赫增德尔调制器或宽带相位调制器。
8.根据权利要求1所述的一种可重构多波段微波光子收发链路，其特征在于，所述多波段中频信号为单一中频，即k个波段射频信号采用相同的中频信号，或由j个中频组成，j＝2，..k，通过对接收链路得到k个多波段中频信号进行处理，分离出不同基带信号。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114978331A (zh) * 2022-05-16 2022-08-30 中国空间技术研究院 基于光外差的微波毫米波信号发射系统

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050094928A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Willie Ng Bipolar RF-photonic transversal filter with dynamically reconfigurable passbands
CN105429630A (zh) * 2015-12-29 2016-03-23 北京华航无线电测量研究所 一种Ku波段双通道分时复用的信号产生装置
CN107370541A (zh) * 2017-07-11 2017-11-21 华东师范大学 频率可调谐无本振相位编码信号光学产生装置及方法
CN108768537A (zh) * 2018-05-24 2018-11-06 南京航空航天大学 基于多频光本振的多波段可重构信号产生方法及装置
CN109298239A (zh) * 2018-09-25 2019-02-01 中国空间技术研究院 面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法
CN111181683A (zh) * 2020-01-08 2020-05-19 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 一种基于微波光子的超宽带接收机的装置及设计方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050094928A1 (en) * 2003-11-03 2005-05-05 Willie Ng Bipolar RF-photonic transversal filter with dynamically reconfigurable passbands
CN105429630A (zh) * 2015-12-29 2016-03-23 北京华航无线电测量研究所 一种Ku波段双通道分时复用的信号产生装置
CN107370541A (zh) * 2017-07-11 2017-11-21 华东师范大学 频率可调谐无本振相位编码信号光学产生装置及方法
CN108768537A (zh) * 2018-05-24 2018-11-06 南京航空航天大学 基于多频光本振的多波段可重构信号产生方法及装置
CN109298239A (zh) * 2018-09-25 2019-02-01 中国空间技术研究院 面向微波频谱测量的光子欠采样系统及方法
CN111181683A (zh) * 2020-01-08 2020-05-19 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 一种基于微波光子的超宽带接收机的装置及设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PAOLO GHELFI: "Photonics for Radars Operating on Multiple Coherent Bands", 《 JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 *
田跃龙;刘志国;: "微波光子雷达技术综述", 电子科技 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114978331A (zh) * 2022-05-16 2022-08-30 中国空间技术研究院 基于光外差的微波毫米波信号发射系统

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