CN115276821B - 一种光子集成多频段微波信号同步接收装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光子集成多频段微波信号同步接收装置与方法，属于微波光子技术领域。所述接收装置包括激光器、电光转换单元、接收天线，波分复用单元,光域滤波单元和光电转换单元。本发明采用电光相位调制方式实现天线接收的微波信号由电域转换至光域。采用波长交错滤波器对多路光载相位调制微波信号进行光域滤波处理，同步实现多路信号的相位调制到强度调制的转换，仅需一个光电探测器即可接收得到多频段的微波信号，有效提升接收系统的集成度。采用光子集成工艺进行光电集成，大大减小了接收系统的体积、重量和功耗。为多频段微波信号的接收、传输与处理提出了有效的解决方案。

Description

一种光子集成多频段微波信号同步接收装置与方法
技术领域
本发明属于微波光子学技术领域，涉及一种光子集成多频段微波信号同步接收装置与方法。
背景技术
新一代微波通信、探测、防御、对抗等系统将工作在多个频段，载荷平台上部署多个天线对不同频段的微波信号进行接收与处理，这对多频段微波信号的接收、传输与处理能力提出了更高的要求，尤其是卫星、飞机、舰船等对平台载荷的体积、重量、功耗、电磁兼容等性能要求苛刻的场合，传统的电学处理方法面临较大的挑战。
微波光子技术是微波技术与光子技术交叉融合的新兴技术，充分发挥光子技术的大带宽、低损耗、高抗电磁干扰特性和微波技术的广覆盖、可移动、高灵活特性。结合新近发展的光子集成制备工艺，微波光子技术在新一代通信、智能交通系统、雷达等领域展现出极大的性能优势和发展潜力。
发明内容
本发明提供一种光子集成多频段微波信号同步接收装置与方法，有效解决传统电学处理方法面临的挑战。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种光子集成多频段微波信号同步接收装置，所述的装置包括激光器1、电光转换单元1、接收天线1，激光器2、电光转换单元2、接收天线2，激光器3、电光转换单元3、接收天线3，……，激光器2M-1、电光转换单元2M-1、接收天线2M-1，激光器2M、电光转换单元2M、接收天线2M，波分复用单元1，波分复用单元2，光域滤波单元和光电转换单元构成。
所述的激光器1和电光转换单元1、激光器2和电光转换单元2、激光器3和电光转换单元3、……、激光器2M-1和电光转换单元2M-1、激光器2M和电光转换单元2M，采用混合光子集成工艺制备在同一光电集成芯片上。
所述的波分复用单元1、波分复用单元2、光域滤波单元和光电转换单元采用光子集成工艺制备，构成光域处理与光电转换片上集成系统。
所述的接收天线1、接收天线2、接收天线3、……、接收天线2M-1、接收天线2M，分别接收不同频段的微波信号。
所述电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、……，电光转换单元2M-1、电光转换单元2M，其实现电光转换的方式为电光相位调制。
所述光域处理与光电转换片上集成系统与电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、……、电光转换单元2M-1和电光转换单元2M，通过光纤远距离连接或集成光波导近距离相连。
所述光域滤波单元为波长交错滤波器，即光域滤波单元的端口1输入→端口3输出的滤波响应，与端口2输入→端口3输出的滤波响应，带通与带阻的频谱响应互相交错。相邻的通带中心频率与阻带中心频率的差值大于光电探测器的频率响应带宽。
所述光电转换单元为单个高饱和功率的光电探测器。
所述激光器1、激光器2、激光器3、激光器4、……、激光器2M-1、激光器2M发出光波的频率fC1、fC2、fC3、fC4、……、fC2M-1、fC2M，相邻频率的间隔大于光电转换单元的频率响应带宽。fC1、fC3、……、fC2M-1位于光域滤波单元的端口1输入→端口3输出的通带内，fC2、fC4、……、fC2M位于光域滤波单元的端口2输入→端口3输出的通带内。
一种光子集成多频段微波信号同步接收装置，实现多频段微波信号同步接收的方法，包括如下步骤：
首先，接收天线1、接收天线2、接收天线3、……、接收天线2M-1和接收天线2M接收的不同频段的微波信号分别经电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、……、电光转换单元2M-1和电光转换单元2M，调制到激光器1、激光器2、激光器3、、激光器4、……、激光器2M-1和激光器2M发出的光波fC1、fC2、fC3、fC4、……、fC2M-1、fC2M上，输出相位调制光载微波信号。
其次，光波fC1、fC3、……、fC2M-1承载的相位调制微波信号由波分复用单元1合路，进入光域滤波单元的端口1，光域滤波单元滤除相位调制光载微波信号的左边带，端口3输出光载波+右边带信号，实现相位调制到强度调制的转换。光波fC2、fC4、……、fC2M承载的相位调制微波信号由波分复用单元2合路，进入光域滤波单元的端口2，光域滤波单元滤除相位调制光载微波信号的左边带，端口3输出光载波+右边带信号，实现相位调制到强度调制的转换。
最后，光波fC1、fC2、fC3、fC4、……、fC2M-1、fC2M分别承载的单边带微波信号同步进入光电转换单元，经光电探测输出微波信号，完成多频段微波信号的同步接收。
本发明的有益效果是：
(1)采用电光相位调制方式实现天线接收的微波信号由电域转换至光域，避免了通常马赫-曾德强度调制方式所需的直流偏压控制，极大简化了电光转换单元的结构，提升了系统的稳定度。
(2)采用波长交错滤波器对多路光载相位调制微波信号进行光域滤波处理，同步实现多路信号的相位调制到强度调制的转换，仅需一个光电探测器即可接收得到多频段的微波信号，有效提升接收系统的集成度。
(3)采用光子集成工艺把激光器、电光转换单元，以及波分复用器、光域滤波单元和光电转换单元进行光电集成，大大减小了系统的体积、重量和功耗。
附图说明
图1为光子集成多频段微波信号同步接收装置示意图；
图2为光域滤波单元的滤波响应频谱示意图；
图3为光域滤波单元的端口1输入→端口3输出、端口2输入→端口3输出的滤波处理频谱示意图；
图4为光电转换单元输出的微波信号频谱示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
一种光子集成多频段微波信号同步接收装置，包括：激光器1、电光转换单元1、接收天线1、激光器2、电光转换单元2、接收天线2，激光器3、电光转换单元3、接收天线3，……，激光器2M-1、电光转换单元2M-1、接收天线2M-1,激光器2M、电光转换单元2M、接收天线2M。
以6路不同频段的微波信号接收为例，进行说明：
接收天线1、接收天线2、接收天线3、接收天线4、接收天线5、接收天线6接收的6路不同频段的微波信号分别经电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、电光转换单元4、电光转换单元5、电光转换单元6，调制到激光器1、激光器2、激光器3、激光器4、激光器5、激光器6发出的光波fC1、fC2、fC3、fC4、fC5、fC6上，产生相位调制光载微波信号。
光波fC1、fC3、fC5承载的相位调制微波信号由波分复用单元1合路，进入光域滤波单元的端口1，光波fC2、fC4、fC6承载的相位调制微波信号由波分复用单元2合路，进入光域滤波单元的端口2。图2给出光域滤波单元的滤波频率响应频谱示意图，端口1输入→端口3输出和端口2输入→端口3的滤波响应为交错滤波。图3给出了光波fC1、fC3、fC5承载的相位调制微波信号由光域滤波单元的端口1输入，由端口3输出滤波处理频谱示意图，以及光波fC2、fC4、fC6承载的相位调制微波信号由光域滤波单元的端口2输入，由端口3输出滤波处理频谱示意图。从图3可以看出相位调制光载微波信号经光域滤波单元滤除了左侧的边带，输出光载波+右边带信号，实现相位调制到强度调制的转换。
由光域滤波单元的端口3输出的光波fC1、fC2、fC3、fC4、fC5、fC6分别承载的单边带微波信号进入光电转换单元，经光电探测输出微波信号，完成6个不同频段微波信号的同步接收。图4给出了光电转换单元输出的6路微波信号频谱示意图。
以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种光子集成多频段微波信号同步接收装置，其特征在于，所述的装置包括：激光器1、电光转换单元1、接收天线1，激光器2、电光转换单元2、接收天线2，激光器3、电光转换单元3、接收天线3，……，激光器2M-1、电光转换单元2M-1、接收天线2M-1，激光器2M、电光转换单元2M、接收天线2M，波分复用单元1，波分复用单元2，光域滤波单元和光电转换单元构成；
所述激光器1和电光转换单元1、激光器2和电光转换单元2、激光器3和电光转换单元3、……、激光器2M-1和电光转换单元2M-1、激光器2M和电光转换单元2M，采用混合光子集成工艺制备在同一光电集成芯片上；
所述波分复用单元1、波分复用单元2、光域滤波单元和光电转换单元采用光子集成工艺制备，构成光域处理与光电转换片上集成系统；
所述接收天线1、接收天线2、接收天线3、……、接收天线2M-1、接收天线2M，分别接收不同频段的微波信号；
所述电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、……、电光转换单元2M-1、电光转换单元2M，其实现电光转换的方式为电光相位调制；
所述光域处理与光电转换片上集成系统与电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、……、电光转换单元2M-1和电光转换单元2M，通过光纤远距离连接或集成光波导近距离相连；
所述光域滤波单元为波长交错滤波器，即光域滤波单元的端口1输入→端口3输出的滤波响应，与端口2输入→端口3输出的滤波响应，带通与带阻的频谱响应互相交错；相邻的通带中心频率与阻带中心频率的差值大于光电探测器的频率响应带宽；
所述激光器1、激光器2、激光器3、激光器4、……、激光器2M-1、激光器2M发出光波的频率fC1、fC2、fC3、fC4、……、fC2M-1、fC2M，相邻频率的间隔大于光电转换单元的频率响应带宽；fC1、fC3、……、fC2M-1位于光域滤波单元的端口1输入→端口3输出的通带内，fC2、fC4、……、fC2M位于光域滤波单元的端口2输入→端口3输出的通带内。
2.根据权利要求1所述的一种光子集成多频段微波信号同步接收装置，其特征在于，所述光电转换单元为单个高饱和功率的光电探测器。
3.一种基于权利要求1或2所述的装置实现的光子集成多频段微波信号同步接收方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，接收天线1、接收天线2、接收天线3、……、接收天线2M-1和接收天线2M接收的不同频段的微波信号分别经电光转换单元1、电光转换单元2、电光转换单元3、……，电光转换单元2M-1和电光转换单元2M，调制到激光器1、激光器2、激光器3、激光器4、……、激光器2M-1和激光器2M发出的光波fC1、fC2、fC3、fC4、……、fC2M-1、fC2M上，输出相位调制光载微波信号；
其次，光波fC1、fC3、……、fC2M-1承载的相位调制微波信号由波分复用单元1合路，进入光域滤波单元的端口1，光域滤波单元滤除相位调制光载微波信号的左边带，端口3输出光载波+右边带信号，实现相位调制到强度调制的转换；光波fC2、fC4、……、fC2M承载的相位调制微波信号由波分复用单元2合路，进入光域滤波单元的端口2，光域滤波单元滤除相位调制光载微波信号的左边带，端口3输出光载波+右边带信号，实现相位调制到强度调制的转换；
最后，光波fC1、fC2、fC3、fC4、……、fC2M-1、fC2M分别承载的单边带微波信号同步进入光电转换单元，经光电探测输出微波信号，完成多频段微波信号的同步接收。
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