CN116155396A - 一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置及方法。相干光载波频率梳一分为二后，并通过马赫曾德尔光调制器和相位光调制器将射频待测信号分别调制到两路光载波频率梳上，上述两路被调制后的光载波经耦合器后耦合到一起，并经周期性的光滤波器滤波出特定信道的光调制边带信号；该光信号与光本振梳一同进入光波分解复用器分离出各个信道，在需要的信道上经光电探测器阵列拍频和指定电滤波器后输出统一的中频。相比现有技术，本发明无需一致性差的光混频器和90度电桥等不稳定器件，可在超宽带下大幅提高杂散抑制比。

Description

一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置及方法
技术领域
本发明属于微波光子技术、雷达相控阵技术领域。
背景技术
电子信息装备的工作频率范围不断向全频段拓展，要求电子战和雷达具备大瞬时带宽、高灵敏度、大动态范围，以及能够对同时到达的多频点，多形式信号进行无畸变的接收以及实时处理能力。信道化接收技术对电磁频谱进行分段、并行检测，实时、连续地分析每个电磁频段的信号，从而具有大瞬时带宽和全概率截获的潜力。目前电子信号接收系统受限于电子器件的宽带性能，缺少对应的宽频带的器件，并且频率的平坦性得不到保证，难以做到瞬时全频段覆盖；传统的信道化接收机通过功分器、带通滤波器组将射频整个侦察频带在微波域上划分为若干个均匀子带，然后针对每个子带进行检波和信号处理。但是传统的微波滤波器件在高频端有较大的损耗，而且系统复杂造价昂贵，微波域滤波的信道化接收机难以满足未来日益发展的一体化电子信息处理系统的要求。
基于微波光子的混频信道化接收机是一种面向宽带射频信号的光域处理技术，其基本架构如图1所示。从图中可以看出，基于微波光子的混频信道化接收机与传统信道化滤波接收机相比实现了如下几个方面的改进：首先，利用光频率梳实现了单器件或组件完成全部本振产生；其次，在光域通过光谱整形与解复用，实现了单器件完成全信道滤波和分离，需要注意的是，此处的滤波功能是在光域上实现的，故而能够在高频处进行滤波，突破传统微波滤波器的高频损耗的限制；再次，在光电转换的同时完成了变频，能够输出统一中频，从而降低了后续处理的难度；最后，优良的通道滤波可将信号边带与本振梳齿按照输出通道分隔开。如果通道滤波的性能不佳，相邻通道的本振梳齿和信号边带将落入通道内，拍频时将得到无用的杂散。针对该问题，可以从两方面解决，一方面可在系统条件允许下，提高本振光频梳及信号光频梳的梳齿间隔，这样，相邻梳齿间隔较远，比较容易将不需要的梳齿隔离在通道外；另一方面可以采用带有陡峭沿的光滤波器，这对光滤波器的性能是个挑战。对于载波抑制单边带调制，理论上，该种调制方法可将信号只加载在信号光频梳每个梳齿的一侧，即只得到+1(或-1)阶的信号边带。这样在每个信道内，输入光电探测器的光信号将只包含信号边带及本振光频梳的某一梳齿。由于没有其他任何无用的光频谱分量，最终输出的信号将只包含有用的信号而其他杂散均被有效抑制。然而在实际系统中，尤其是在宽带信号输入情况下，高性能的载波抑制单边带调制仍然是一个不小的挑战。例如，若载波抑制不彻底，载波与本振梳齿之间的拍频将会产生比较高的本振信号，从而造成较高的本振泄露；而另一个无用的-1(或+1)阶边带与本振梳齿的拍频将会得到无用的杂散。因为载波抑制单边带调制的实现方法是将输入信号通过90°微波电桥分成正交的两部分，然后分别送入双平行马赫-曾德调制器的两个射频端口。通过调节双平行马赫-曾德调制器的三个偏置电压，实现载波抑制的单边带调制。也就是说，这里的核心问题归结为如何引入宽带且精准的90°相移，然而这在实际应用中不存在能够覆盖十几GHz的精确相移器，在此基础上制作的载波抑制单边带调制器也仅仅能覆盖2GHz左右带宽，这与光信道化的大带宽是相违背的。因此，如何实现大带宽下抑制无用的-1(或+1)阶边带是关键问题。
发明内容
为实现大带宽下抑制无用的-1(或+1)阶边带目的，本发明提供了一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置及方法。
本发明提出的一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置，包括相干光载波频率梳、相干光本振频率梳、马赫曾德尔光调制器、相位光调制器、周期性光滤波器、光密集解波分复用器、光电探测器组和电滤波器组；其中上路中相干光载波频率梳一分为二与马赫曾德尔光调制器和相位光调制器相连，并一起与周期性光滤波器相连；下路相干光本振频率梳与上路周期性光滤波器后一起进入到光密集波分解复用器中；所述光密集波分解复用器输出多路与光接收机阵列相连，经光电探测器解调出对应信道的电信号。
进一步的，射频待检测信号一分为二通过马赫曾德尔光调制器和相位光调制器分别加载在并行的两路相干光载波频率梳上。
本发明还提供了一种光信道化接收机中杂散抑制方法，技术方案包括：
步骤一：相干光载波频率梳一分为二为并行两路传输；
步骤二：将射频待检测信号一分为二通过马赫曾德尔光调制器和相位光调制器分别加载在上述相同的两路相干光载波频率梳；
步骤三：将上述两路被调制过的光载波梳合到一起经过光周期性的滤波器，其中所述光滤波器与光本振梳有相同的周期频率间隔和固定的中心频率差；待测射频信号频率在对应信道上的光信号被保留，其余信道的光被抑制；
步骤四：该光信号与相干光本振频率梳一同进入光波分解复用器分离出各个信道，在需要的信道上经光电探测器阵列拍频和指定电滤波器后输出统一的中频。
进一步的，上述步骤三中，两路被调制过的光载波梳合到一起后其每个频梳上的调制左边带将被抵消。
本发明的有益效果是：
(1)通过两路并行的马赫曾德尔光调制器和相位光调制器实现了左边带抑制；
(2)周期性光滤波器无需特别的改变，可以实现杂散和杂散抑制。
附图说明
图1为现有光信道化原理结构图。
图2为本发明杂散抑制装置结构原理图。
图3为本发明实施例中各光梳对应的频谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例以本发明的技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
图2为本发明中一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置原理图。本发明包括相干光载波频率梳、相干光本振频率梳、马赫曾德尔光调制器、相位光调制器、周期性光滤波器、光密集解波分复用器、光电探测器组和电滤波器组；其中上路中相干光载波频率梳一分为二与马赫曾德尔光调制器和相位光调制器相连，并一起与周期性光滤波器相连；下路相干光本振频率梳与上路周期性光滤波器后一起进入到光密集波分解复用器中；所述光密集波分解复用器输出多路与光接收机阵列相连。
为了便于理解，下面结合一个具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。在本实施例中，设置相干光载波频率梳间隔为40GHz，共4根谱线，为方便表示，令其中心频率为0点，设置相干光本振频率梳间隔为53GHz，共4根谱线，其中心频率与相干光载波频率梳间隔为10GHz。其工作流程为：
(1)相干光载波频率梳频率分别为：-75GHz、-25GHz、25GHz和75GHz；相干光本振频率梳频率分别为：-69.5GHz、-16.5GHz、36.5GHz和89.5GHz；光周期性滤波器中心谱为：-67GHz、-14GHz、39GHz和92GHz，带宽4GHz；将相干光载波频率梳按照功率需求经光耦合器分为两路，分别送入马赫曾德尔光调制器和相位光调制器；
(2)将待测射频信号一分为二，分别调制到马赫曾德尔光调制器和相位光调制器上，令待测射频信号为f；此时，马赫曾德尔光调制器后输出信号±1阶边带频谱为-75GHz±f、-25GHz±f、25GHz±f和75GHz±f；此时，相位光调制器后输出信号±1阶边带，边带频谱为-75GHz±f、-25GHz±f、25GHz±f和75GHz±f；其中在每根梳上，马赫曾德尔光调制器和相位光调制器的-1阶边带相位相反；
(2)将上述马赫曾德尔光调制器和相位光调制器的输出光信号经光耦合器合到一起，通过调整光耦合器1的分配功率，使得-1阶边带功率相等，实现相互抵消。
(3)将上述仅带有0阶和+1阶的光载波梳信号经过光周期性的滤波器；仅有特定信道对应的一阶边带被滤出，其余的均落在对应信道的滤波器的带外被抑制，因此经光解波分复用器分离各个信道后，仅在该信道上存在光信号可与光本振梳齿拍频，其经过光电探测器后，输出对应的中频信号。

Claims (4)

1.一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置，其特征在于：包括相干光载波频率梳、相干光本振频率梳、马赫曾德尔光调制器、相位光调制器、周期性光滤波器、光密集解波分复用器、光电探测器组和电滤波器组；其中相干光载波频率梳一分为二与马赫曾德尔光调制器和相位光调制器相连，并一起与周期性光滤波器相连；相干光本振频率梳与周期性光滤波器后一起进入到光密集波分解复用器中；光密集波分解复用器输出多路与光电探测器阵列相连，经光电探测器解调出对应信道的电信号。
2.根据权利要求1所述的一种应用于光信道化接收机的杂散抑制装置，其特征在于：射频待检测信号一分为二通过马赫曾德尔光调制器和相位光调制器分别加载在并行的两路相干光载波频率梳上。
3.一种光信道化接收机中杂散抑制方法，其特性在于：
步骤一：相干光载波频率梳一分为二为并行两路传输；将射频待检测信号一分为二通过马赫曾德尔光调制器和相位光调制器分别加载在上述相同的两路相干光载波频率梳；
步骤二：将上述两路被调制过的光载波梳合路到一起，此时马赫曾德尔光调制器和相位光调制器的左边带相位相反，合路后被抵消，对应于左边带引起的杂散被抑制；
步骤三：经过周期性光滤波器，周期性光滤波器与光本振梳有相同的周期频率间隔和固定的中心频率差；待测射频信号有用频段在对应信道上的光信号被保留，其余杂散频段所对应信道的光被抑制；
步骤四：该光信号与相干光本振频率梳一同进入光波分解复用器分离出各个信道，在需要的信道上经光电探测器阵列拍频和指定电滤波器后输出统一的中频。
4.根据权利要求3所述的一种光信道化接收机中杂散抑制方法，其特征在于：所述步骤三中，两路被调制过的光载波梳合到一起后其每个频梳上的调制左边带将被抵消。
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