CN116455411A - 一种宽带变频装置和方法 - Google Patents

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CN116455411A CN202210012286.XA CN202210012286A CN116455411A CN 116455411 A CN116455411 A CN 116455411A CN 202210012286 A CN202210012286 A CN 202210012286A CN 116455411 A CN116455411 A CN 116455411A
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张卫杰
赵泽平
赵奕儒
刘建国
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Abstract

本公开提供了一种宽带变频装置和方法，其中，宽带变频装置包括：光电混合频率源模块，用于生成光载波信号、微波信号和光本振信号；变频器，用于接收输入信号和微波信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，得到变频信号；抑制模块，包括调制器和探测器，调制器用于接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号；探测器用于接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。本公开通过对输入信号进行变频处理，同时利用光载波的宽带和抗干扰特性，通过光外差拍频技术，可以有效地抑制变频过程中频带内的谐波、杂散和交调信号。

Description

一种宽带变频装置和方法
技术领域
本公开涉及微波光子技术和微波变频技术领域，尤其涉及一种宽带变频装置和方法。
背景技术
微波变频采用了超外差技术，通过与本振信号混频改变信号的频率，便于信号的空间辐射传输和接收，其核心是变频器设计。根据工程需要，微波变频分为上变频和下变频。上变频技术将中频信号通过混频提高到指定的射频频点，实现高增益发射和传输；下变频技术将空间射频信号通过混频滤波搬移到固定的中频频点，方便信号处理电路进行采样和处理。
微波变频通常会引入众多的组合频率干扰，例如杂散、交调、镜像频率干扰等。以接收机为例，当前变频有两种思路：高中频和低中频，采用高中频，有利于抑制镜频干扰，滤波容易；低中频在相同Q值条件下，中频滤波带宽窄，利于选择信道、稳定的高增益。微波宽带变频信号质量直接影响信号处理的效果，进而降低系统的技术性能指标。微波变频技术正向宽带、高增益、稳定信道方向发展。
公开内容
鉴于上述问题，本公开提供了一种宽带变频装置和方法。
根据本公开的第一个方面，提供了一种宽带变频装置，包括：
光电混合频率源模块，用于生成光载波信号、微波信号和光本振信号；
变频器，用于接收输入信号和微波信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，得到变频信号；
抑制模块，包括调制器和探测器，调制器用于接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号；
探测器用于接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。
可选地，宽带变频装置还包括：
滤波器，用于接收输出信号，对输出信号进行滤波处理。
可选地，光电混合频率源模块包括：
频综，用于生成第二微波信号和微波信号；
激光源，用于生成光载波信号；
第二调制器，和频综、激光源相连接，用于接收第二微波信号和光载波信号，并将第二微波信号调制到光载波信号上，得到光本振信号。
可选地，光电混合频率源模块还用于为变频器和抑制模块提供时钟基准。
可选地，对输入信号进行变频处理包括：对输入信号进行上变频处理。
可选地，宽带变频装置还包括：放大器；当输入信号为中频信号时，放大器与滤波器相连接，用于对滤波处理后的输出信号进行放大处理；
当输入信号为射频信号时，放大器与变频器相连接，用于接收输入信号，对输入信号进行放大处理，并将放大处理后的输入信号传输给变频器。
本公开的第二个方面，提供了一种宽带变频方法，包括：
光电混合频率源模块生成光载波信号、微波信号和光本振信号；
变频器接收输入信号和微波信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，得到变频信号；
抑制模块的调制器接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号；
抑制模块的探测器接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。
可选地，对输入信号进行变频处理包括：对输入信号进行上变频处理。
可选地，方法还包括：
滤波器接收输出信号，对输出信号进行滤波处理。
可选地，光电混合频率源模块生成光载波信号、微波信号和光本振信号，具体包括：
频综生成第二微波信号和微波信号；
激光源生成光载波信号；
第二调制器接收第二微波信号和光载波信号，并将第二微波信号调制到光载波信号上，得到光本振信号。
本公开提供的宽带变频装置包括：光电混合频率源模块，用于生成光载波信号、微波信号和光本振信号；变频器，用于接收输入信号和微波信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，得到变频信号；抑制模块，包括调制器和探测器，调制器用于接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号；探测器用于接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。本公开引入了调制器与探测器，先对输入信号进行变频处理，同时利用光载波的宽带和抗干扰特性，通过光外差拍频技术，可以有效地抑制变频过程中频带内的谐波、杂散和交调信号。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频装置的结构示意图；
图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频装置的应用实例示意图；
图3A和图3B示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频装置的拍频频谱图；以及
图4A-图4B示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频方法流程示意图。
附图标记说明：
100变频器；200光电混合频率源模块；201频综；202激光源；203第二调制器；300抑制模块；301调制器；302探测器；400滤波器；500放大器。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本公开。
图1示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频装置的结构示意图。
如图1所示，在本公开一实施例中，该宽带变频装置包括：光电混合频率源模块200，用于生成光载波信号、微波信号和光本振信号；变频器100，用于接收输入信号和微波信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，得到变频信号；抑制模块300，包括调制器301和探测器302，调制器301用于接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号；探测器302用于接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。
微波变频通常会引入众多的组合频率干扰，例如杂散、交调、镜像频率干扰等，为了提高变频之后的信号质量，需要消除或抑制这些干扰因素，在本实施例中，变频器100接收光电混合频率源模块200输出的微波信号和输入信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，变频处理又分为上变频处理和下变频处理，本实施例中变频器对输入信号进行上变频处理，得到变频信号，为了抑制变频处理过程中引入的干扰因素，本实施例中的宽带变频装置还包括抑制模块300，抑制模块300包括调制器301和探测器302，其中，调制器301接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号，探测器302接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，便可得到输出信号。输入信号进行变频处理后，引入了谐波、杂散、交调信号等该干扰因素，本实施例中利用光载波的宽带和抗干扰特性，通过光外差拍频技术，可以有效地抑制变频过程中频带内的谐波、杂散和交调信号。
在本公开一实施例中，宽带变频装置还包括滤波器400，滤波器400用于接收输出信号，对输出信号进行滤波处理。
在本实施例中，宽带变频装置还可以设置滤波器400，利用滤波器400来接收探测器302输出的输出信号，对输出信号进行滤波处理。进一步的滤除变频处理后的输入信号中的干扰因素。
在本公开一实施例中，光电混合频率源模块200包括：
频综201，用于生成第二微波信号和微波信号。
激光源202，用于生成光载波信号。
第二调制器203，和频综201、激光源202相连接，用于接收第二微波信号和光载波信号，并将第二微波信号调制到光载波信号上，得到光本振信号。
在本实施例中，因为光载波的抗干扰特性等对抑制变频处理后的输入信号中的谐波、杂散和交调信号等有一定作用，同时，将光本振信号和经变频处理、调制处理后的输入信号进行拍频，对抑制变频处理后的输入信号中的谐波、杂散和交调信号等也有一定作用，因此，本实施例中光电混合频率源模块包括生成微波信号的频综201，也包括生成光载波信号的激光源202，同时还包括生成光本振信号的第二调制器203，具体地，频综201生成微波信号，将微波信号传输给第二调制器203以及变频器100，激光源202生成光载波信号，将光载波信号传输给第二调制器203和抑制模块300中的调制器301，第二调制器203接收到微波信号和光载波信号后，将微波信号调制到光载波信号上，生成光本振信号。此外，为了达到更好的抑制效果，还可以在激光源202之后连接一个放大器，将激光源202输出的光载波信号放大之后再传输给第二调制器和抑制模块300中的调制器301。
在本公开一实施例中，光电混合频率源模块200还用于为变频器100和抑制模块300提供时钟基准。
在本公开一实施例中，宽带变频装置还包括：放大器500；当输入信号为中频信号时，放大器500与滤波器400相连接，用于对滤波处理后的输出信号进行放大处理；当输入信号为射频信号时，放大器500与变频器100相连接，用于接收输入信号，对输入信号进行放大处理，并将放大处理后的输入信号传输给变频器100。
在本实施例中，当输入信号为中频信号时，输入信号经变频处理等之后得到输出信号，为了便于向外传输输出信号，可以利用放大器500对输出信号进行放大处理，具体地，例如可以选择固态功率放大器对输出信号进行放大处理。当输入信号为射频信号时，为了便于对输入信号进行后续处理，需要利用放大器500对输入信号进行放大处理，具体地，例如可以选择低噪声放大器来处理输入信号，再将放大处理后的输入信号传输至变频器100。对输入信号进行放大处理后再传输给变频器100进行变频处理，可以使后续的抑制模块300更好的抑制变频处理过程中频带内的谐波、杂散和交调信号。
下面将结合图2和具体地实施例详细的描述上述的宽带变频装置。图2示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频装置的应用实例示意图。如图2所示，在本公开一实施例中，在一宽带变频装置中设置了两个变频器100和两个抑制模块300，本实施例中将用于信号输出的变频器100和抑制模块300称为第一变频模块，将用于接收外部信号的变频器100和抑制模块300称为第二变频模块。在本实施例中，光电混合频率源模块200中的频综201生成的第二微波信号为f1-1.8GHz，生成的微波信号为22GHz，激光源202生成一个波长为1550nm的光载波信号，第二调制器203接收第二微波信号和光载波信号(1550nm)，将第二微波信号调制到光载波信号(1550nm)上，得到光本振信号。
在进行信号输出时，第一变频模块中的变频器100接收的输入信号为1.8GHz，频综201将上述微波信号(22GHz)传输至第一变频模块的变频器100，第一变频模块的变频器100利用微波信号(22GHz)对输入信号(1.8GHz)进行上变频处理，得到一个20.2GHz的信号，第一变频模块的变频器100将20.2GHz的信号传输给第一变频模块的调制器301，第一变频模块的调制器301还接收激光源202传输的光载波信号(1550nm)，第一变频模块的调制器301将20.2GHz的信号调制光载波信号(1550nm)上，并将已调信号传输给第一变频模块的探测器302，第一变频模块的探测器302还接收第二调制器203传输的光本振信号，第一变频模块的探测器302将已调信号和光本振信号进行拍频处理，拍频处理后的拍频频谱图如图3A所示，在中心频点f0(1550nm)两侧会产生两对边带信号，其与中心频点f0的距离分别是20.2GHz和f1-1.gGHz，在差频过程中会产生很多信号，如20.2GHz、f1-1.8GHz、f1-22GHz、40.4GHz、2(f1-1.8GHz)、f1+18.4GHz、…，经过滤波器滤波后，所需要的f1-22GHz的信号很容易被滤出。
在处理接收到的信号时，第二变频模块的变频器100接收到的输入信号为2～18GHz，频综201将上述微波信号(22GHz)传输至第二变频模块的变频器100，第二变频模块的变频器100利用微波信号(22GHz)对输入信号(2～18GHz)进行上变频处理，得到一个24～40GHz的信号，第二变频模块的变频器100将24～40GHz的信号传输给第二变频模块的调制器，第二变频模块的调制器301将24～40GHz的信号调制到接收动的光载波信号(1550nm)上，然后将已调信号传输给第二变频模块的探测器302，第二变频模块的探测器302将已调信号和光本振信号进行拍频处理，拍频处理后的拍频频谱图如图3B所示，在中心频点f0(1550nm)两侧产生两对边带信号，其与中心频点f0的距离分别是f1-1.8GHz和f1，在拍频过程中也会产生诸多信号，如f1、f1-1.8GHz、1.8GHz、2f1、2(f1-1.8GHz)、2f1-1.8GHz、…，经过滤波器滤波后，所需要的1.8GHz信号很容易被滤出。
本公开还提供了一种宽带变频方法，具体原理与上述宽带变频装置相似或相同，在此不再赘述。
图4A-图4B示意性示出了本公开一实施例提供的一种宽带变频方法流程示意图，如图4A所示，该方法包括操作S410-操作S440。
在操作S410，光电混合频率源模块200生成光载波信号、微波信号和光本振信号。
在操作S420，变频器100接收输入信号和微波信号，并利用微波信号对输入信号进行变频处理，得到变频信号。
在操作S430，抑制模块300的调制器301接收变频信号和光载波信号，将变频信号调制到光载波信号上，得到已调信号。
在操作S440，抑制模块300的探测器302接收已调信号和光本振信号，将已调信号和光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。
如图4B所示，其中，操作S410包括操作S411-操作S413。
在操作S411，频综201生成第二微波信号和微波信号。
在操作S412，激光源202生成光载波信号。
在操作S413，第二调制器203接收第二微波信号和光载波信号，并将第二微波信号调制到光载波信号上，得到光本振信号。
附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的方法的可能实现的体系架构、功能和操作。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (10)

1.一种宽带变频装置，其特征在于，包括：
光电混合频率源模块(200)，用于生成光载波信号、微波信号和光本振信号；
变频器(100)，用于接收输入信号和所述微波信号，并利用所述微波信号对所述输入信号进行变频处理，得到变频信号；
抑制模块(300)，包括调制器(301)和探测器(302)，所述调制器(301)用于接收所述变频信号和所述光载波信号，将所述变频信号调制到所述光载波信号上，得到已调信号；
所述探测器(302)用于接收所述已调信号和所述光本振信号，将所述已调信号和所述光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。
2.根据权利要求1所述的宽带变频装置，其特征在于，所述宽带变频装置还包括：
滤波器(400)，用于接收所述输出信号，对所述输出信号进行滤波处理。
3.根据权利要求1所述的宽带变频装置，其特征在于，所述光电混合频率源模块(200)包括：
频综(201)，用于生成第二微波信号和所述微波信号；
激光源(202)，用于生成所述光载波信号；
第二调制器(203)，和所述频综(201)、所述激光源(202)相连接，用于接收所述第二微波信号和所述光载波信号，并将所述第二微波信号调制到所述光载波信号上，得到所述光本振信号。
4.根据权利要求1所述的宽带变频装置，其特征在于，所述光电混合频率源模块(200)还用于为所述变频器(100)和所述抑制模块(300)提供时钟基准。
5.根据权利要求1所述的宽带变频装置，其特征在于，所述对所述输入信号进行变频处理包括：对所述输入信号进行上变频处理。
6.根据权利要求2所述的宽带变频装置，其特征在于，所述宽带变频装置还包括：放大器(500)；
当所述输入信号为中频信号时，所述放大器(500)与所述滤波器(400)相连接，用于对滤波处理后的输出信号进行放大处理；
当所述输入信号为射频信号时，所述放大器(500)与所述变频器(100)相连接，用于接收所述输入信号，对所述输入信号进行放大处理，并将放大处理后的输入信号传输给所述变频器(100)。
7.一种宽带变频方法，其特征在于，包括：
光电混合频率源模块(200)生成光载波信号、微波信号和光本振信号；
变频器(100)接收输入信号和所述微波信号，并利用所述微波信号对所述输入信号进行变频处理，得到变频信号；
抑制模块(300)的调制器(301)接收变频信号和所述光载波信号，将所述变频信号调制到所述光载波信号上，得到已调信号；
所述抑制模块(300)的探测器(302)接收所述已调信号和所述光本振信号，将所述已调信号和所述光本振信号进行拍频处理，得到输出信号。
8.根据权利要求7所述的宽带变频方法，其特征在于，所述对所述输入信号进行变频处理包括：对所述输入信号进行上变频处理。
9.根据权利要求7所述的宽带变频方法，其特征在于，所述方法还包括：
滤波器(400)接收所述输出信号，对所述输出信号进行滤波处理。
10.根据权利要求7所述的宽带变频方法，其特征在于，所述光电混合频率源模块(200)生成光载波信号、微波信号和光本振信号，具体包括：
频综(201)生成第二微波信号和所述微波信号；
激光源(202)生成所述光载波信号；
第二调制器(203)接收所述第二微波信号和所述光载波信号，并将所述第二微波信号调制到所述光载波信号上，得到所述光本振信号。
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