CN116488734A - 一种可调谐毫米波频率产生装置 - Google Patents

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王亮
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Abstract

本说明书公开了一种可调谐毫米波频率产生装置，涉及微波技术领域，旨在解决现有倍频技术得到的毫米波信号的相位噪声性能差的问题。本发明装置包括光学频率梳锁定环路和毫米波产生链路；所述光学频率梳锁定环路包括：光学频率梳、光学分束器、第一光电探测器、第一滤波器、混频器、回音壁模式振荡器和锁相放大器；所述毫米波产生链路包括：第二光电探测器、第二滤波器和毫米波放大器。本发明产生的毫米波信号可调谐，且可以有效提高其相位噪声性能。

Description

一种可调谐毫米波频率产生装置
技术领域
本文件涉及微波技术领域，尤其涉及一种可调谐毫米波频率产生装置。
背景技术
毫米波通常指频率在30～300GHz的电磁波，其位于微波与远红外波相交叠的波长范围，具有两种波谱的特点。毫米波在通信、雷达、波谱学、射电天文学等领域有着重要应用。
在雷达、射电天文学等应用中，会对毫米波的相位噪声、短期频率稳定度提出要求。在现有技术中，为了得到低相位噪声的毫米波，通常采用合成低噪声微波信号后，再通过倍频技术对低噪声微波信号进行倍频的方法，从而得到低相位噪声毫米波信号。
但是，对于利用倍频技术得到的毫米波信号，其相位噪声性能均会发生恶化。
发明内容
本说明书提供了一种可调谐毫米波频率产生装置，用以解决现有倍频技术得到的毫米波信号的相位噪声性能差的问题，该装置包括光学频率梳锁定环路和毫米波产生链路；
所述光学频率梳锁定环路，包括光学频率梳、光学分束器、第一信号获取装置、频率可调谐装置；所述光学分束器的第一输出端与所述第一信号获取装置连接；
所述光学频率梳发射的激光经所述光学分束器分光，所述第一信号获取装置将接收的激光信号进行光电转换后得到第一微波信号；
所述可调谐装置，用于输出可调节的频率信号，将所述可调节的频率信号与所述第一微波信号进行混频，并输入所述光学频率梳；
所述毫米波产生链路与所述光学分束器的第二输出端连接，用于输出毫米波频率信号。
在一些优选的实施方式中，所述第一信号获取装置包括第一光电探测器、第一滤波器；
所述第一光电探测器的输入端与所述光学分束器的第一输出端连接；
所述第一光电探测器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接。
在一些优选的实施方式中，所述频率可调谐装置包括混频器、锁相放大器、回音壁模式振荡器；
所述混频器的一个输入端与所述第一滤波器的输出端连接，另一输入端与回音壁模式振荡器连接；所述混频器的输出端与所述锁相放大器连接；
所述锁相放大器的输出端与所述光学频率梳连接。
在一些优选的实施方式中，所述毫米波产生链路包括第二光电探测器、第二滤波器；
所述第二光电探测器的输入端与所述光学分束器的第二输出端连接；
所述第二光电探测器的输出端与所述第二滤波器的输入端连接。
在一些优选的实施方式中，所述毫米波产生链路还包括毫米波放大器；
所述毫米波放大器的输入端与所述第二滤波器的输出端连接。
在一些优选的实施方式中，所述光学频率梳的梳齿频率为f,其计算方法为：
f＝f0+nfrep；
其中，f0是起始梳齿的频率，frep是重复频率，n是梳齿间隔数量。
在一些优选的实施方式中，所述第一光电探测器的输出频率覆盖范围包括所述第一滤波器的中心频率；
所述第一光电探测器的输出信号为设定频率间隔的多个微波频率信号。
在一些优选的实施方式中，所述回音壁模式振荡器的输出频率与所述第一滤波器的中心频率相同。
在一些优选的实施方式中，所述光学频率梳锁定环路对所述可调谐毫米波频率产生装置进行毫米波频率可调谐的过程为：
将所述可调节的频率信号与所述第一微波信号进行混频，混频后通过所述锁相放大器进行信号分离，将分离出的信号输入所述光学频率梳，反馈控制所述光学频率梳的f0及frep，即通过调整所述回音壁模式振荡器的输出频率，实现f0及frep频率可调。
在一些优选的实施方式中，所述第二光电探测器的输出频率覆盖范围大于所述第一光电探测器的输出频率覆盖范围。
本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本发明产生的毫米波信号可调谐，且可以有效提高其相位噪声性能。
本发明通过将光学频率梳某一根梳齿频率锁定在回音壁模式振荡器上，利用光学频率梳的高次谐波，通过光电转换获得低相位噪声毫米波，调节回音壁模式振荡器输出频率从而实现毫米波频率可调谐；本发明通过光学手段实现频率由微波频段向毫米波频段扩展，能够保留低相位噪声的优势。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本说明书一实施例提供的一种可调谐毫米波频率产生装置的结构示意图；
附图标记：
1：光学频率梳；
2：光学分束器；
3：第一光电探测器；
4：第一滤波器；
5：混频器；
6：回音壁模式振荡器；
7：锁相放大器；
8：第二光电探测器；
9：第二滤波器；
10：毫米波放大器。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种可调谐毫米波频率产生装置的结构示意图，具体地，该装置包括光学频率梳锁定环路和毫米波产生链路；
所述光学频率梳锁定环路，包括光学频率梳、光学分束器、第一信号获取装置、频率可调谐装置；所述光学分束器的第一输出端与所述第一信号获取装置连接；
所述光学频率梳发射的激光经所述光学分束器分光，所述第一信号获取装置将接收的激光信号进行光电转换后得到第一微波信号；
所述可调谐装置，用于输出可调节的频率信号，将所述可调节的频率信号与所述第一微波信号进行混频，并输入所述光学频率梳；
所述毫米波产生链路与所述光学分束器的第二输出端连接，用于输出毫米波频率信号。
在本实施例中，优选1550nm的光学分束器，分光比优选5：5。
所述第一信号获取装置包括第一光电探测器、第一滤波器；所述第一光电探测器的输入端与所述光学分束器的第一输出端连接；所述第一光电探测器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接。
所述频率可调谐装置包括混频器、锁相放大器、回音壁模式振荡器；所述混频器的一个输入端与所述第一滤波器的输出端连接，另一输入端与回音壁模式振荡器连接；所述混频器的输出端与所述锁相放大器连接；所述锁相放大器的输出端与所述光学频率梳连接。
所述毫米波产生链路包括第二光电探测器、第二滤波器；所述第二光电探测器的输入端与所述光学分束器的第二输出端连接；所述第二光电探测器的输出端与所述第二滤波器的输入端连接。
所述毫米波产生链路还包括毫米波放大器；所述毫米波放大器的输入端与所述第二滤波器的输出端连接。
所述光学频率梳的梳齿频率为f,其计算方法为：
f＝f0+nfrep；
其中，f0是起始梳齿的频率，frep是重复频率，n是梳齿间隔数量。
在本实施例中，光学频率梳的输出光波长优选为1550nm，frep优选为250MHz。
所述第一光电探测器的输出频率覆盖范围包括所述第一滤波器的中心频率；所述第一光电探测器的输出信号为设定频率间隔的多个微波频率信号。
在本实施例中，所述第一光电探测器的输出频率覆盖优选10GHz，所述设定频率间隔优选为250MHz；所述第一滤波器的中心频率优选为10GHz，其输出频率优选为10GHz的微波信号。
所述回音壁模式振荡器的输出频率与所述第一滤波器的中心频率相同。
在本实施例中，所述回音壁模式振荡器的输出频率优选调节为10GHz。
所述光学频率梳锁定环路对所述可调谐毫米波频率产生装置进行毫米波频率可调谐的过程为：
将所述可调节的频率信号与所述第一微波信号进行混频，混频后通过所述锁相放大器进行信号分离，将分离出的信号输入所述光学频率梳，反馈控制所述光学频率梳的f0及frep，即通过调整所述回音壁模式振荡器的输出频率，实现f0及frep频率可调。
所述第二光电探测器的输出频率覆盖范围大于所述第一光电探测器的输出频率覆盖范围。
在本实施例中，所述第二光电探测器的输出频率覆盖优选100GHz，根据所需毫米波频率选择第二滤波器中心频率及毫米波放大器工作频段，最终输出30～100GHz的毫米波；通过调节所述回音壁模式振荡器的输出频率，可实现毫米波输出频率可调谐，且相位噪声指标优异。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，包括光学频率梳锁定环路和毫米波产生链路；
所述光学频率梳锁定环路，包括光学频率梳、光学分束器、第一信号获取装置、频率可调谐装置；所述光学分束器的第一输出端与所述第一信号获取装置连接；
所述光学频率梳发射的激光经所述光学分束器分光，所述第一信号获取装置将接收的激光信号进行光电转换后得到第一微波信号；
所述可调谐装置，用于输出可调节的频率信号，将所述可调节的频率信号与所述第一微波信号进行混频，并输入所述光学频率梳；
所述毫米波产生链路与所述光学分束器的第二输出端连接，用于输出毫米波频率信号。
2.根据权利要求1所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述第一信号获取装置包括第一光电探测器、第一滤波器；
所述第一光电探测器的输入端与所述光学分束器的第一输出端连接；
所述第一光电探测器的输出端与所述第一滤波器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述频率可调谐装置包括混频器、锁相放大器、回音壁模式振荡器；
所述混频器的一个输入端与所述第一滤波器的输出端连接，另一输入端与回音壁模式振荡器连接；所述混频器的输出端与所述锁相放大器连接；
所述锁相放大器的输出端与所述光学频率梳连接。
4.根据权利要求1所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述毫米波产生链路包括第二光电探测器、第二滤波器；
所述第二光电探测器的输入端与所述光学分束器的第二输出端连接；
所述第二光电探测器的输出端与所述第二滤波器的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述毫米波产生链路还包括毫米波放大器；
所述毫米波放大器的输入端与所述第二滤波器的输出端连接。
6.根据权利要求3所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述光学频率梳的梳齿频率为f,其计算方法为：
f＝f0+nfrep；
其中，f0是起始梳齿的频率，frep是重复频率，n是梳齿间隔数量。
7.根据权利要求3所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述第一光电探测器的输出频率覆盖范围包括所述第一滤波器的中心频率；
所述第一光电探测器的输出信号为设定频率间隔的多个微波频率信号。
8.根据权利要求7所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述回音壁模式振荡器的输出频率与所述第一滤波器的中心频率相同。
9.根据权利要求6所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述光学频率梳锁定环路对所述可调谐毫米波频率产生装置进行毫米波频率可调谐的过程为：
将所述可调节的频率信号与所述第一微波信号进行混频，混频后通过所述锁相放大器进行信号分离，将分离出的信号输入所述光学频率梳，反馈控制所述光学频率梳的f0及frep，即通过调整所述回音壁模式振荡器的输出频率，实现f0及frep频率可调。
10.根据权利要求4所述的一种可调谐毫米波频率产生装置，其特征在于，所述第二光电探测器的输出频率覆盖范围大于所述第一光电探测器的输出频率覆盖范围。
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