CN117498946A - 一种基于微波光子的综合射频光前端装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于微波光子的综合射频光前端装置，属于光通信技术领域。本发明包括微腔光频梳、分束器、1×4耦合器、双并行马赫曾德调制器、频率综合器、合束器、波长选择开关、控制模块、探测器。本发明利用光子器件大带宽大容量和灵活性等优势，构建一体化射频通道，实现多模态信号的变频与交换处理。相比于现有技术，具有宽带通用以及体积小易扩展的特点。
Description
技术领域
本发明属于光通信技术领域，具体涉及一种基于微波光子的综合射频光前端装置。
背景技术
随着应用环境的发展，对综合射频系统提出了对侦察、干扰、探测、通信、导航、识别等多模态信号融合处理的需求，实现这一点最核心的技术需求是构建宽带通用的一体化射频前端。侦干探等多模态信号形式多样，频率覆盖几十GHz，在被天线孔径探测后给后续的射频前端处理带来了挑战，传统的电子学处理方法在处理这类信号时，在传输、处理和交换上遇到瓶颈。
在传输上，传统的同轴电缆作为传输媒介时体积功耗很大，而且当多路信号在同一电缆传输时会引发严重的非线性失真。在处理上，电子器件如变频器、功放和开关等无法具备处理不同频段甚至全频带的能力，随着信号频率的增大处理性能也随之降低。在交换上，射频开关也类似的受到带宽的限制，高频开关面临工艺复杂、切换速度慢等问题，难以满足宽带和多通道实时的需求。微波光子学利用光学技术的宽带、低损耗、抗电磁干扰等优点来解决传统微波技术在处理带宽与处理速度等瓶颈问题。在信号交换上，有利用半导体放大器、可调激光器、MEMS光开关等方案，这些方法存在分别不易扩展或交换容量小等问题，而且都需要使用多个分立激光器提供载波，在通道扩展时会大大增加系统体积功耗。在变频处理上，直接调制变频方式带宽小，外部调制中使用两调制器串联会产生很多杂波，对系统滤波性能要求高。
发明内容
为了克服上述背景技术存在的不足，本发明提供了一种基于微波光子的综合射频光前端装置，使用光学微腔产生光频梳以降低系统的体积功耗，使用双并行马赫曾德调制器载波抑制单边带调制降低系统对滤波器的要求，提高系统隔离度。
本发明为了实现上述目的，具体采用了以下技术方案：
一种基于微波光子的综合射频光前端装置，包括微腔光频梳1、分束器2、上支路、下支路、合束器8、波长选择开关9、控制模块10、探测器11，上支路和下支路中均包括各自的1×n耦合器3、6以及n个双并行马赫曾德调制器5，此外，上支路包括n个频率综合器7，下支路包括n个不同的待处理射频信号4，n≥2；
微腔光频梳1产生的光信号经分束器2分为两路，分别输入上支路和下支路中；
下支路中，光信号经过1×n耦合器3分为n路，n个不同的待处理射频信号4分别通过对应的双并行马赫曾德调制器5加载到n路光信号的每一根光梳齿上，得到n路信号光梳；
下支路中，光信号经过1×n耦合器6分为n路，n个频率综合器7分别产生本振信号，并通过对应的双并行马赫曾德调制器5加载到n路光信号的每一根光梳齿上，得到n路本振光梳；
n路信号光梳与n路本振光梳一一对应地通过合束器8合路，得到n路合路信号，输入给波长选择开关9；
控制模块10控制波长选择开关9将不同波长信号输出到不同的端口，相应端口的探测器11通过光电转换将光信号转换为电信号。
本发明的有益效果在于：
1、采用微腔光梳为光前端提供多波长载波降低了系统的体积功耗重量
2、采用并行结构的光域混频能够实现宽带大动态范围的变频
3、采用波长选择开关提供可编程的光域处理能够实现多模态信号的灵活处理。
附图说明
图1为本发明的装置图。
图2为本发明的信号组播结果图。
图3为本发明的信号多播结果图。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明专利，下面结合附图和以下实例对本发明专利做进一步详细描述。
一种基于微波光子的综合射频光前端装置，如图1所示，包括微腔光频梳1、分束器2、1×4耦合器3、待处理射频信号4、双并行马赫曾德调制器5、1×4耦合器6、频率综合器7、合束器8、波长选择开关9、控制模块10、探测器11。
微腔光频梳1经过分束器2等分为两束，一路直接经过1×4耦合器3分为四路，双并行马赫曾德调制器5将待处理的射频信号4加载在信号光梳上，另一路同样经过1×4耦合器6分为四路，频率综合器7产生可调本振信号，并通过双平行马赫曾德调制器5加载在本振光梳上，信号光和本振光经由合束器8合路后输入波长选择开关9，控制模块10控制不同波长信号到不同通道的输出，最后进入探测器11光电转换得到处理后的射频信号。
其中，光学微腔产生波长覆盖193.1THz～193.4THz的重频为100GHz的光频梳。四路输入频率为1GHz中频，四路本振信号频率为3GHz、9GHz、17GHz、37GHz，控制双并行马赫曾德调制器工作点实现载波抑制单边带调制，抑制比大于30dB，控制信号光梳和本振光梳产生的边带位于载波的两侧。控制波长选择开关将每个波长都经由端口输出，经过探测器的光电转换后得到上变频后的4GHz、10GHz、18GHz、38GHz四路组播信号，如图2。对于一路10GHz射频信号输入，中频频率为9GHz，控制波长选择开关将一路信号中的四个波长分别从四个通道输出，经过光电转换后得到下变频后的四路1GHz的广播信号，如图3。
总之，本发明利用光子器件大带宽大容量和灵活性等优势，构建一体化射频通道，实现多模态信号的变频与交换处理。相比于现有技术，具有宽带通用以及体积小易扩展的特点。
以上所述仅为本发明在实施例中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于微波光子的综合射频光前端装置，其特征在于，包括微腔光频梳(1)、分束器(2)、上支路、下支路、合束器(8)、波长选择开关(9)、控制模块(10)、探测器(11)，上支路和下支路中均包括各自的1×n耦合器(3、6)以及n个双并行马赫曾德调制器(5)，此外，上支路包括n个频率综合器(7)，下支路包括n个不同的待处理射频信号(4)，n≥2；
微腔光频梳(1)产生的光信号经分束器(2)分为两路，分别输入上支路和下支路中；
下支路中，光信号经过1×n耦合器(3)分为n路，n个不同的待处理射频信号(4)分别通过对应的双并行马赫曾德调制器(5)加载到n路光信号的每一根光梳齿上，得到n路信号光梳；
下支路中，光信号经过1×n耦合器(6)分为n路，n个频率综合器(7)分别产生本振信号，并通过对应的双并行马赫曾德调制器(5)加载到n路光信号的每一根光梳齿上，得到n路本振光梳；
n路信号光梳与n路本振光梳一一对应地通过合束器(8)合路，得到n路合路信号，输入给波长选择开关(9)；
控制模块(10)控制波长选择开关(9)将不同波长信号输出到不同的端口，相应端口的探测器(11)通过光电转换将光信号转换为电信号。
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