CN117527087A - 基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法 - Google Patents
基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117527087A CN117527087A CN202311548149.9A CN202311548149A CN117527087A CN 117527087 A CN117527087 A CN 117527087A CN 202311548149 A CN202311548149 A CN 202311548149A CN 117527087 A CN117527087 A CN 117527087A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- frequency
- comb
- full
- receiving system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 197
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 53
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 14
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 claims description 13
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 claims description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/61—Coherent receivers
- H04B10/616—Details of the electronic signal processing in coherent optical receivers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/61—Coherent receivers
- H04B10/615—Arrangements affecting the optical part of the receiver
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法，所述系统包括信号预处理单元、光载波/光本振产生单元、光子变频单元、光学频率合成器和总体控制单元。本发明能够实现跨微波及太赫兹波段的可调谐光本振产生及超宽带相干接收。
Description
技术领域
本发明涉及微波光子技术领域，具体涉及一种基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法。
背景技术
随着高速无线通信、宽带频谱感知、超宽带雷达等应用对更高数据传输速率、更宽可用频率、更高可用带宽的需求，频谱资源的利用已经拓展到毫米波和太赫兹波段。微波光子技术的发展使得高载波频率和大带宽成为可能，基于微波光子技术的微波甚至太赫兹接收系统是面向未来通信、雷达应用的发展趋势。基于光频梳的光学频率合成具有超宽的可调谐频率范围、极高的频率稳定性、高相干性和灵活可重构等特点，是微波太赫兹波信号产生和超宽带光子变频的重要技术手段，对解决超宽带频谱感知对于动态可重构接收端的需求具有重要意义。然而，微波至太赫兹波段的相干接收需要太赫兹频段范围的可调谐光本振产生，对基于光学频率合成的相干接收系统提出了极大的挑战。
发明内容
为解决跨微波及太赫兹波段的可调谐光本振产生及相干接收问题，本发明提出了一种基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法。
第一方面，本发明提出了一种基于光学频率合成的全频段相干接收系统，所述系统包括信号预处理单元、光载波/光本振产生单元、光子变频单元、光学频率合成器和总体控制单元。
优选地，所述信号预处理单元，输入端为外部射频信号输入，输出端连接所述光子变频单元；所述光载波/光本振产生单元，输入端连接所述光学频率合成器，输出端连接所述光子变频单元；所述光子变频单元，输入端连接所述信号预处理单元，输出端为中频信号输出；所述光学频率合成器，输出端连接所述光载波/光本振产生单元；所述总体控制单元，与所述信号预处理单元、所述光载波/光本振产生单元和所述光学频率合成器连接。
优选地，所述信号预处理单元，用于对不同频段的输入信号进行通道选择。
优选地，所述光载波/光本振产生单元，用于产生微波至太赫兹波段超宽带变频所需的具有高度相干性的光载波和光本振。
优选地，所述光子变频单元，用于将接收到的微波至太赫兹波段的信号下变频到中频。
优选地，所述光学频率合成器，包括参考时钟、参考光梳、光学锁相环和可调谐激光器；其中，所述参考时钟提供相位锁定的参考源，以载波包络偏频和重频锁定的所述参考光梳为稳定光参考，采用所述光学锁相环实现所述可调谐激光器的相位锁定和跟踪。
优选地，所述总体控制单元，功能包括信号通道选择、光载波/光本振频率调控、光学频率合成中的相位锁定和各环节实时监测。
优选地，所述光学频率合成器中，利用所述光学锁相环将所述参考光梳精准受控于所述参考时钟，使得所述参考光梳的每根梳齿继承所述参考时钟的窄线宽特性和高频率稳定特性；利用所述光学锁相环将作为光学频率合成输出激光的所述可调谐激光器受控于所述参考光梳，获得连续可调谐窄线宽激光输出，实现宽波段范围内光学频率合成。
第二方面，本发明提出了一种利用如上述第一方面任一项所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统的相干接收方法，所述方法包括光学频率合成及参考时钟稳定性传递的过程，该过程具体包括：
将参考光梳的重频fr与参考频率fclk相位锁定，为fr＝βfclk；
将参考光梳的载波包络偏移频率f0与参考频率fclk锁定，为f0＝αfclk；
通过差频的方式获得可调谐激光器与参考光梳第N根梳齿的拍频fb，将拍频fb与参考频率fclk的某一倍频值fb＝γfclk锁定，实现全锁定的可调谐光学频率合成，输出光频率可表示为fout＝[Nβ+α+γ]fclk；
其中，fclk和N为已知，通过选择调控α、β与γ的值，控制输出光频率；当需要大范围调谐频率时，还可通过改变N值，使光学频率合成输出激光与不同的梳齿相位锁定。
根据本发明的上述技术方案，其有益效果为，能够实现跨微波及太赫兹波段的可调谐光本振产生及超宽带相干接收。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明的基于光学频率合成的全频段相干接收系统的组成示意图；
图2为本发明的基于光学频率合成的全频段相干接收系统中光学频率合成器的组成示意图；
图3为本发明实施例的基于光频梳的光学频率合成原理示意图；
图4为本发明实施例的基于光学频率合成的相干接收系统的组成示意图；
图5为本发明实施例的基于光学频率合成的相干接收系统的工作流程示意图。
具体实施方式
此说明书实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。
此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。
如图1所示，本发明的基于光学频率合成的相干接收系统，包括信号预处理单元、光载波/光本振产生单元、光子变频单元、光学频率合成器和总体控制单元。
信号预处理单元的功能是对不同频段的信号进行通道选择。
光载波/光本振产生单元的功能是产生微波至太赫兹波段超宽带变频所需的具有高度相干性的光载波和光本振。
光子变频单元的功能是将接收到的微波至太赫兹波段的信号下变频到中频。
光学频率合成器包括(请见图2)参考时钟、参考光梳(频率全锁定的光频梳)、光学锁相环和可调谐激光器。其中，参考时钟提供相位锁定的参考源，以载波包络偏频和重频锁定的参考光梳为稳定光参考，采用光学锁相环实现可调谐激光器的相位锁定和跟踪，实现光学频率合成的精稳输出。基于光频梳的光学频率合成器能够产生频率可连续调谐的光载波/光本振，能够实现频率可调谐、频谱纯度高的微波至太赫兹波段的相干本振信号。在相干接收系统中，光载波和光本振的频率均基于光学频率合成器锁定，光载波和光本振具有强的相干性，并且两者之间的频率差可以从微波到太赫兹波频率范围内进行高精度调谐。结合光子变频，将调制到光载波上的信号经光本振下变频，可实现微波到太赫兹波信号的产生、处理、检测，构建超宽带、灵活可重构的微波至太赫兹信号接收系统，实现全频段信号的相干接收。
总体控制单元主要包括信号通道选择、光载波/光本振频率调控、光学频率合成中的相位锁定、各关键环节实时监测，功能综合，对稳定性要求高，是提升相干接收系统稳定度和实用性的关键。
根据本发明的基于光学频率合成的相干接收系统，光学频率合成的基本原理是：利用光学精密锁相控制技术将光频梳精密受控于参考源，使得光频梳的每根梳齿继承参考源的窄线宽特性和高频率稳定特性。利用光锁相控制技术将作为光学频率合成输出激光的连续可调谐激光受控于光梳，获得连续可调谐窄线宽激光输出，实现宽波段范围内光学频率合成。
如图2和图3所示，本发明还提供一种利用如上的基于光学频率合成的相干接收系统的相干接收方法，其核心点为光学频率合成及参考时钟稳定性传递过程，该过程具体包括：
将参考光梳的重频fr与参考频率fclk相位锁定，为fr＝βfclk。
将参考光梳的载波包络偏移频率f0与参考频率fclk锁定，为f0＝αfclk。
通过差频的方式获得可调谐激光器与参考光梳第N根梳齿的拍频fb，将拍频fb与参考频率fclk的某一倍频值fb＝γfclk锁定，实现全锁定的可调谐光学频率合成，输出光频率可表示为fout＝[Nβ+α+γ]fclk。
其中，fclk和N为已知，通过选择调控α、β与γ的值，控制输出光频率；当需要大范围调谐频率时，还可通过改变N值，使光学频率合成输出激光与不同的梳齿相位锁定。
在相干接收系统中，参考光梳作为稳定可调参考源，可调谐激光器与其中的某一梳齿进行相位锁定，根据相干接收系统所需的本振频率，调谐光学频率合成器的输出频率，可调谐激光与参考频梳中的第n根梳齿以拍频频率fb实现锁定，由于n和fb可调，fb可在光梳重频fr范围内进行调谐，本振频率可以在fout＝[Nβ+α+γ]fclk范围内连续可调，由此可实现THz量级超宽带光子接收。
如图4所示，还提供一种基于上述本发明的基于光学频率合成的相干接收系统的典型实施例，该实施例中，采用的相干接收架构是利用超宽带可精确调谐光本振与输入的信号混频，将输入信号频率变换为中频信号，便于采集处理。利用光学频率合成实现超宽调谐范围、高一致性、超低谐波杂散干扰的光本振。针对不同的接收频段，设计不同光子变频单元。
相干接收系统包含微波毫米波接收通道和太赫兹波接收通道。在微波频段，输入的超宽带微波信号经过预处理(滤波、放大/衰减)后，在电光调制器上对光学频率合成光载波fc进行电光调制，实现微波信号到光载波的上变频，即fc±fRF。光载信号经过光放大、光滤波等处理后，输入到光电探测器，与基于光学频率合成产生的光本振fLO相干下变频，即fIF＝fc±fRF-fLO。在太赫兹波段，光学频率合成光载波和光本振在高速光子混频器中拍频产生太赫兹本振fTHz_LO，与接收到的超宽带太赫兹信号fTHz相干混频，实现太赫兹信号到中频的下变换，即fIF＝fTHz-fTHz_LO。
本实施例涉及的相干接收和光学频率合成的工作流程如图5所示：
(1)调节光学频率合成器输出激光频率,使之接近所设定的初始输出光频fi并锁定；根据接收信号频率确定相应的光本振频率，对应光学频率合成器输出的目标光频ft。
(2)根据目标光频ft，通过粗锁定驱动光学频率合成器输出激光频率fout，使输出激光快速接近目标光频且拍频频率进入锁相环的捕获范围，获得高信噪比的拍频信号fb。
(3)当拍频信号落入目标梳齿精细锁定范围时，开启精细锁定模式，使输出激光频率精细调节至目标频率ft。由于全锁定光梳的fr和f0都是确定值，锁定后光梳梳齿的频率为fP＝f0+Pfr。通过判断目标激光频率ft大于还是小于该梳齿频率，精细调节输出激光频率，根据上位机接收到的拍频频率测量值，判断(fout-fP)是否与计算的(ft-fP)符号相同，且拍频频率是否等于计算值fB，判决是否继续调整输出激光频率，直至光学频率合成输出与目标频率设置值相同。
(4)通过设置直接数字频率合成器(DDS)的分频数K和微波频率合成的参考频率，最终实现已知目标光频即可确定光梳梳齿序数P和微波参考频率，从而快速获得输出激光频率的控制字，合成精确调谐范围覆盖THz量级的激光频率。
(5)光学频率合成输出激光作为光本振，对光载信号进行光子变频，实现对微波至太赫兹波信号的相干下变频。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述系统包括信号预处理单元、光载波/光本振产生单元、光子变频单元、光学频率合成器和总体控制单元。
2.根据权利要求1所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述信号预处理单元，输入端为外部射频信号输入，输出端连接所述光子变频单元；
所述光载波/光本振产生单元，输入端连接所述光学频率合成器，输出端连接所述光子变频单元；
所述光子变频单元，输入端连接所述信号预处理单元，输出端为中频信号输出；
所述光学频率合成器，输出端连接所述光载波/光本振产生单元；
所述总体控制单元，与所述信号预处理单元、所述光载波/光本振产生单元和所述光学频率合成器连接。
3.根据权利要求1所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述信号预处理单元，用于对不同频段的输入信号进行通道选择。
4.根据权利要求1所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述光载波/光本振产生单元，用于产生微波至太赫兹波段超宽带变频所需的具有高度相干性的光载波和光本振。
5.根据权利要求1所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述光子变频单元，用于将接收到的微波至太赫兹波段的信号下变频到中频。
6.根据权利要求1所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述光学频率合成器，包括参考时钟、参考光梳、光学锁相环和可调谐激光器；
其中，所述参考时钟提供相位锁定的参考源，以载波包络偏频和重频锁定的所述参考光梳为稳定光参考，采用所述光学锁相环实现所述可调谐激光器的相位锁定和跟踪。
7.根据权利要求1所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述总体控制单元，功能包括信号通道选择、光载波/光本振频率调控、光学频率合成中的相位锁定和各环节实时监测。
8.根据权利要求6所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统，其特征在于，所述光学频率合成器中，利用所述光学锁相环将所述参考光梳精准受控于所述参考时钟，使得所述参考光梳的每根梳齿继承所述参考时钟的窄线宽特性和高频率稳定特性；
利用所述光学锁相环将作为光学频率合成输出激光的所述可调谐激光器受控于所述参考光梳，获得连续可调谐窄线宽激光输出，实现宽波段范围内光学频率合成。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的基于光学频率合成的全频段相干接收系统的相干接收方法，其特征在于，所述方法包括光学频率合成及参考时钟稳定性传递的过程，该过程具体包括：
将参考光梳的重频fr与参考频率fclk相位锁定，为fr＝βfclk；
将参考光梳的载波包络偏移频率f0与参考频率fclk锁定，为f0＝αfclk；
通过差频的方式获得可调谐激光器与参考光梳第N根梳齿的拍频fb，将拍频fb与参考频率fclk的某一倍频值fb＝γfclk锁定，实现全锁定的可调谐光学频率合成，输出光频率可表示为fout＝[Nβ+α+γ]fclk；
其中，fclk和N为已知，通过选择调控α、β与γ的值，控制输出光频率；当需要大范围调谐频率时，还可通过改变N值，使光学频率合成输出激光与不同的梳齿相位锁定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311548149.9A CN117527087A (zh) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | 基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311548149.9A CN117527087A (zh) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | 基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117527087A true CN117527087A (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=89747359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311548149.9A Pending CN117527087A (zh) | 2023-11-20 | 2023-11-20 | 基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117527087A (zh) |
-
2023
- 2023-11-20 CN CN202311548149.9A patent/CN117527087A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106067815B (zh) | 一种基于dds和小数分频锁相环的频率合成器 | |
| EP2064814B1 (en) | Digital polar radiofrequency transmitting device with a radiofrequency reference oscillator and an integrated circuit comprising such device | |
| US9343809B2 (en) | RF system with integrated phase shifters using dual multi-phase phase-locked loops | |
| CN108055035B (zh) | 一种光电振荡器的宽带频率扩展装置 | |
| CN110289858B (zh) | 一种宽带细步进捷变频合系统 | |
| Cupido et al. | Frequency hopping millimeter wave reflectometer | |
| US4918748A (en) | Apparatus and method for phase noise and post tuning drift cancellation | |
| US7724096B2 (en) | Method and system for signal generation via a PLL with undersampled feedback | |
| US6519305B1 (en) | Frequency converter arrangement | |
| CN117081588A (zh) | 一种宽带低相噪捷变频率合成器及其信号合成方法 | |
| CN117527087A (zh) | 基于光学频率合成的全频段相干接收系统及方法 | |
| CN108092932B (zh) | 一种基于双边带调制器和倍频器非线性效应的频率可调多频率输出微波源 | |
| US20050265483A1 (en) | Digital noise coupling reduction and variable intermediate frequency generation in mixed signal circuits | |
| CN111490782B (zh) | 直接上变频发射机的上变频器及上变频方法 | |
| KR101298621B1 (ko) | Fmcw 주파수 합성기 및 그것의 제어 방법 | |
| JP7113987B2 (ja) | 無線電力伝送装置 | |
| Mitomo et al. | A 77 GHz 90 nm CMOS transceiver for FMCW radar applications | |
| CN114665951B (zh) | 星载q频段多载波合成装置及方法 | |
| CN220754811U (zh) | 一种w波段频综模块、设备和装置 | |
| Shanthi et al. | FPGA based frequency synthesizer for 14-band MB-OFDM UWB transceivers | |
| CN215344503U (zh) | 一种w波段宽带捷变频装置 | |
| JP2828766B2 (ja) | 周波数変換装置 | |
| US20240364265A1 (en) | Frequency generator | |
| Li et al. | Design of 40GHz Agile Frequency Synthesizer | |
| CN116865750A (zh) | 宽带捷变频频率获取方法及合成器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |