專(zhuān)利名稱(chēng)：采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率分量測(cè)量方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信和信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其是一種光子技術(shù)型多微波 頻率分量的實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
微波光子學(xué)是一門(mén)結(jié)合光子技術(shù)和微波技術(shù)的交叉學(xué)科，它利用 光子技術(shù)生成、傳輸、處理微波信號(hào)，具有寬帶處理能力、質(zhì)量輕、 損耗小和抗電磁干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。因而，光子技術(shù)逐漸成為
微波頻率測(cè)量、微波濾波器、微波信號(hào)發(fā)生和倍頻、超寬帶脈沖(UWB) 的生成和傳輸、寬帶無(wú)線通信、高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)、相控陣天 線等應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
應(yīng)用光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)微波頻率測(cè)量，可以在寬帶測(cè)量范圍內(nèi)，對(duì)突 發(fā)性很強(qiáng)、存在的時(shí)間很短的微波信號(hào)的頻率進(jìn)行追蹤和捕獲，這在 一些重要領(lǐng)域(諸如電子戰(zhàn))中是非常需要的。比如，現(xiàn)代電子戰(zhàn)中使 用的頻段已接近或超過(guò)100GHz，因而需要在大頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)微 波頻率的實(shí)時(shí)測(cè)量，這是常規(guī)電子方法難以解決的問(wèn)題。
目前，光子技術(shù)型實(shí)時(shí)頻率測(cè)量技術(shù)主要依賴于三種映射原理 頻率一強(qiáng)度映射、頻率一時(shí)域映射、頻率一空間映射。
基于頻率一強(qiáng)度映射原理的技術(shù)包括應(yīng)用微波功率檢測(cè)和對(duì)比 的方案和應(yīng)用光功率檢測(cè)和對(duì)比的方案(Linh V. T. Nguyen and DavidB. Hunter. A photonic technique for microwave frequency measurement-IEEE Photonics Technology Letters, 2006， vol. 18, no. 10, 1188-1 l卯； Xihua Zou and Jianping Yao. Microwave frequency measurement based on optical power monitoring using a complementary optical filter pair. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 2009, vo. 57， no. 2， 505-511)。它們能針對(duì)僅包含單個(gè)微波頻率分量的微波信號(hào)進(jìn) 行實(shí)時(shí)頻率測(cè)量；若微波信號(hào)中包含多個(gè)頻率分量時(shí)，這些方案就會(huì) 造成頻率解調(diào)上的模糊性，從而無(wú)法判斷真實(shí)的頻率分量值。
基于頻率一時(shí)域映射原理的技術(shù)有最近提出的測(cè)量方案(L. V. T. Nguyen, Microwave photonic technique for frequency measurement of simultaneous signals, 2009, IEEE Photonics Technology Letters vol. 21， no. 10，642-644):將±1光邊帶的頻率間隔經(jīng)由時(shí)延介質(zhì)轉(zhuǎn)換為光功率 在時(shí)域分布上的變化，通過(guò)分析光功率的時(shí)域分布趨勢(shì)得到待測(cè)的單 個(gè)或多個(gè)頻率分量；但后續(xù)需要一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程來(lái)分析光功率的時(shí)域 分布趨勢(shì)。
基于頻率一空間映射原理的技術(shù)可以由下列元件來(lái)構(gòu)造電光延
遲線陣列，高分辨率的自由空間衍射光柵，相移光柵陣列，光纖光柵 和Fresnd棱鏡的集成系統(tǒng)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)具和波分復(fù)用器的系統(tǒng)(F. A. Volkening， Photonic channelized RF receiver employing dense wavelength division multiplexing, U.S. Patent 7 245 833B1, July 17， 2007)。這些方案的工作原理大致相同小信號(hào)調(diào)制下，將光邊帶與 光載波在頻域上的間隔轉(zhuǎn)換成空間上的分布，從而檢測(cè)出待測(cè)信號(hào)的微波頻率。相比較而言，從目前來(lái)看基于頻率一空間映射原理的技術(shù) 是檢測(cè)多個(gè)頻率分量最有效的技術(shù)。但上述技術(shù)都需要采用單個(gè)或多 個(gè)連續(xù)激光光源，光源部分成本偏高，尤其是在一些方案中頻段劃分
的數(shù)目的與連續(xù)激光光源的數(shù)目成正比；而且大多數(shù)技術(shù)中一旦核心 器件制作好后，其測(cè)量范圍難以調(diào)諧。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種采用非相干光 源的光子技術(shù)型多微波頻率分量測(cè)量方案，使之克服現(xiàn)有技術(shù)的以上不 足。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下的手段實(shí)現(xiàn)的-
采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率分量測(cè)量方案，同時(shí)對(duì)多 個(gè)微波頻率分量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量寬帶非相干光源(比如發(fā)光二極管LED， 自發(fā)輻射噪聲源ASE)被第一標(biāo)準(zhǔn)具從頻域上分割成頻率間隔固定的多 個(gè)離散非相干光源；外界接收的微波信號(hào)經(jīng)電光調(diào)制器同時(shí)加載到所述 多個(gè)離散非相干光源上，在小信號(hào)調(diào)制條件下僅考慮光載波和士l階光 邊帶；將已調(diào)制的離散非相干光源群輸入到第二標(biāo)準(zhǔn)具，進(jìn)行濾波；第 二標(biāo)準(zhǔn)具與第一標(biāo)準(zhǔn)具在梳狀譜的自由頻譜區(qū)(FSR)上存在一個(gè)頻率差
值A(chǔ) GHz，且所述兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的第一個(gè)信道之間存在一個(gè)頻率偏移量B GHz，因此落在第二標(biāo)準(zhǔn)具第n個(gè)信道內(nèi)的光邊帶是由B+(n-l)A GHz的 微波頻率分量調(diào)制而生成的，其中n為不小于l的正整數(shù)；采用一列帶 通濾波器將第二標(biāo)準(zhǔn)具的各個(gè)信道分離開(kāi)，測(cè)量各個(gè)帶通濾波器的輸出光功率，從而檢測(cè)出微波信號(hào)包含的頻率分量值；其中，該發(fā)明的頻率 測(cè)量范圍可以通過(guò)調(diào)整頻率偏移量B GHz來(lái)改變。
經(jīng)過(guò)如上的設(shè)計(jì)后，與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn) 采用光功率檢測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)了多個(gè)微波頻率分量的同時(shí)測(cè)量；無(wú)需采用 激光光源或激光光源陣列， 一個(gè)寬帶非相干光源經(jīng)頻譜分割后形成的多 個(gè)離散非相干光源即可取代單個(gè)或多個(gè)激光光源，降低了光源部分的復(fù) 雜度和成本；該方案中的頻率測(cè)量范圍可調(diào)諧。


如下
圖l本發(fā)明方案的系統(tǒng)示意圖。
圖2標(biāo)準(zhǔn)具的梳狀濾波譜示意圖(a)第一標(biāo)準(zhǔn)具102; (b)第二標(biāo)準(zhǔn) 具104。
圖3多個(gè)離散非相干光源經(jīng)包含單個(gè)頻率分量的微波信號(hào)調(diào)制后的 光邊帶分布圖。
圖4單個(gè)微波頻率分量的檢測(cè)示意圖。 圖5兩個(gè)微波頻率分量的檢測(cè)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如圖l所示，測(cè)量方案由寬帶非相干光源101、第一標(biāo)準(zhǔn)具102、電 光調(diào)制器103、第二標(biāo)準(zhǔn)具104、耦合器105、 一列帶通濾波器106和一 列光探測(cè)器107構(gòu)成。
寬帶非相干光源101在標(biāo)準(zhǔn)具102的梳狀濾波作用下被分割成一系列頻率間隔固定的離散非相干光源，所述的離散非相干光源的間距和包絡(luò)
形狀取決于第一標(biāo)準(zhǔn)具102的梳狀濾波譜。第一標(biāo)準(zhǔn)具102的梳狀濾波 譜如圖2(a)所示其自由頻譜區(qū)為FSR,o2GHz，因此離散非相干光源的 分布情況也如圖2(a)所示。將所述的多個(gè)離散非相干光源同時(shí)輸入到電 光調(diào)制器中，外界接收的微波信號(hào)的各個(gè)頻率分量都經(jīng)電光調(diào)制器，以 小信號(hào)調(diào)制的方式同時(shí)調(diào)制離散非相干光源群，在每一個(gè)離散非相干光 源處都對(duì)應(yīng)得到一個(gè)光載波和土l階光邊帶。以單個(gè)頻率分量為例，離 散非相干光源群經(jīng)調(diào)制后生成的光載波和士l階光邊帶的分布如圖3。
將已調(diào)制的離散非相干光源群注入到第二標(biāo)準(zhǔn)具104中；第二標(biāo)準(zhǔn)具 104的梳狀濾波譜見(jiàn)圖2(b):其自由頻譜區(qū)為FSRu)4 GHz;第一標(biāo)準(zhǔn)具 102和第二標(biāo)準(zhǔn)具104的梳狀濾波譜的自由頻譜區(qū)之間存在一個(gè)頻率差 值A(chǔ)-FSRk)2-FSRk)4 GHz;同時(shí)，在第一標(biāo)準(zhǔn)具102和第二標(biāo)準(zhǔn)具104 的第一個(gè)信道之間設(shè)定一個(gè)頻率偏移量BGHz。因此，第一標(biāo)準(zhǔn)具102 和第二標(biāo)準(zhǔn)具104的第n個(gè)信道之間頻率間隔為A+(n-l)B GHz， n為不 小于1的正整數(shù)。從而由A+(n-l)B GHz的微波頻率分量調(diào)制離散非相 干光源群而產(chǎn)生的光邊帶只能落在第二標(biāo)準(zhǔn)具104的第n個(gè)信道中。
第二標(biāo)準(zhǔn)具104的輸出信號(hào)經(jīng)耦合器105輸入到一列帶通濾波器106 中，其中每一個(gè)帶通濾波器覆蓋標(biāo)準(zhǔn)具104的一個(gè)信道；每一個(gè)帶通濾 波器之后連接一個(gè)光探測(cè)器，以檢測(cè)在第二標(biāo)準(zhǔn)具104的各個(gè)信道中有 無(wú)光邊帶落入；如果107n中檢測(cè)到光功率，即微波信號(hào)中包含頻率分量 A+(n-l)BGHz。
下面，分別用圖示說(shuō)明單個(gè)頻率分量下和兩個(gè)頻率分量下的頻率測(cè)量示意圖。首先，設(shè)定一個(gè)僅含單個(gè)頻率分量B+2A GHz的微波信號(hào)被接 收；寬帶非相干光源通過(guò)第一標(biāo)準(zhǔn)具102后被分割成多個(gè)等間距的離散 非相干光源；經(jīng)微波信號(hào)電光調(diào)制后，離散非相干光源群中每一個(gè)非相 干光源都生成光載波和士l階光邊帶；再經(jīng)過(guò)第二標(biāo)準(zhǔn)具104的濾波作 用，只有在第二標(biāo)準(zhǔn)具104的第三個(gè)信道中有光信號(hào)通過(guò)，見(jiàn)圖4;對(duì) 應(yīng)只有1073中能夠檢測(cè)到超過(guò)門(mén)限的光功率，從而判斷微波頻率分量為 B+2AGHz。
如果微波信號(hào)同時(shí)包含兩個(gè)頻率分量B GHz和B+2A GHz，經(jīng)微波信 號(hào)調(diào)制后，每一個(gè)頻率分量都會(huì)調(diào)制離散非相干光源群中每一個(gè)非相干 光源生成土l階光邊帶，但只有兩個(gè)光邊帶能夠落在第二標(biāo)準(zhǔn)具104的 濾波信道內(nèi) 一個(gè)光邊帶落在第二標(biāo)準(zhǔn)具104的第一個(gè)信道中，另一個(gè) 光邊帶落在第二標(biāo)準(zhǔn)具104的第四個(gè)信道中；因此，107,和1073中能夠 同時(shí)檢測(cè)到超過(guò)門(mén)限的光功率，從而判斷微波信號(hào)同時(shí)攜帶兩個(gè)微波頻 率分量B GHz和B+2A GHz，見(jiàn)圖5。由此類(lèi)推，多個(gè)頻率分量能夠 同時(shí)被檢測(cè)出來(lái)。
綜合以上陳述，本發(fā)明具有如下特征1).采用光子技術(shù)對(duì)多個(gè)微波 頻率分量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，具有寬帶測(cè)量能力和多頻率分量同時(shí)檢測(cè)能 力，適用于頻譜分量比較混雜的環(huán)境；2).僅僅需要一個(gè)寬帶非相干光 源，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)具在頻域上分割后形成多個(gè)離散的非相干光源即可滿足測(cè)量 需求，而不需要成本較高的單個(gè)或多個(gè)連續(xù)激光光源，降低了測(cè)量方案 中光源部分的復(fù)雜度和成本；3).測(cè)量范圍的調(diào)諧通過(guò)調(diào)節(jié)第一標(biāo)準(zhǔn)具 102和第二標(biāo)準(zhǔn)具104的第一個(gè)信道之間的頻率偏移量來(lái)實(shí)現(xiàn)。以上所陳述的僅僅是本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，在不 脫離本發(fā)明方法實(shí)質(zhì)的前提下，在實(shí)際實(shí)施中可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn) 色，這些也應(yīng)該包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率分量測(cè)量方案，同時(shí)對(duì)多個(gè)微波頻率分量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；寬帶非相干光源經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)具分割而在頻域上形成多個(gè)間隔恒定的離散非相干光源；從外界接收到的微波信號(hào)經(jīng)電光調(diào)制器同時(shí)加載到所述的多個(gè)離散非相干光源上；經(jīng)調(diào)制的離散非相干光源群輸入到第二標(biāo)準(zhǔn)具，經(jīng)濾波作用后耦合到一列帶通濾波器中，通過(guò)檢測(cè)各個(gè)帶通濾波器輸出端的光功率，檢測(cè)出微波信號(hào)包含的單個(gè)或多個(gè)頻率分量值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率 分量測(cè)量方案，其特征在于，包含單個(gè)頻率分量或多個(gè)頻率分量的微 波信號(hào)經(jīng)由電光調(diào)制器，以小信號(hào)調(diào)制的方式同時(shí)加載到多個(gè)離散非 相干光源上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率 分量測(cè)量方案，其特征在于，第一標(biāo)準(zhǔn)具與第二標(biāo)準(zhǔn)具的自由頻譜區(qū) 之間存在一個(gè)頻率差值，所述的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)具的第一個(gè)信道之間存在一 個(gè)頻率偏移量，經(jīng)不同微波頻率分量調(diào)制而生成的光邊帶落在第二標(biāo) 準(zhǔn)具中不同的信道中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述之采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率 分量測(cè)量方案，其特征在于， 一列帶通濾波器中每一個(gè)帶通濾波器的 通帶對(duì)應(yīng)第二標(biāo)準(zhǔn)具的一個(gè)信道；應(yīng)用光探測(cè)器檢測(cè)各個(gè)帶通濾波器 的輸出功率，根據(jù)輸出功率的分布情況獲得微波信號(hào)攜帶的單個(gè)頻率 分量值或多個(gè)頻率分量值。
5、根據(jù)權(quán)利要求1和3所述之采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波 頻率分量測(cè)量方案，其特征在于，調(diào)整第一標(biāo)準(zhǔn)具與第二標(biāo)準(zhǔn)具第一 個(gè)信道之間的頻率偏移量，實(shí)現(xiàn)頻率測(cè)量范圍的調(diào)諧。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種采用非相干光源的光子技術(shù)型多微波頻率分量測(cè)量方案，同時(shí)對(duì)多個(gè)微波頻率分量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。寬帶非相干光源經(jīng)第一標(biāo)準(zhǔn)具分割而在頻域上形成多個(gè)間隔恒定的離散非相干光源；從外界接收到的微波信號(hào)經(jīng)電光調(diào)制器同時(shí)加載到所述的多個(gè)離散非相干光源上。經(jīng)調(diào)制的離散非相干光源群輸入到第二標(biāo)準(zhǔn)具，經(jīng)梳狀濾波作用后耦合到一列帶通濾波器中。通過(guò)檢測(cè)各個(gè)帶通濾波器輸出端的光功率，檢測(cè)出微波信號(hào)包含的單個(gè)或多個(gè)頻率分量值。本發(fā)明采用寬帶非相干光源同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對(duì)多個(gè)微波頻率分量的實(shí)時(shí)測(cè)量，降低了所需光源的復(fù)雜度和成本，能夠?qū)︻l率測(cè)量范圍進(jìn)行調(diào)諧。
文檔編號(hào)G01R23/00GK101587145SQ20091005972
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者張志勇, 煒 潘, 斌 羅, 鄒喜華, 閆連山 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)