本發(fā)明涉及變頻通道
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種基于微波光子學(xué)的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道。
背景技術(shù)：
：隨著電子科技的不斷發(fā)展，集偵查、探測(cè)、通信等多功能于一體的電子系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣，故而多功能電子系統(tǒng)的通道中需要處理的微波信號(hào)具有超寬帶、大動(dòng)態(tài)、種類多等特點(diǎn)，其發(fā)送、傳輸、接收過(guò)程都需要不同頻段、不同功能的天線系統(tǒng)支持。為了實(shí)現(xiàn)上述不同頻率、不同類型的微波信號(hào)的處理，目前使用的多功能一體化電子系統(tǒng)多采用分頻段的通道設(shè)計(jì)方案，然而由于設(shè)備內(nèi)部空間有限，龐大的微波通道又會(huì)帶來(lái)突出的結(jié)構(gòu)、重量、散熱、供電、測(cè)試維修等工程化問(wèn)題?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)于以上問(wèn)題的解決方式是提高器件的集成度和裝配密度，直接導(dǎo)致了產(chǎn)品的成本大幅增加，同時(shí)散熱問(wèn)題更加嚴(yán)峻，電磁兼容和測(cè)試維修壓力巨大。此外，目前使用的多功能一體化電子系統(tǒng)的通道設(shè)備均采用微波器件，對(duì)于高頻段微波信號(hào)，往往需要進(jìn)行多級(jí)變頻，微波混頻器件在通道中會(huì)引入額外的損耗和噪聲，在電磁干擾、電磁兼容、射頻隔離等方面存在著固有的局限性，并且變頻鏈路適用的帶寬較窄，動(dòng)態(tài)范圍較小，無(wú)法滿足多功能電子系統(tǒng)具有很寬的帶寬以及很高的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍的要求。在遠(yuǎn)距離傳輸方面，現(xiàn)有的微波通道的傳輸損耗大，傳輸距離短。舉例來(lái)說(shuō)，如采用高頻電纜傳輸，頻率為10GHz的微波信號(hào)傳輸50米，損耗在20dB以上，且頻率越高，則損耗越大；如采用無(wú)線傳輸方式，微波信號(hào)傳輸2000米，空間損耗為6dB，如果距離更遠(yuǎn)，則損耗更大。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于微波光子學(xué)的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道，能夠降低設(shè)備的復(fù)雜度和生產(chǎn)成本，同時(shí)有效提高通道的傳輸帶寬和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍，并降低傳輸損耗。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于微波光子學(xué)的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道，包括光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖，光發(fā)射機(jī)的信號(hào)輸出端口通過(guò)光纖連接光接收機(jī)的信號(hào)輸入端口；所述的光發(fā)射機(jī)包括分布式反饋激光器、馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器、射頻信號(hào)源、本振信號(hào)源和第一電源，所述的射頻信號(hào)源的輸出端口連接分布式反饋激光器的激光調(diào)制端口，所述的本振信號(hào)源的輸出端口連接馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的微波輸入端口，所述的分布式反饋激光器的光輸出端口連接馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的光輸入端口，所述的第一電源為分布式反饋激光器供電；所述的光接收機(jī)包括光電探測(cè)器、微波濾波器、微波放大器和第二電源，所述的光纖的一端連接馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的光輸出端口，光纖的另一端連接光電探測(cè)器的光輸入端口，所述的光電探測(cè)器的輸出端口連接微波濾波器的輸入端口，微波濾波器的輸出端口連接微波放大器的輸入端口，所述的第二電源分別為光電探測(cè)器和微波放大器供電。所述的第一電源的輸出電壓為+12V直流電壓。所述的第二電源的輸出電壓包括+3V直流電壓、-3V直流電壓和+12V直流電壓。本發(fā)明在微波光子通道的輸入端依次采用分布式反饋激光器和馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行分級(jí)調(diào)制，不僅大大提高了調(diào)制帶寬，而且充分保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；本發(fā)明采用光纖傳輸調(diào)制后的微波信號(hào)，不僅大大提高了通信容量和傳輸帶寬，而且有效降低了傳輸損耗；本發(fā)明利用分布式反饋激光器、馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器和光電探測(cè)器等光學(xué)器件的高線性度，實(shí)現(xiàn)變頻通道的高增益、線性化特性，提高了系統(tǒng)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍；本發(fā)明采用微波光子原理構(gòu)建變頻通道，降低了設(shè)備的復(fù)雜度，減少了生產(chǎn)成本，在結(jié)構(gòu)上具有體積小、重量輕，易于安裝維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，在性能上具有安全性高，電磁泄露小，免受電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明所述的實(shí)施例一中分布式反饋激光器輸出的光載波信號(hào)波形圖；圖3為本發(fā)明所述的實(shí)施例一中馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器輸出的光載波信號(hào)波形圖；圖4為本發(fā)明所述的實(shí)施例一中輸出的中頻信號(hào)波形圖；圖5為本發(fā)明所述的實(shí)施例二中分布式反饋激光器輸出的光載波信號(hào)波形圖；圖6為本發(fā)明所述的實(shí)施例二中馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器輸出的光載波信號(hào)波形圖；圖7為本發(fā)明所述的實(shí)施例二中輸出的寬帶中頻信號(hào)波形圖；圖8為本發(fā)明所述的實(shí)施例三中分布式反饋激光器輸出的光載波信號(hào)波形圖；圖9為本發(fā)明所述的實(shí)施例三中馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器輸出的光載波信號(hào)波形圖；圖10為本發(fā)明所述的實(shí)施例三中輸出的雙音信號(hào)波形圖；圖11為本發(fā)明所述的實(shí)施例三中三階交調(diào)數(shù)據(jù)擬合直線圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，本發(fā)明所述的基于微波光子學(xué)的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道，包括光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)和光纖，光發(fā)射機(jī)的信號(hào)輸出端口通過(guò)光纖連接光接收機(jī)的信號(hào)輸入端口。本發(fā)明的光發(fā)射機(jī)用于產(chǎn)生光信號(hào)，并通過(guò)調(diào)制射頻信號(hào)和本振信號(hào)產(chǎn)生光載波信號(hào)。光發(fā)射機(jī)包括分布式反饋激光器、馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器、射頻信號(hào)源、本振信號(hào)源和第一電源。射頻信號(hào)源的輸出端口連接分布式反饋激光器的激光調(diào)制端口，本振信號(hào)源的輸出端口連接馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的微波輸入端口，分布式反饋激光器的光輸出端口連接馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的光輸入端口。本發(fā)明的射頻信號(hào)源和本振信號(hào)源分別用于產(chǎn)生射頻信號(hào)和本振信號(hào)，分布式反饋激光器采用一個(gè)分布式反饋激光二極管作為光源，產(chǎn)生光信號(hào)。同時(shí)，分布式反饋激光器作為第一級(jí)調(diào)制器，將射頻信號(hào)源產(chǎn)生的射頻信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)加載到光信號(hào)上，輸出經(jīng)射頻信號(hào)調(diào)制的光載波信號(hào)，第一電源為分布式反饋激光器提供+12V直流電壓。馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器作為第二級(jí)調(diào)制器，將本振信號(hào)源產(chǎn)生的本振信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)加載到經(jīng)射頻信號(hào)調(diào)制的光載波信號(hào)上，最后輸出經(jīng)射頻信號(hào)和本振信號(hào)調(diào)制的光載波信號(hào)。馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器采用鈮酸鋰材料制作，由其專用電源供電，利用電場(chǎng)的線性電光效應(yīng)，改變外部驅(qū)動(dòng)電壓能夠改變鈮酸鋰材料的折射率，從而改變材料中傳播光的相位信息，在引入馬赫增德?tīng)柛缮娼Y(jié)構(gòu)后，一路光波導(dǎo)上的相位調(diào)制將改變兩路光信號(hào)的相位差，從而轉(zhuǎn)化為對(duì)輸出光波強(qiáng)度的調(diào)制。本發(fā)明的光纖用于光載波信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，光纖的一端連接馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器的光輸出端口，光纖的另一端連接光電探測(cè)器的光輸入端口。由于現(xiàn)有的光纖窗口可以容納超過(guò)50THz帶寬的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單路40～160Gb/s的數(shù)字信號(hào)傳輸，且在1310nm和1550nm兩個(gè)低損耗窗口，光纖分別具有低于0.3dB/km和0.15dB/km的損耗，即傳輸50米，損耗小于0.015dB，傳輸2000米，損耗小于0.6dB，因此本發(fā)明通過(guò)光纖傳輸微波信號(hào)可以在減小發(fā)射功率的同時(shí)增大傳輸距離，滿足變頻通道通信容量大、傳輸損耗低、傳輸帶寬寬的要求。本發(fā)明的光接收機(jī)用于檢測(cè)光電信號(hào)，并將射頻信號(hào)和本振信號(hào)混頻為中頻信號(hào)，濾波和放大后輸出。光接收機(jī)包括光電探測(cè)器、微波濾波器、微波放大器和第二電源，光電探測(cè)器的輸出端口連接微波濾波器的輸入端口，微波濾波器的輸出端口連接微波放大器的輸入端口。光電探測(cè)器對(duì)接收到的經(jīng)射頻信號(hào)和本振信號(hào)調(diào)制的光載波信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而獲得電信號(hào)，產(chǎn)生的電信號(hào)大小與輸入光功率成正比，利用光電二極管的非線性效應(yīng)，射頻信號(hào)和本振信號(hào)在光電二極管中混頻，產(chǎn)生中頻信號(hào)。由于光電探測(cè)器輸出的中頻信號(hào)中還包含射頻信號(hào)、本振信號(hào)和中頻信號(hào)的高次諧波以及它們的差頻信號(hào)，采用微波濾波器對(duì)此信號(hào)進(jìn)行濾波，獲得需要的中頻信號(hào)；采用微波放大器對(duì)濾波后的中頻信號(hào)進(jìn)行放大，最終得到幅度滿足要求的中頻信號(hào)。第二電源為光電探測(cè)器提供+3V和-3V直流電壓，為微波放大器提供+12V直流電壓。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的基于微波光子學(xué)的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一利用optisystem軟件對(duì)本發(fā)明所述的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道進(jìn)行仿真，分布式反饋激光器的輸出光波長(zhǎng)為1530納米，輸出光功率為5dBm，輸入射頻信號(hào)頻率為1.72GHz，幅度為0dBm，經(jīng)過(guò)第一級(jí)調(diào)制后分布式反饋激光器輸出的光載波信號(hào)波形如圖2所示，該圖表明射頻信號(hào)已加載到光信號(hào)上，在光信號(hào)上產(chǎn)生了邊帶信號(hào)；輸入本振信號(hào)頻率為1GHz，幅度為7dBm，經(jīng)過(guò)第二級(jí)調(diào)制后馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器輸出的光載波信號(hào)波形如圖3所示，該圖表明本振信號(hào)已加載到一級(jí)調(diào)制后的光載波信號(hào)上，邊帶信號(hào)既有射頻信號(hào)也有本振信號(hào)；光接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)波形如圖4所示，該圖說(shuō)明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)微波信號(hào)的混頻，且通道損耗較低。實(shí)施例二利用optisystem軟件對(duì)本發(fā)明所述的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道進(jìn)行仿真，分布式反饋激光器的輸出光波長(zhǎng)為1530納米，輸出光功率為5dBm，輸入射頻信號(hào)頻率為2GHz到14GHz，幅度為0dBm的寬帶信號(hào)，經(jīng)過(guò)第一級(jí)調(diào)制后分布式反饋激光器輸出的光載波信號(hào)波形如圖5所示，該圖表明寬帶射頻信號(hào)已加載到光信號(hào)上，在光信號(hào)上產(chǎn)生了邊帶信號(hào)；輸入本振信號(hào)頻率為17GHz，幅度為7dBm，經(jīng)過(guò)第二級(jí)調(diào)制后馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器輸出的光載波信號(hào)波形如圖6所示，該圖表明本振信號(hào)已加載到一級(jí)調(diào)制后的光載波信號(hào)上，邊帶信號(hào)既有寬帶射頻信號(hào)也有本振信號(hào)；光接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)波形如圖7所示，該圖說(shuō)明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶信號(hào)的混頻，且?guī)捒蛇_(dá)12GHz以上。實(shí)施例三利用optisystem軟件對(duì)本發(fā)明所述的超寬帶大動(dòng)態(tài)變頻通道進(jìn)行仿真，分布式反饋激光器的輸出光波長(zhǎng)為1530納米，輸出光功率為5dBm，輸入射頻信號(hào)頻率為10GHz和10.5GHz，幅度為0dBm的雙音信號(hào)，經(jīng)過(guò)第一級(jí)調(diào)制后分布式反饋激光器輸出的光載波信號(hào)波形如圖8所示，該圖表明雙音射頻信號(hào)已加載到光信號(hào)上，在光信號(hào)上產(chǎn)生了邊帶信號(hào)；輸入本振信號(hào)頻率為8GHz，幅度為7dBm，經(jīng)過(guò)第二級(jí)調(diào)制后馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器輸出的光載波信號(hào)波形如圖9所示，該圖表明本振信號(hào)已加載到一級(jí)調(diào)制后的光載波信號(hào)上，邊帶信號(hào)既有雙音射頻信號(hào)也有本振信號(hào)；光接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)波形如圖10所示，該圖說(shuō)明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)雙音信號(hào)的混頻。改變輸入雙音射頻信號(hào)的幅度，分別測(cè)試光接收機(jī)輸出的中頻信號(hào)和其三階交調(diào)信號(hào)幅度，結(jié)果如表一所示：表一輸入信號(hào)幅度(dBm)輸出基頻信號(hào)幅度(dBm)三階交調(diào)信號(hào)幅度(dBm)0-41.6-912-39.8-86.04-37.9-80.36-35.9-74.58-34.2-68.910-32.4-63.0經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合，得到三階交調(diào)數(shù)據(jù)擬合直線如圖11所示，計(jì)算無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍：其中，IIP3為鏈路三階截點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入，NF為鏈路的噪聲系數(shù)，-174為室溫下熱噪聲在單位帶寬下的值。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3