基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型為基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)，本系統(tǒng)偏置電壓控制電路的偏置電壓分接電光外調(diào)制器兩臂電極，后者的輸出端連接分光器，分光器一輸出端接光探測器，光探測器輸出經(jīng)選頻放大電路后為本變頻系統(tǒng)的輸出。分光器另一輸出端經(jīng)微波光子濾波器接入偏置電壓控制電路，其反饋控制偏置電壓為最佳值。系統(tǒng)可兩級連接。前級的電光外調(diào)制器光輸入端接入光載波信號，兩臂輸入本振和射/中頻信號并加等于雙臂半波電壓的偏置電壓，得下/上變頻的微波信號。后級的電光外調(diào)制器光輸入端接入本振，兩臂輸入射頻信號并加等于雙臂半波電壓的偏置電壓，得倍頻的本振信號。本新型一級設(shè)備實現(xiàn)微波信號變頻或本振信號光倍頻，功率提升，成本低，可靠性高。
【專利說明】基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及微波光子【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]長期以來，主要利用電子器件的非線性效應(yīng)進行微波頻率的上下變頻。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微波工作頻率不斷提高，現(xiàn)已達到Ka波段(波長11.11?7.50mm的電磁波)、毫米波段(波長為10?1mm的電磁波)。利用傳統(tǒng)的方法進行微波頻率的變頻，出現(xiàn)了技術(shù)難度大、信號質(zhì)量較差和環(huán)境適應(yīng)能力較弱等問題。
[0003]隨著微波光子技術(shù)的不斷發(fā)展，為微波頻率的混頻提供了另一種選擇:即不斷成熟的電光模擬調(diào)制技術(shù)。特別是基于鈮酸鋰(LiNb03)的馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了 Ka波段、毫米波段信號(甚至是太赫茲信號)的基于微波光子的高質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)性強和大動態(tài)范圍的上下變頻。
[0004]目前，微波光子技術(shù)實現(xiàn)微波信號混頻主要是采用兩級調(diào)制法:先將本振信號調(diào)制到光載波上形成RoF (radio-over-fiber)光載微波信號；然后，將需變頻的微波信號也調(diào)制到RoF信號作為副載波調(diào)制信號；隨后，通過光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電信號；最后，通過電域的濾波選頻和功率放大得到所需的上下變頻信號。而且現(xiàn)有的基于兩級電光調(diào)制的所得的微波光譜中不但含有微波信號(RFin )、本振信號和本振的3次諧波信號，而且還含有光載波信號、本振信號與微波信號的和頻信號、本振信號與微波信號的差頻信號等干擾信號。
[0005]現(xiàn)有的利用多級倍頻的電子電路產(chǎn)生微波、毫米波信號來進行混頻的方案實現(xiàn)復(fù)雜，并且成本較高，此外，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，微波和毫米波的產(chǎn)生需要分布在遠(yuǎn)端單元，由于電傳輸線(如同軸電纜等)的損耗大，因此微波和毫米波在遠(yuǎn)端的電域產(chǎn)生然后再傳輸返回不切實際。
[0006]目前的光域混頻技術(shù)采用光注入鎖模、光鎖相環(huán)、光注入鎖相、基于強度調(diào)制和基于相位調(diào)制等方法實現(xiàn)，但這些光域混頻方法存在輸入微波動態(tài)范圍小、輸出微波功率低、微波接收靈敏度低、系統(tǒng)穩(wěn)定性差、可靠性低和噪聲系數(shù)大等問題，難以在實際中應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的是公開一種基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)，雙臂電光外調(diào)制器為主要器件，配以偏置電壓控制電路，光電探測器和選頻放大電路，適當(dāng)調(diào)制雙臂電光外調(diào)制器的偏置電壓，進入兩臂的光源的光載波信號被輸入兩臂的微波信號和微波本振信號分別調(diào)制形成兩路光載微波信號，兩路光載微波信號疊加為雙臂電光外調(diào)制器輸出的光載微波信號，經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為電信號，選頻功率放大得到所需的上下變頻信號。
[0008]本實用新型設(shè)計的基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)，包括雙臂電光外調(diào)制器、偏置電壓控制電路、光電探測器和選頻放大電路；偏置電壓控制電路的偏置電壓分別接入雙臂電光外調(diào)制器兩個臂的電極，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接光探測器，光探測器輸出的電信號接入選頻放大電路，選頻放大電路的輸出端為本變頻系統(tǒng)的輸出端。
[0009]本變頻系統(tǒng)還有反饋裝置，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接分光器，分光器的一個輸出端連接光探測器，另一個輸出端接入微波光子濾波器，微波光子濾波器輸出的電信號接入偏置電壓控制電路，作為反饋信號控制其輸出的偏置電壓值保持為最佳工作點。
[0010]本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)可以前后兩級連接，前級基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)本振信號輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，射頻微波信號輸入兩臂，輸出光倍頻的本振信號；后級基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)中，光載波信號輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，前級輸出的光倍頻的本振信號輸入一臂、射頻或中頻微波信號輸入另一臂，輸出變頻的中頻或射頻微波信號。
[0011]本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)可用于進行微波信號變頻，光載波信號從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進入雙臂電光外調(diào)制器的兩個臂；其中一條臂輸入本振信號，另一條臂輸入射頻或中頻微波信號，本振信號和微波信號對進入兩個臂的光載波信號進行調(diào)制形成兩路光載微波信號，偏置電壓控制電路給兩個臂提供適當(dāng)?shù)钠秒妷?，將光載波功率搬移到光的邊帶功率上，最大限度地抑制光載波，提升變頻后的微波信號輸出功率。兩路光載微波信號疊加后為雙臂電光外調(diào)制器輸出的經(jīng)調(diào)制有微波信號的光信號，即光載微波信號。光載微波信號在光探測器進行光電轉(zhuǎn)換，光功率信號轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電流強度信號，經(jīng)過選頻放大電路，通過電域的濾波選頻和功率放大，得到所需要的下變頻的中頻微波信號或者上變頻的射頻微波信號。
[0012]根據(jù)雙臂電光外調(diào)制器的輸出光載微波信號公式，由貝塞爾函數(shù)可導(dǎo)出，本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)使用方法的最佳工作點為偏置電壓控制電路提供給雙臂電光
外調(diào)制器的偏置電壓等于雙臂的半波電壓值，即=^K2。微波光子濾波
器反饋的電信號使偏置電壓控制電路保持偏置電壓穩(wěn)定。
[0013]所述光電探測器的輸入光功率小于光電探測器的飽和光功率。
[0014]本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)也可用于本振信號的光倍頻，光本振信號從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進入雙臂電光外調(diào)制器的兩個臂；射頻微波信號分為兩路輸入雙臂電光外調(diào)制器兩臂，偏置電壓控制電路提供給雙臂的偏置電壓Vdca
和Vtk2設(shè)置在最佳工作點等于雙臂的半波電壓值，即Ftfcl，微波光子濾
波器反饋的電信號使偏置電壓控制電路保持偏置電壓穩(wěn)定。所述輸入兩臂的射頻微波信號對進入兩個臂的光本振信號進行調(diào)制，得到光倍頻的光載本振信號，光電探測器將倍頻的光載本振光功率信號轉(zhuǎn)換為含有各種頻率成分的電流強度信號，經(jīng)過選頻放大電路，通過電域的濾波選頻和功率放大，得到倍頻的本振信號。
[0015]雙臂電光外調(diào)制器工作在最佳偏置電壓點=|匕2時，輸出的倍
頻信號僅包含2倍頻和4倍頻信號，I倍頻和3倍頻信號完全被抑制。輸入雙臂的兩路射頻微波信號的相位差#對輸出信號的強度有較大的影響，對4倍頻信號的影響大于對2倍頻信號的影響。[0016]所述光電探測器的輸入光功率小于光電探測器的飽和光功率。
[0017]目前微波工作頻率不斷提高，現(xiàn)已達到Ka波段、毫米波段，進行變頻混頻時，直接提供如此高的本振信號比較困難，本系統(tǒng)可將較低頻的本振信號進行光倍頻，提供高頻的本振信號，即可以作為本實用新型基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)的本振信號。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)的優(yōu)點為:1、可將高頻段的微波信號(RF)下變頻到較低的中頻信號(IF)或?qū)⑤^低的中頻信號(IF)上變頻到較高頻段的微波信號(RF)，還可對本振信號進行光倍頻、以降低系統(tǒng)對輸入本振信號的頻率要求；光載微波信號(RoF)在近距離傳輸時，有效地提升光源功率、本振功率或光源功率與本振功率積；2、與目前常用的兩級調(diào)制方式相比，減少了一級設(shè)備的使用，設(shè)備的體積減小，器件的用量減少，降低成本，同時提高了系統(tǒng)的可靠性；3、本系統(tǒng)所得變頻后的微波信號光譜中僅含有微波信號(RFin)、本振信號和本振的3次諧波信號，光載波信號、本振的2次諧波和交調(diào)信號等無用信號均得到了很好的抑制；4、在保持光電探測器輸入光功率恒定的情況下，增加了輸入微波信號(RFin)的動態(tài)范圍，同時，還增加了光電探測器的中頻信號的輸出功率(IFout)，降低了系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，提升了系統(tǒng)效能；5、在光鏈路中不進行光信號功率放大時，保持通信鏈路不飽和，避免由于光鏈路中設(shè)備的功率飽和產(chǎn)生的非線性效應(yīng)，防止其造成信號失真；6、在光電探測器接收靈敏度范圍內(nèi)，有效地增加光載微波信號的傳輸距離；7、適用于寬帶無線接入、傳感網(wǎng)絡(luò)、雷達、衛(wèi)星通信、測試儀器儀表和武器系統(tǒng)中，為Ka波段微波信號、毫米波信號的產(chǎn)生、處理、控制和分配等實現(xiàn)高質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)性強和大動態(tài)范圍的變頻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖具體說明本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)實施例。
[0021]本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)實施例如圖1所示，圖中實線表示電路，虛線表示光路。本例為前級和后級兩級基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)連接使用，兩級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，均包括雙臂電光外調(diào)制器、偏置電壓控制電路、分光器、微波光子濾波器、光電探測器和選頻放大電路；偏置電壓控制電路的偏置電壓分別接入雙臂電光外調(diào)制器兩個臂的電極，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接分光器，分光器的一個輸出端連接光探測器，另一個輸出端接入微波光子濾波器，微波光子濾波器輸出的電信號接入偏置電壓控制電路。
[0022]本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)實施例的前級對本振信號進行光倍頻，光本振信號LC從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進入雙臂電光外調(diào)制器的兩個臂；射頻微波信號RF(f)分為兩路RFl和RF2分別輸入雙臂電光外調(diào)制器的兩臂，偏置電壓控制電路提供給雙臂的偏置電壓Vdca和Vtk2設(shè)置在最佳工作點等于雙臂的半波電壓值，即
K1= 和匕2微波光子濾波器反饋的電信號使偏置電壓控制電路保持偏置電
壓穩(wěn)定。所述輸入兩臂的射頻微波信號RFl和RF2對進入兩個臂的光本振信號LC進行調(diào)制，得到光倍頻的光載本振信號，光電探測器將倍頻的光載本振信號轉(zhuǎn)換為電信號。經(jīng)過選頻放大電路，得到倍頻的本振信號LC(n)。
[0023]本基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)的后級是使用基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)進行光電變頻，光載波信號P從雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端接入后分為兩路，進入雙臂電光外調(diào)制器的兩個臂；其中一條臂輸入前級系統(tǒng)輸出的倍頻的本振信號LC(n)，另一條臂輸入射頻微波信號RFin，偏置電壓控制電路提供給雙臂電光外調(diào)制器的偏置電壓等
于雙臂的半波電壓值，即和匕2=|匕2，微波光子濾波器反饋的電信號使偏置
電壓控制電路保持偏置電壓穩(wěn)定，本振信號和微波信號對進入兩個臂的光載波信號進行調(diào)制形成兩路光載微波信號，兩路光載微波信號疊加后為雙臂電光外調(diào)制器輸出的經(jīng)調(diào)制的有微波信號的光信號，即光載微波信號P(t)。光載微波信號在光探測器進行光電轉(zhuǎn)換，光功率信號轉(zhuǎn)換為電流強度信號，經(jīng)過選頻放大電路，得到所需要的下變頻的中頻微波信號IFouto
[0024]本例兩級基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)均選取5GHz的雙臂電光外調(diào)制器，前級系統(tǒng)輸入1GHz本振信號LC，輸入的射頻信號RF(f)為5GHz，光電探測器的輸入光功率小于5dBm (光功率不飽和)，轉(zhuǎn)換后輸出-15.4dBm的4倍頻4GHz的本振信號，經(jīng)選頻放大電路30dB的功率放大后，得到倍頻的本振信號LC(n)，其中2倍頻和4倍頻后的信號分別為10GHz和20GHz。2倍頻信號的輸出功率大于OdBm，4倍頻信號的輸出功率大于_20dBm，而1倍頻、3倍頻和其它的混頻信號完全被抑制，倍頻后的本振信號LC(n)完全可以作為后級雙臂電光外調(diào)制器的本振信號
[0025]后級系統(tǒng)中，前級所得的4GHz的本振信號LC (η)和5GHz的射頻微波信號RFin分別輸入兩臂，得到所需要的下變頻的1GHz中頻微波信號IFout。
[0026]對比例采用兩級調(diào)制法:第一級調(diào)制設(shè)備將4GHz的本振信號調(diào)制到光載波上形成光載微波信號；第二級調(diào)制設(shè)備將5`GHz的射頻微波信號也調(diào)制到RoF信號作為副載波調(diào)制信號；再通過光電探測器的轉(zhuǎn)換和選頻放大電路得到所需的下變頻信號。
[0027]本實施例和對比例電光`外調(diào)制后所得的中頻信號的主要指標(biāo)比較參見表1。
[0028]表1本實施例和對比例電光外調(diào)制后所得信號比較表
[0029]
【權(quán)利要求】
1.基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)，包括雙臂電光外調(diào)制器、偏置電壓控制電路、光電探測器和選頻放大電路；偏置電壓控制電路的偏置電壓分別接入雙臂電光外調(diào)制器兩個臂的電極，雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接光探測器，光探測器輸出的電信號接入選頻放大電路，選頻放大電路的輸出端為本變頻系統(tǒng)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)，其特征在于: 還有反饋裝置，所述雙臂電光外調(diào)制器的輸出端連接分光器，分光器的一個輸出端連接光探測器，另一個輸出端接入微波光子濾波器，微波光子濾波器輸出的電信號接入偏置電壓控制電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)，其特征在于: 所述基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)前后兩級連接，前級基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)本振信號輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，射頻微波信號輸入兩臂，輸出光倍頻的本振信號；后級基于雙臂電光外調(diào)制的變頻系統(tǒng)中，光載波信號輸入雙臂電光外調(diào)制器的光輸入端，前級輸出的光倍頻的本振信號輸入一臂、射頻或中頻微波信號輸入另一臂，輸出變頻的中頻或射頻微波信號。
【文檔編號】G02F1/01GK203504572SQ201320545034
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】代豐羽, 朱少林, 尹怡輝, 王景國 申請人:中國電子科技集團公司第三十四研究所