本發(fā)明涉及光通信技術(shù)領(lǐng)域和微波技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及光通信技術(shù)中基于雙偏振調(diào)制器實(shí)現(xiàn)微波光子移相器的方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)高頻毫米波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和處理技術(shù)存在較嚴(yán)重的電子瓶頸。借助光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)對(duì)毫米波信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸和處理逐漸成為各國(guó)研究熱點(diǎn)之一。其中微波移相作為微波信號(hào)處理中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，在相控陣?yán)走_(dá)、衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、電子對(duì)抗和航天航空等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的微波移相器主要是電移相器，受到頻帶帶寬小、抗干擾性能差、移相范圍小、響應(yīng)速度慢等限制，難以滿足以上應(yīng)用的需求。而微波光子移相，即利用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)微波、毫米波信號(hào)的移相功能，具有頻帶寬、相位調(diào)諧范圍大、抗電磁干擾強(qiáng)、損耗低、重量輕、體積小和能與其他光系統(tǒng)兼容的優(yōu)點(diǎn)而受到各國(guó)研究機(jī)構(gòu)日益的重視。

目前微波光子移相器根據(jù)工作原理的不同，主要可以分為三種：(1)基于光學(xué)真延時(shí)的微波光子移相器，將微波信號(hào)調(diào)制到光載波上，在光路上經(jīng)過(guò)不同延時(shí)的光程，最終實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的相移；(2)基于外差混頻或者邊帶調(diào)制技術(shù)的微波光子移相器，即產(chǎn)生兩個(gè)頻率的光波，經(jīng)光濾波器分開(kāi)，然后對(duì)其中一路光波的相位進(jìn)行控制，再把兩路光波合成一路，最后在探測(cè)器中經(jīng)過(guò)拍頻即可得到相位可控的射頻信號(hào)；(3)基于矢量和技術(shù)的微波光子移相器，即產(chǎn)生兩路頻率相同，幅度、相位不同的正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)疊加后產(chǎn)生一定相位的信號(hào)，信號(hào)相位可由兩個(gè)信號(hào)的幅度比值以及兩者的相位差控制。

混頻技術(shù)或邊帶調(diào)制技術(shù)可直接把光學(xué)相位轉(zhuǎn)換為微波信號(hào)的相位?；谶@種技術(shù)制作的移相器一般都具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，極易實(shí)現(xiàn)高度的集成化，另外，由于該技術(shù)的調(diào)相過(guò)程不涉及到調(diào)幅，因而輸出信號(hào)的功率波動(dòng)相對(duì)也較小。其缺點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)邊帶調(diào)制需要比較復(fù)雜的器件結(jié)構(gòu)或要對(duì)信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的外部處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于雙偏振調(diào)制器的微波光子移相器。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：所述裝置包括可調(diào)激光源、雙偏振調(diào)制器、光帶通濾波器、偏振控制器、起偏器、光電探測(cè)器；可調(diào)激光源的輸出端口與雙偏振調(diào)制器輸入端相連，該調(diào)制器的輸出端與光帶通濾波器的輸入端口相連；待移相的射頻信號(hào)與雙偏振調(diào)制器的一個(gè)射頻端口相連，其他射頻端口空載；光帶通濾波器輸出端口與偏振控制器的一端相連；偏振控制器的另一端和起偏器的輸入端口相連；起偏器的輸出端和光電探測(cè)器的輸入端口相連；光電探測(cè)器輸出移相后的電信號(hào)。光帶通濾波器的輸出端可連接光譜儀進(jìn)行觀察測(cè)試，光電探測(cè)器的輸出端可連接矢量分析儀進(jìn)行測(cè)試。

所述雙偏振調(diào)制器由Y分路器、上下兩路并行的馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器MZM1和MZM2以及偏振合束器構(gòu)成。

本發(fā)明在工作時(shí)包括以下步驟：

(1)從可調(diào)諧激光器發(fā)出波長(zhǎng)為λ的光波注入到雙偏振調(diào)制器中；

(2)入射到雙偏振調(diào)制器的光信號(hào)被功分兩路，分別進(jìn)入MZM1和MZM2中。頻率為f的射頻信號(hào)輸入到的MZM1的一個(gè)射頻端口，其他射頻端口無(wú)信號(hào)。MZM1偏置在最小傳輸點(diǎn)，進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。MZM2偏置在最大點(diǎn)，光信號(hào)不被調(diào)制，直接輸出。MZM1和MZM2輸出的兩路信號(hào)輸入到偏振合束器實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)復(fù)用，在雙偏振調(diào)制器的輸出端得到一個(gè)偏振復(fù)用的雙邊帶信號(hào)；

(3)雙偏振調(diào)制器的輸出信號(hào)進(jìn)入到光帶通濾波器中，光帶通濾波器濾出偏振復(fù)用的雙邊帶信號(hào)的上邊帶和光載波，從而得到一個(gè)偏振復(fù)用的單邊帶信號(hào)；

(4)從濾波器輸出的單邊帶光信號(hào)具有兩個(gè)正交的偏振態(tài)，通過(guò)起偏器后，這兩個(gè)偏振態(tài)合并為一個(gè)方向的線偏振光，通過(guò)調(diào)節(jié)起偏器前面的偏振控制器，可以使得光載波和邊帶信號(hào)之間的相位差得到任意程度上的調(diào)整；

(5)起偏器輸出的單邊帶信號(hào)進(jìn)入光電探測(cè)器拍頻可以得到相移后的微波信號(hào)；

本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)微波光子移相方法，該方案利用雙偏振調(diào)制器，結(jié)合光帶通濾波器以及起偏器，對(duì)輸出信號(hào)光載波和邊帶之間的相位差進(jìn)行控制，從而在光電探測(cè)器后得到相位發(fā)生改變的微波信號(hào)。

本方案只需要通過(guò)偏振控制器調(diào)節(jié)起偏器的偏振方向，微波信號(hào)的相移就可以在360度內(nèi)任意調(diào)整，而信號(hào)幅度幾乎不發(fā)生變化。因此本發(fā)明設(shè)備簡(jiǎn)單，具有很強(qiáng)的實(shí)際可操作性。

本發(fā)明的微波光子移相是在光域直接進(jìn)行的，通過(guò)對(duì)光信號(hào)的處理達(dá)到微波信號(hào)移相的目的，克服了傳統(tǒng)的微波移相的帶寬限制以及電磁干擾，因此系統(tǒng)的性能得到了很大的提高。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明基于雙偏振調(diào)制器實(shí)施微波光子移相器的原理圖；圖2、圖3為實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果圖，圖2為濾波前后的光信號(hào)的光譜圖和濾波器的濾波響應(yīng)；圖3(a)和(b)分別為微波光子移相器的相位-頻率響應(yīng)和幅度-頻率響應(yīng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例：

圖1為本發(fā)明利用基于雙偏振調(diào)制器實(shí)施微波光子移相器的原理圖。其中雙偏振調(diào)制器對(duì)微波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成一個(gè)偏振復(fù)用的雙邊帶信號(hào)；利用光帶通濾波器移除一個(gè)邊帶，生成一個(gè)偏振復(fù)用的單邊帶信號(hào)；利用起偏器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的偏振態(tài)合并，偏振控制器既用于控制兩路偏振態(tài)的合并方向，同時(shí)可用來(lái)控制載波與邊帶之間的相位差；經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器拍頻后可得到經(jīng)過(guò)相移后的微波信號(hào)。其中雙偏振調(diào)制器由Y分路器、兩個(gè)并行的馬赫增德?tīng)栒{(diào)制器MZM1和MZM2以及偏振合束器構(gòu)成?？烧{(diào)激光源的輸出端口與雙偏振調(diào)制器相連；射頻信號(hào)源的輸出端與MZM1的一個(gè)射頻端口相連，其他射頻端口空載；雙偏振調(diào)制器的輸出端與光帶通濾波器的輸入端口相連；光帶通濾波器的輸出端與偏振控制器的一端相連，該偏振控制器的另一端與起偏器的輸入端相連；起偏器的輸出端和光電探測(cè)器的輸入端口相連；光電探測(cè)器輸出電信號(hào)。

本實(shí)例中，方法的具體實(shí)施步驟是：

步驟一：可調(diào)諧光源產(chǎn)生工作波長(zhǎng)為1549.845nm、功率為10dBm的連續(xù)光波，連續(xù)光波輸入到半波電壓為3.5V、帶寬為30GHz以上的雙偏振調(diào)制器中。從5GHz到35GHz的射頻信號(hào)由矢量分析儀產(chǎn)生，輸入到MZM1的一個(gè)射頻端口。MZM1偏置在最小傳輸點(diǎn)，進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制。MZM2偏置在最大點(diǎn)，光信號(hào)不被調(diào)制，直接輸出。調(diào)制指數(shù)較小時(shí)，輸出只包含載波與正負(fù)一階光邊帶。MZM1和MZM2的輸出信號(hào)在偏振合束器上被合成一個(gè)偏振復(fù)用的雙邊帶信號(hào)。

步驟二：雙偏振調(diào)制器的輸出信號(hào)進(jìn)入到光帶通濾波器中，光帶通濾波器濾出偏振復(fù)用的雙邊帶信號(hào)的上邊帶和光載波，從而得到一個(gè)偏振復(fù)用的單邊帶信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)抑制比為20dB、3dB帶寬為23GHz的光纖布拉格光柵作為光帶通濾波器使用，其濾波性能通過(guò)光譜儀得到驗(yàn)證。將微波信號(hào)的頻率設(shè)定在20GHz，將濾波前后的光信號(hào)分別輸入到光譜儀中。得到的結(jié)果如圖2所示，負(fù)一階邊帶的抑制比為33dB。

步驟三：從濾波器輸出的單邊帶光信號(hào)具有兩個(gè)正交的偏振態(tài)，通過(guò)起偏器后，這兩個(gè)偏振態(tài)合并為一個(gè)方向的線偏振光，通過(guò)調(diào)節(jié)起偏器前面的偏振控制器，可以使得光載波和邊帶信號(hào)之間的相位差得到任意程度上的調(diào)整。因此，從起偏器輸出的信號(hào)為一束線偏振的單邊帶信號(hào)。

步驟四：從起偏器輸出的信號(hào)進(jìn)入可進(jìn)入光電探測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。

步驟五：從光電探測(cè)器輸出的微波信號(hào)輸入到矢量分析儀中，其幅度和相位的改變都可以在矢量分析儀測(cè)出。由于輸入到雙偏振調(diào)制器的微波信號(hào)的頻率從5GHz到35GHz改變，因此得到所提出的微波光子移相器在5GHz到35GHz上的幅度和相位響應(yīng)。移相量可以通過(guò)調(diào)節(jié)偏振控制器在0-360度內(nèi)任意改變，同時(shí)幅度的變化量在很小的范圍內(nèi)。在11GHz以下，相位和幅度的不平穩(wěn)響應(yīng)主要是由濾波器的不完全的邊帶抑制引起的，在33GHz以上出現(xiàn)的噪聲是因?yàn)樾盘?hào)頻率超出了光電探測(cè)器的帶寬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，符合預(yù)期。

綜上，本發(fā)明利用雙偏振調(diào)制器、光帶通濾波器以及起偏器實(shí)現(xiàn)微波光子移相器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格低廉，不受電子瓶頸影響。

總之，以上所述實(shí)施方案僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并非僅用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容上，還可以做出若干等同變形和替換，微波光子移相器的工作頻率范圍不限于5到35GHz，如果使用50GHz的射頻本振和光電探測(cè)器，該系統(tǒng)可以對(duì)50GHz的微波信號(hào)進(jìn)行移相。這些等同變形和替換以及頻率范圍的調(diào)整也應(yīng)視為本發(fā)明保護(hù)的范圍。