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的超寬帶大動態(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、通信等多功能于一體的電子系統(tǒng)應(yīng)用越來越廣，故而多功能電子系統(tǒng)的通道中需要處理的微波信號具有超寬帶、大動態(tài)、種類多等特點，其發(fā)送、傳輸、接收過程都需要不同頻段、不同功能的天線系統(tǒng)支持。為了實現(xiàn)上述不同頻率、不同類型的微波信號的處理，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帶來突出的結(jié)構(gòu)、重量、散熱、供電、測試維修等工程化問題?，F(xiàn)有技術(shù)對于以上問題的解決方式是提高器件的集成度和裝配密度，直接導致了產(chǎn)品的成本大幅增加，同時散熱問題更加嚴峻，電磁兼容和測試維修壓力巨大。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，對于高頻段微波信號，往往需要進行多級變頻，微波混頻器件在通道中會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，動態(tài)范圍較小，無法滿足多功能電子系統(tǒng)具有很寬的帶寬以及很高的無雜散動態(tài)范圍的要求。在遠距離傳輸方面，現(xiàn)有的微波通道的傳輸損耗大，傳輸距離短。舉例來說，如采用高頻電纜傳輸，頻率為10GHz的微波信號傳輸50米，損耗在20dB以上，且頻率越高，則損耗越大；如采用無線傳輸方式，微波信號傳輸2000米，空間損耗為6dB，如果距離更遠，則損耗更大。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種基于微波光子學的超寬帶大動態(tài)變頻通道，能夠降低設(shè)備的復雜度和生產(chǎn)成本，同時有效提高通道的傳輸帶寬和無雜散動態(tài)范圍，并降低傳輸損耗。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于微波光子學的超寬帶大動態(tài)變頻通道，包括光發(fā)射機、光接收機和光纖，光發(fā)射機的信號輸出端口通過光纖連接光接收機的信號輸入端口；所述的光發(fā)射機包括分布式反饋激光器、馬赫增德爾調(diào)制器、射頻信號源、本振信號源和第一電源，所述的射頻信號源的輸出端口連接分布式反饋激光器的激光調(diào)制端口，所述的本振信號源的輸出端口連接馬赫增德爾調(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爾調(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；所述的光接收機包括光電探測器、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爾調(diào)制器的光輸出端口，光纖的另一端連接光電探測器的光輸入端口，所述的光電探測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爾調(diào)制器對光信號進行分級調(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，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、馬赫增德爾調(diào)制器和光電探測器等光學器件的高線性度，實現(xiàn)變頻通道的高增益、線性化特性，提高了系統(tǒng)的無雜散動態(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，易于安裝維護的優(yōu)點，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。附圖說明圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明所述的實施例一中分布式反饋激光器輸出的光載波信號波形圖；圖3為本發(fā)明所述的實施例一中馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光載波信號波形圖；圖4為本發(fā)明所述的實施例一中輸出的中頻信號波形圖；圖5為本發(fā)明所述的實施例二中分布式反饋激光器輸出的光載波信號波形圖；圖6為本發(fā)明所述的實施例二中馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光載波信號波形圖；圖7為本發(fā)明所述的實施例二中輸出的寬帶中頻信號波形圖；圖8為本發(fā)明所述的實施例三中分布式反饋激光器輸出的光載波信號波形圖；圖9為本發(fā)明所述的實施例三中馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光載波信號波形圖；圖10為本發(fā)明所述的實施例三中輸出的雙音信號波形圖；圖11為本發(fā)明所述的實施例三中三階交調(diào)數(shù)據(jù)擬合直線圖。具體實施方式如圖1所示，本發(fā)明所述的基于微波光子學的超寬帶大動態(tài)變頻通道，包括光發(fā)射機、光接收機和光纖，光發(fā)射機的信號輸出端口通過光纖連接光接收機的信號輸入端口。本發(fā)明的光發(fā)射機用于產(chǎn)生光信號，并通過調(diào)制射頻信號和本振信號產(chǎn)生光載波信號。光發(fā)射機包括分布式反饋激光器、馬赫增德爾調(diào)制器、射頻信號源、本振信號源和第一電源。射頻信號源的輸出端口連接分布式反饋激光器的激光調(diào)制端口，本振信號源的輸出端口連接馬赫增德爾調(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爾調(diào)制器的光輸入端口。本發(fā)明的射頻信號源和本振信號源分別用于產(chǎn)生射頻信號和本振信號，分布式反饋激光器采用一個分布式反饋激光二極管作為光源，產(chǎn)生光信號。同時，分布式反饋激光器作為第一級調(diào)制器，將射頻信號源產(chǎn)生的射頻信號作為調(diào)制信號加載到光信號上，輸出經(jīng)射頻信號調(diào)制的光載波信號，第一電源為分布式反饋激光器提供+12V直流電壓。馬赫增德爾調(diào)制器作為第二級調(diào)制器，將本振信號源產(chǎn)生的本振信號作為調(diào)制信號加載到經(jīng)射頻信號調(diào)制的光載波信號上，最后輸出經(jīng)射頻信號和本振信號調(diào)制的光載波信號。馬赫增德爾調(diào)制器采用鈮酸鋰材料制作，由其專用電源供電，利用電場的線性電光效應(yīng)，改變外部驅(qū)動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，在引入馬赫增德爾干涉結(jié)構(gòu)后，一路光波導上的相位調(diào)制將改變兩路光信號的相位差，從而轉(zhuǎn)化為對輸出光波強度的調(diào)制。本發(fā)明的光纖用于光載波信號的遠距離傳輸，光纖的一端連接馬赫增德爾調(diào)制器的光輸出端口，光纖的另一端連接光電探測器的光輸入端口。由于現(xiàn)有的光纖窗口可以容納超過50THz帶寬的信號，實現(xiàn)單路40～160Gb/s的數(shù)字信號傳輸，且在1310nm和1550nm兩個低損耗窗口，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)明通過光纖傳輸微波信號可以在減小發(fā)射功率的同時增大傳輸距離，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)明的光接收機用于檢測光電信號，并將射頻信號和本振信號混頻為中頻信號，濾波和放大后輸出。光接收機包括光電探測器、微波濾波器、微波放大器和第二電源，光電探測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。光電探測器對接收到的經(jīng)射頻信號和本振信號調(diào)制的光載波信號進行光電轉(zhuǎn)換，從而獲得電信號，產(chǎn)生的電信號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)，射頻信號和本振信號在光電二極管中混頻，產(chǎn)生中頻信號。由于光電探測器輸出的中頻信號中還包含射頻信號、本振信號和中頻信號的高次諧波以及它們的差頻信號，采用微波濾波器對此信號進行濾波，獲得需要的中頻信號；采用微波放大器對濾波后的中頻信號進行放大，最終得到幅度滿足要求的中頻信號。第二電源為光電探測器提供+3V和-3V直流電壓，為微波放大器提供+12V直流電壓。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述的基于微波光子學的超寬帶大動態(tài)變頻通道進行詳細說明。實施例一利用optisystem軟件對本發(fā)明所述的超寬帶大動態(tài)變頻通道進行仿真，分布式反饋激光器的輸出光波長為1530納米，輸出光功率為5dBm，輸入射頻信號頻率為1.72GHz，幅度為0dBm，經(jīng)過第一級調(diào)制后分布式反饋激光器輸出的光載波信號波形如圖2所示，該圖表明射頻信號已加載到光信號上，在光信號上產(chǎn)生了邊帶信號；輸入本振信號頻率為1GHz，幅度為7dBm，經(jīng)過第二級調(diào)制后馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光載波信號波形如圖3所示，該圖表明本振信號已加載到一級調(diào)制后的光載波信號上，邊帶信號既有射頻信號也有本振信號；光接收機輸出的中頻信號波形如圖4所示，該圖說明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)微波信號的混頻，且通道損耗較低。實施例二利用optisystem軟件對本發(fā)明所述的超寬帶大動態(tài)變頻通道進行仿真，分布式反饋激光器的輸出光波長為1530納米，輸出光功率為5dBm，輸入射頻信號頻率為2GHz到14GHz，幅度為0dBm的寬帶信號，經(jīng)過第一級調(diào)制后分布式反饋激光器輸出的光載波信號波形如圖5所示，該圖表明寬帶射頻信號已加載到光信號上，在光信號上產(chǎn)生了邊帶信號；輸入本振信號頻率為17GHz，幅度為7dBm，經(jīng)過第二級調(diào)制后馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光載波信號波形如圖6所示，該圖表明本振信號已加載到一級調(diào)制后的光載波信號上，邊帶信號既有寬帶射頻信號也有本振信號；光接收機輸出的中頻信號波形如圖7所示，該圖說明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶信號的混頻，且?guī)捒蛇_12GHz以上。實施例三利用optisystem軟件對本發(fā)明所述的超寬帶大動態(tài)變頻通道進行仿真，分布式反饋激光器的輸出光波長為1530納米，輸出光功率為5dBm，輸入射頻信號頻率為10GHz和10.5GHz，幅度為0dBm的雙音信號，經(jīng)過第一級調(diào)制后分布式反饋激光器輸出的光載波信號波形如圖8所示，該圖表明雙音射頻信號已加載到光信號上，在光信號上產(chǎn)生了邊帶信號；輸入本振信號頻率為8GHz，幅度為7dBm，經(jīng)過第二級調(diào)制后馬赫增德爾調(diào)制器輸出的光載波信號波形如圖9所示，該圖表明本振信號已加載到一級調(diào)制后的光載波信號上，邊帶信號既有雙音射頻信號也有本振信號；光接收機輸出的中頻信號波形如圖10所示，該圖說明本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)雙音信號的混頻。改變輸入雙音射頻信號的幅度，分別測試光接收機輸出的中頻信號和其三階交調(diào)信號幅度，結(jié)果如表一所示：表一輸入信號幅度(dBm)輸出基頻信號幅度(dBm)三階交調(diào)信號幅度(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，計算無雜散動態(tài)范圍：其中，IIP3為鏈路三階截點對應(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。當前第1頁1 2 3