本發(fā)明屬于微波光子領(lǐng)域，具體涉及一種微波光子變頻器。
背景技術(shù)：
：隨著寬帶無線接入技術(shù)、雷達、相控陣天線技術(shù)等無線通信系統(tǒng)對帶寬需求的不斷增加，傳輸?shù)男盘栴l率進一步向更高頻段的微波、毫米波頻段延伸，面對如此高頻率的信號，電學(xué)系統(tǒng)處理能力的不足越加明顯，因此研究與開發(fā)具有超大帶寬、超高信號處理能力的光子系統(tǒng)尤為重要。微波光子變頻器作為通信系統(tǒng)重要的功能單元，在國內(nèi)外也得到了廣泛的研究。傳統(tǒng)的變頻器采用電光強度調(diào)制器級聯(lián)實現(xiàn)光域電信號頻率下轉(zhuǎn)換，由于強度調(diào)制器由馬赫曾德爾干涉結(jié)構(gòu)制作而成，因此插入損耗較大；另外，強度調(diào)制器存在光載波偏置點漂移問題，為了消除偏置點漂移的問題，需要對強度調(diào)制器進行偏置控制，無論是采用功率法還是導(dǎo)頻法控制，都會增加器件的復(fù)雜程度、降低器件的工作穩(wěn)定度。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種微波光子變頻器，以解決目前微波光子變頻器插入損耗較大、器件復(fù)雜程度高以及穩(wěn)定性較差的問題。根據(jù)本發(fā)明實施例的第一方面，提供一種微波光子變頻器，包括第一相位調(diào)制器、第二相位調(diào)制器、光濾波環(huán)路和光電探測器，其中所述第一相位調(diào)制器用于采用第一電信號對光載波進行相位調(diào)制；所述第二相位調(diào)制器用于采用第二電信號對所述第一相位調(diào)制器輸出的光信號進行相位調(diào)制；所述光濾波環(huán)路用于基于光纖的布里淵散射效應(yīng)和受激布里淵散射效應(yīng)，對所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號中的光載波進行抑制；所述光電探測器用于將所述光濾波環(huán)路輸出的對應(yīng)頻率范圍內(nèi)的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。在一種可選的實現(xiàn)方式中，所述光濾波環(huán)路包括輸入裝置、光纖和輸出裝置，其中所述輸入裝置用于輸入所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號，并通過所述光纖將所述光信號傳輸給所述輸出裝置；所述光纖在傳輸所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號時，所述光信號中的光載波作為泵浦光，在所述光纖的布里淵散射效應(yīng)的作用下產(chǎn)生斯托克斯光，反向傳輸至所述輸入裝置；所述輸入裝置將所述斯托克斯光傳輸給所述輸出裝置；所述輸出裝置將所述斯托克斯光傳輸給所述光纖，在所述光纖中所述斯托克斯光與所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號中的光載波相向傳輸，從而發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，在所述受激布里淵散射效應(yīng)的作用下所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號中的光載波得到抑制，此后將所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號中的剩余分量輸出給所述光電探測器。在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述輸入裝置為第一光環(huán)形器，所述第一光環(huán)形器上按順序設(shè)置有第一端口、第二端口和第三端口，其中所述第一光環(huán)形器的第一端口作為所述光濾波環(huán)路的輸入端，與所述第二相位調(diào)制器的輸出端連接，所述第一光環(huán)形器的第二端口通過所述光纖與所述輸出裝置的第二端口連接，所述第一光環(huán)形器的第三端口與所述輸出裝置的第一端口連接。在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述輸出裝置為第二光環(huán)形器，所述第二光環(huán)形器上按順序設(shè)置有第一端口、第二端口和第三端口，其中所述第二關(guān)環(huán)形器的第一端口作為所述輸出裝置的第一端口，與所述第一光環(huán)形器的第三端口連接，所述第二關(guān)環(huán)形器的第二端口作為所述輸出裝置的第二端口，通過所述光纖與所述第一光環(huán)形器的第二端口連接，所述第三端口作為所述光濾波環(huán)路的輸出端，與所述光電探測器的輸入端連接。在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述光纖為色散位移光纖。在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第一相位調(diào)制器輸出的光信號中包括光載波信號以及經(jīng)所述第一相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號。在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述第二相位調(diào)制器輸出的光信號包括光載波信號、經(jīng)所述第一相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號、經(jīng)所述第二相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號以及經(jīng)所述第一相位調(diào)制器和所述第二相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號。在另一種可選的實現(xiàn)方式中，所述光濾波環(huán)路輸出的光信號包括經(jīng)所述第一相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號、經(jīng)所述第二相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號以及經(jīng)所述第一相位調(diào)制器和所述第二相位調(diào)制器調(diào)制后的光載波信號。本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明通過采用級聯(lián)相位調(diào)制器，可以降低插入損耗；通過采用光濾波環(huán)路，并使光濾波環(huán)路基于光纖的布里淵散射效應(yīng)和受激布里淵散射效應(yīng)，對光信號中的光載波進行抑制，可以在消除光載波偏置點漂移問題的同時簡化器件，增強器件工作穩(wěn)定性，并且可以降低光載波對輸出光信號的干擾，從而降低輸入電信號在輸出信號中的泄露；2、本發(fā)明通過采用光環(huán)形器控制光信號在光濾波環(huán)路中的傳輸，使得整個變頻器組件更加簡單。附圖說明圖1是本發(fā)明微波光子變頻器的一個實施例電路示意圖；圖2是本發(fā)明微波光子變頻器頻譜處理過程的一個實施例示意圖；圖3是本發(fā)明微波光子變頻器的歸一化變頻增益隨光載波抑制系數(shù)的變化關(guān)系示意圖。具體實施方式為了使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員更好地理解本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實施例的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例中技術(shù)方案作進一步詳細的說明。在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說明的是，術(shù)語“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。參見圖1，為本發(fā)明微波光子變頻器的一個實施例電路示意圖。該微波光子變頻器可以包括第一相位調(diào)制器110、第二相位調(diào)制器120、光濾波環(huán)路130和光電探測器140，第一相位調(diào)制器110的第一輸入端輸入光載波，第二輸入端輸入第一電信號，其可以采用第一電信號對光載波進行相位調(diào)制；第二相位調(diào)制器120的第一輸入端輸入第二電信號，第二輸入端連接第一相位調(diào)制器110的輸出端，其可以采用第二電信號對第一相位調(diào)制器110輸出的光信號進行相位調(diào)制，其中第一相位調(diào)制器110輸出的光信號中可以包括光載波信號以及經(jīng)第一相位調(diào)制器110調(diào)制后的光載波信號。若設(shè)光載波信號的頻率為fc，第一電信號的頻率為fRF，則經(jīng)第一相位調(diào)制器110調(diào)制后的光載波信號的頻率可以為fc±fRF。光濾波環(huán)路130的輸入端與第二相位調(diào)制器120的輸出端連接，其可以基于光纖的布里淵散射效應(yīng)和受激布里淵散射效應(yīng)，對第二相位調(diào)制器120輸出的光信號中的光載波進行抑制，其中第二相位調(diào)制器120輸出的光信號可以包括光載波信號、經(jīng)第一相位調(diào)制器110調(diào)制后的光載波信號、經(jīng)第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號以及經(jīng)第一相位調(diào)制器110和第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號。同樣地，若設(shè)光載波信號的頻率為fc，第一電信號的頻率為fRF，第二電信號的頻率為fLO，則經(jīng)第一相位調(diào)制器110調(diào)制后的光載波信號的頻率可以為fc±fRF，經(jīng)第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號的頻率可以為fc±fLO，經(jīng)第一相位調(diào)制器110和第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號的頻率可以為fc±(fRF-fLO)。光電探測器140的輸入端與光濾波環(huán)路130的輸出端連接，其可以將光濾波環(huán)路130輸出的對應(yīng)頻率范圍內(nèi)的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，其中光濾波環(huán)路130輸出的光信號可以包括經(jīng)第一相位調(diào)制器110調(diào)制后的光載波信號、經(jīng)第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號以及經(jīng)第一相位調(diào)制器110和第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號。本實施例中，光載波可以由激光器等光源發(fā)生器產(chǎn)生。該光濾波環(huán)路130可以包括輸入裝置131、光纖132和輸出裝置133，其中輸入裝置131的第一端口作為光濾波環(huán)路130的輸入端，可以與第二相位調(diào)制器120的輸出端連接，第二端口通過光纖132與輸出裝置133的第二端口連接，第三端口與輸出裝置133的第一端口連接，輸出裝置133的第三端口作為光濾波環(huán)路130的輸出端，可以與光電探測器140的輸入端連接。輸入裝置131在輸入第二相位調(diào)制器120輸出的光信號后，可以通過光纖132將該光信號傳輸給輸出裝置133，從而由輸出裝置133傳輸給光電探測器140。由于第二相位調(diào)制器120輸出的光信號可以包括光載波信號、經(jīng)第一相位調(diào)制器110調(diào)制后的光載波信號、經(jīng)第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號以及經(jīng)第一相位調(diào)制器110和第二相位調(diào)制器120調(diào)制后的光載波信號，并且在這些信號中光載波信號的強度最強，因此光纖132在傳輸?shù)诙辔徽{(diào)制器120輸出的光信號時，該光信號中的光載波信號可以作為泵浦光，在光纖132的布里淵散射效應(yīng)的作用下產(chǎn)生斯托克斯光，反向傳輸至輸入裝置131。輸入裝置131在接收到斯托克斯光后，可以將該斯托克斯光傳輸給輸出裝置133。此后，輸出裝置133可以將斯托克斯光傳輸給光纖132，在光纖132中該斯托克斯光與第二相位調(diào)制器120輸出的光信號中的光載波相向傳輸，從而發(fā)生受激布里淵散射效應(yīng)，在受激布里淵散射效應(yīng)的作用下第二相位調(diào)制器120輸出的光信號中的光載波可以得到抑制。其中，該輸入裝置131可以為第一光環(huán)形器，光纖132可以為色散位移光纖，輸出裝置133可以為第二光環(huán)形器。第一光環(huán)形器131上可以按順序設(shè)置有第一端口1a、第二端口1b和第三端口1c，其中第二端口1b為第一端口1a的下一端口，第三端口1c為第二端口1b的下一端口。根據(jù)光環(huán)形器的輸入輸出特性：光信號從任意端口輸入時，只能從該輸入端口的下一端口輸出，可知輸入至第一端口1a的光信號只能從第二端口1b輸出，輸入至第二端口1b的光信號只能從第三端口1c輸出。第二光環(huán)形器133上也按順序設(shè)置有第一端口2a、第二端口2b和第三端口2c，其中第二端口2b為第一端口2a的下一端口，第三端口2c為第二端口2b的下一端口。同樣地輸入至第一端口2a的光信號只能從第二端口2b輸出，輸入至第二端口2b的光信號只能從第三端口2c輸出。該第一光環(huán)形器131的第一端口1a作為光濾波環(huán)路130的輸入端，與第二相位調(diào)制器120的輸出端連接，第二端口1b通過光纖132連接第二光環(huán)形器133的第二端口2b，第三端口1c連接第二光環(huán)形器133的第一端口2a，第二光環(huán)形器133的第三端口2c作為光濾波環(huán)路130的輸出端，與光電探測器140的輸入端連接。上述光濾波環(huán)路130在工作時，第二相位調(diào)制器120輸出的光信號可以從第一光環(huán)形器131的第一端口1a輸入，再從第二端口1b輸出，然后經(jīng)由色散位移光纖132輸入到第二光環(huán)形器133的第二端口2b，最后從第三端口2c輸出，第三端口2c輸出的光信號可以進入到光電探測器140中。由于經(jīng)過兩級相位調(diào)制后輸出的光信號中的光載波仍然有很高的信號強度，因此第二相位調(diào)制器120輸出的光信號進入到色散位移光纖132后，光載波作為泵浦光在色散位移光纖132自發(fā)布里淵散射效應(yīng)的作用下會產(chǎn)生后向傳輸?shù)乃雇锌怂构?，斯托克斯光從色散位移光纖132中沿逆時針方向傳輸?shù)降谝欢丝?b進入第一光環(huán)形器131，經(jīng)由第三端口1c輸出后從第一端口2a直接進入到第二光環(huán)形器133中，從第一端口2a輸入的斯托克斯光從第二光環(huán)形器133的第二端口2b輸出，再進入色散位移光纖132中。從第二端口2b輸出的斯托克斯光與第二相位調(diào)制器120輸出的光信號中的光載波在色散位移光纖132中相向傳輸，發(fā)生受激布里淵散射響應(yīng)，在受激布里淵散射效應(yīng)的作用下光載波信號的能量得到極大的衰減，因此從第三端口2c輸出進入到光電探測器140中的光信號包含的載波分量就會得到很強的抑制。由上述實施例可見，本發(fā)明通過采用級聯(lián)相位調(diào)制器，可以降低插入損耗；通過采用光濾波環(huán)路，并使光濾波環(huán)路基于光纖的布里淵散射效應(yīng)和受激布里淵散射效應(yīng)，對光信號中的光載波進行抑制，可以在消除光載波偏置點漂移問題的同時簡化器件，增強器件工作穩(wěn)定性，并且可以降低光載波對輸出光信號的干擾，從而降低輸入電信號在輸出信號中的泄露。參見圖2，為本發(fā)明微波光子變頻器頻譜處理過程的一個實施例示意圖。圖中頻率為fc的光載波信號經(jīng)由第一相位調(diào)制器110產(chǎn)生頻率為fc與fc±fRF的光信號分量(高階邊帶相對于一階邊帶強度要小很多，因此可以忽略掉)；第一相位調(diào)制器110輸出的光信號經(jīng)由第二相位調(diào)制器120產(chǎn)生頻率為fc、fc±fRF、fc±fLO、fc±(fRF-fLO)的光信號分量，再進過色散位移光纖132與光環(huán)形器131、133構(gòu)建的光濾波環(huán)路130對光載波分量(即頻率為fc的光信號分量)進行抑制，剩下的信號分量在光電探測器140中拍頻產(chǎn)生頻率為fRF-fLO的中頻信號輸出。可以看出整個方案主要的功能單元包含兩級相位調(diào)制和載波抑制環(huán)路三個部分，經(jīng)過兩級相位調(diào)制將微波信號(即第一電信號)與本振信號(即第二電信號)加載到光載波上以后光信號的光場可以表示為：E(t)=PoptLoptexp{j2πfct+jm1cos(2πfRFt)}exp{j2πfct+jm2cos(2πfLOt)}---(1)]]>式中Popt為光載波信號的功率，Lopt為鏈路光插入損耗(包括相位調(diào)制器1和相位調(diào)制器2的固有插損以及載波抑制光纖環(huán)路帶來的光信號衰減)，m1和m2分別為微波信號和本振信號的相位調(diào)制系數(shù)(其中m1＝VRF/Vπ1,m2＝VLO/Vπ2,VRF和VLO分別為微波信號和本振信號的幅度，Vπ1和Vπ2分別為相位調(diào)制器1和相位調(diào)制2的半波電壓)。將公式(1)按貝塞爾函數(shù)展開，可以寫為：E(t)=PoptLoptexp{j2πfct}×Σp=-∞∞jpJp(m1)exp{j2pπfRFt}Σq=-∞∞jqJq(m2)exp{j2qπfLOt}---(2)]]>式中，Jp和Jq分別表示p階和q階第一類貝塞爾函數(shù)。忽略高階小強度邊帶信號，并引入受激布里淵散射效應(yīng)對光載波信號的抑制作用，則根據(jù)圖2可知第二光環(huán)形器133的第二端口2c輸出光信號的光場表示為：E(t)=PoptLoptexp{j2πfct}×αJ0(m1)J0(m2)-jJ0(m2)J-1(m1)exp{-j2πfRFt}+jJ0(m2)J1(m1)exp{j2πfRFt}-jJ0(m1)J-1(m2)exp{-j2πfLOt}+jJ0(m1)J1(m2)exp{j2πfLOt}+J1(m1)J-1(m2)exp{j2π(fRF-fLO)t}+J1(m2)J-1(m1)exp{-j2π(fRF-fLO)t}---(3)]]>式中α為光載波的抑制系數(shù)(gB為光纖布里淵增益系數(shù)，Leff和Aeff分別為光纖有效長度和有效模場面積)。由公式(3)可知微波信號與本振信號一樣，它們的上邊帶與光載波拍頻產(chǎn)生的基頻信號，下邊帶與光載波拍頻產(chǎn)生的基頻信號的強度相等相位相反，在干涉的作用下被完全抵消掉，因此最后在光電探測器的輸出端就可以得到頻率為fRF-fLO的中頻信號，同時防止微波信號和本振信號向中頻信號泄露。參見圖3，為本發(fā)明微波光子變頻器的歸一化變頻增益隨光載波抑制系數(shù)的變化關(guān)系示意圖。由圖中可以看出，隨著載波抑制程度的增加，中頻信號的輸出強度越高。本領(lǐng)域技術(shù)人員在考慮說明書及實踐這里公開的發(fā)明后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應(yīng)性變化，這些變型、用途或者適應(yīng)性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本
技術(shù)領(lǐng)域：
中的公知常識或慣用技術(shù)手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權(quán)利要求指出。應(yīng)當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結(jié)構(gòu)，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。當前第1頁1 2 3