| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202310882469.1 | 申请日 | 2023-07-18 |
| 公开(公告)号 | CN116846478A | 公开(公告)日 | 2023-10-03 |
| 申请人 | 南京航空航天大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 张方正; 周悦雯; 潘时龙; 孔嘉渊; | 第一发明人 | 张方正 |
| 权利人 | 南京航空航天大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 南京航空航天大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：江苏省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：江苏省南京市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：江苏省南京市江宁区将军大道29号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：210000 |
| 主IPC国际分类 | H04B10/50 | 所有IPC国际分类 | H04B10/50 ; H04B10/556 ; H04B10/516 ; H04B10/54 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京德崇智捷知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 杨楠; |
| 摘要 | 本 发明 公开了一种基于 微波 光子 串行调制的 正交 混频方法。用 本振 信号 对包含两个不同 波长 子载波 的光载波进行强度调制后，对其中一个子载波引入90° 相位 ，生成仅保留两个正交子载波及其对应的一阶单边带的一级调制 光信号 ；然后用 射频信号 对一级调制光信号进行强度调制，将所获二级调制光信号中的两个子载波及其边带信号进行分离，然后对分离出的两路信号分别进行滤波，各保留相应子载波波长附近一级调制所生成的一阶单边带和与其同侧的二级调制所生成的相对于该子载波的一阶单边带；对滤波后两路信号分别进行光电探测，即得两路正交中频解调信号。本发明还公开了一种基于微波光子串行调制的正交混频装置。本发明可提高相位正交 稳定性 。 | ||
| 权利要求 | 1.一种基于微波光子串行调制的正交混频方法，其特征在于，用本振信号对包含两个不同波长子载波的光载波进行强度调制后，利用可编程光处理器对其中一个子载波引入 |
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| 说明书全文 | 一种基于微波光子串行调制的正交混频方法及装置技术领域[0001] 本发明涉及一种正交混频方法，尤其涉及一种基于微波光子串行调制的正交混频方法。 背景技术[0002] 正交混频能够将射频信号转换为一对正交的中频信号，被广泛应用于雷达、通信和微波测量等领域，在镜频抑制、矢量信号分析和相位检测等方面有巨大作用。随着科技技术的发展与社会需求的提升，电子系统正朝着高频、宽带的方向快速推进。然而，传统的微波正交混频方案受限于电子瓶颈，工作频段低，有效带宽小，难以满足发展需求。 [0003] 与传统的微波正交混频方案相比，微波光子正交混频由于具有带宽大、隔离度高、抗电磁干扰强等优势，越来越受到人们的重视。到目前为止，研究人员已经提出并实验证明了多种光子辅助的微波信号正交混频方案。在这些现有的方案中，主要分为两大类：一是采用强度/相位/偏振调制器对本振信号及射频信号分别并行调制，利用不同的调制非线性响应将90°相位差引入两者之间，实现正交混频；二是先将本振信号及射频信号分别调制于两路光载波上，通过90°光混频器将90°相位差引入这两路调制光信号，实现正交混频。然而，由于这两类方式都不可避免地利用了并行调制结构，本振信号与射频信号需要在不同的光纤中传输，导致正交混频后获得的中频解调信号的相位会易受环境干扰而不稳定。 [0004] 为了克服并行调制结构下微波光子正交混频的问题，潘时龙课题组在一篇中国发明专利CN107707309A中提出了一种“基于级联相位和偏振调制器的微波光子正交混频方法、装置”。该技术的思路是利用依次级联的相位调制器和偏振调制器依次将射频信号与本征信号分别调制于光载波上,生成的级联调制信号中两个垂直偏振态调制信号间的相位差为90°；提取所述级联调制信号的一阶单边带信号并将其分为两路；然后利用起偏方向与所述偏振调制器主轴偏振方向的夹角为90°和45°的两个检偏器对两路一阶单边带信号分别进行检偏；最后对两路检偏后信号分别进行光电探测并去除所得电信号中的直流分量,得到一对幅度相同、相位正交的中频信号。该技术通过级联相位和偏振调制器的方式实现了对本振信号和射频信号的串行调制，在一定程度上改善了串行调制带来的相位不稳问题。但是该技术利用了偏振调制使得两个垂直偏振态调制信号间的相位差为90°，而偏振态易受光纤抖动、偏正控制漂移等问题的影响，难以长时间保持不变，影响了上述两个调制信号间的相位稳定性，最终恶化输出的两路中频信号之间的正交性。 发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有基于微波光子串行调制的正交混频方法采用偏振调控所带来的相位稳定性差的问题，提供一种不依赖于偏振调控的基于微波光子串行调制的正交混频方法，其工作频率更高，混频带宽更大，相位正交稳定性更强。 [0006] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题： [0007] 一种基于微波光子串行调制的正交混频方法，用本振信号对包含两个不同波长子载波的光载波进行强度调制后，利用可编程光处理器对其中一个子载波引入90°相位，生成仅保留两个正交子载波及其对应的一阶单边带的一级调制光信号；然后用射频信号对所述一级调制光信号进行强度调制，将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，然后对分离出的两路信号分别进行滤波，各保留相应子载波波长附近一级调制所生成的一阶单边带和与其同侧的二级调制所生成的相对于该子载波的一阶单边带，滤波后两路信号内包含的二级调制所生成的相对于子载波的一阶单边带相互正交；对滤波后两路信号分别进行光电探测，即得两路正交中频解调信号。 [0008] 进一步地，所述基于微波光子串行调制的正交混频方法还包括：滤除两路正交中频解调信号中的直流和/或谐波分量。 [0009] 优选地，所述包含两个不同波长子载波的光载波是将两路不同波长光信号耦合或波分复用为一路得到。 [0010] 优选地，所述将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，通过滤波或波分解复用的方法实现。 [0011] 基于同一发明构思还可得到以下技术方案： [0012] 一种基于微波光子串行调制的正交混频装置，包括： [0013] 微波光子本振调制及载波移相单元，用于用本振信号对包含两个不同波长子载波的光载波进行强度调制后，利用可编程光处理器对其中一个子载波引入90°相位，生成仅保留两个正交子载波及其对应的一阶单边带的一级调制光信号；微波光子正交调制单元，用于用射频信号对所述一级调制光信号进行强度调制，将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，然后对分离出的两路信号分别进行滤波，各保留相应子载波波长附近一级调制所生成的一阶单边带和与其同侧的二级调制所生成的相对于该子载波的一阶单边带，滤波后两路信号内包含的二级调制所生成的相对于子载波的一阶单边带相互正交； [0014] 光电探测单元，用于对滤波后两路信号分别进行光电探测，即得两路正交中频解调信号。 [0015] 进一步地，所述基于微波光子串行调制的正交混频装置还包括：滤波单元，用于滤除两路正交中频解调信号中的直流和/或谐波分量。 [0016] 优选地，所述包含两个不同波长子载波的光载波是将两路不同波长光信号耦合或波分复用为一路得到。 [0017] 优选地，所述将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，通过滤波或波分解复用的方法实现。 [0018] 相比现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果： [0019] 本发明通过微波光子调制将本振信号与射频信号转换至光域进行处理，大幅提升正交混频的工作频率、带宽；并利用串行调制的方式实现对本振信号与射频信号的单路传输，保证了传输过程中两个信号的相位相对稳定性，避免并行调制的相位不稳问题，结构也更为紧凑；进一步的，在串行调制过程中利用可编程光滤波器引入90°相位差，无需额外偏振调控，避免偏振漂移导致的正交性恶化问题，从而实现稳定的正交混频。附图说明 [0020] 图1为本发明基于微波光子串行调制的正交混频装置一个具体实施例的结构原理示意图； [0021] 图2为可编程光处理器的响应示意图； [0024] 图5为图1所示正交混频装置对一路宽带信号及其延时信号处理后所获正交解调信号波形图。 具体实施方式[0025] 针对现有基于微波光子串行调制的正交混频方法采用偏振调控所带来的相位稳定性差的问题，本发明的解决思路是将本振信号与射频信号转换至光域进行处理，提升正交混频的工作频率范围，并利用串行调制的结构实现对本振信号与射频信号的同步传输，解决并行调制引起的相位不稳定的问题，并在级联两个强度调制器进行串行调制的过程中，利用可编程光滤波器引入90°相位差，无需额外偏振调控，从而实现更稳定的正交混频。 [0026] 本发明所提出的技术方案具体如下： [0027] 一种基于微波光子串行调制的正交混频方法，用本振信号对包含两个不同波长子载波的光载波进行强度调制后，利用可编程光处理器对其中一个子载波引入90°相位，生成仅保留两个正交子载波及其对应的一阶单边带的一级调制光信号；然后用射频信号对所述一级调制光信号进行强度调制，将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，然后对分离出的两路信号分别进行滤波，各保留相应子载波波长附近一级调制所生成的一阶单边带和与其同侧的二级调制所生成的相对于该子载波的一阶单边带，滤波后两路信号内包含的二级调制所生成的相对于子载波的一阶单边带相互正交；对滤波后两路信号分别进行光电探测，即得两路正交中频解调信号。 [0028] 一种基于微波光子串行调制的正交混频装置，包括： [0029] 微波光子本振调制及载波移相单元，用于用本振信号对包含两个不同波长子载波的光载波进行强度调制后，利用可编程光处理器对其中一个子载波引入90°相位，生成仅保留两个正交子载波及其对应的一阶单边带的一级调制光信号； [0030] 微波光子正交调制单元，用于用射频信号对所述一级调制光信号进行强度调制，将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，然后对分离出的两路信号分别进行滤波，各保留相应子载波波长附近一级调制所生成的一阶单边带和与其同侧的二级调制所生成的相对于该子载波的一阶单边带，滤波后两路信号内包含的二级调制所生成的相对于子载波的一阶单边带相互正交； [0031] 光电探测单元，用于对滤波后两路信号分别进行光电探测，即得两路正交中频解调信号。 [0032] 为了进一步提高信号纯净度，减少杂散分量，还可以通过电域或数字域滤波的方式滤除两路正交中频解调信号中的直流和/或谐波分量。 [0033] 优选地，所述包含两个不同波长子载波的光载波是将两路不同波长光信号耦合或波分复用为一路得到。 [0034] 优选地，所述将所获二级调制光信号中的一个子载波及其边带信号与另一个子载波及其边带信号进行分离，通过滤波或波分解复用的方法实现。 [0035] 为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明： [0036] 如图1所示，本实施例的基于微波光子串行调制的正交混频装置包括：两个不同波长的激光器、一个波分复用器、两个马赫曾德尔调制器，一个可编程光处理器、一个波分解复用器、两个光滤波器、两个光电探测器、两个电滤波器和两个模数转换器。两个激光器输出端连接波分复用器输入端，将波分复用输出信号送至马赫曾德尔调制器1的光波输入端；马赫曾德尔调制器1的光波输出端连接可编程光处理器；可编程光处理器输出信号送至马赫曾德尔调制器2的光波输入端；马赫曾德尔调制器2的光波输出端连接波分解复用器，两路解复用信号分别输入至两个光滤波器；之后每一路分别级联光电探测器、电滤波器及模数转换器，最后送至个人计算机。 [0037] 如图1所示，波分复用器将两个激光器所输出的两路不同波长子载波合为一路光载波输入马赫曾德尔调制器1；本振信号驱动马赫曾德尔调制器1对波分复用光载波信号进行调制，将输出的调制光信号输入至可编程光处理器；通过程序控制对其中一个波长的子载波引入90°相位，并将两个正交子载波及其所对应的正/负一阶调制边带滤出。具体地，本实施例采用负一阶单边带，可编程光处理器的响应如图2所示，所获一级调制光信号光谱如图3中的(a)所示。然后用射频信号对所述一级调制光信号进行调制，马赫曾德尔调制器2输出的调制光信号光谱如图3中的(b)所示。将输出的二级调制光信号经波分解复用及滤波后生成两路信号，分别保留各子载波波长附近一级调制所生成的正/负一阶边带和与其同侧的二级调制所生成的相对于相应子载波的正/负一阶边带，由于一级调制采用负一阶边带，因此须保留二级调制所生成的相对于子载波的负一阶边带。光滤波器1和光滤波器2输出光信号的光谱分别如图3中的(c)和(d)所示，其中包含的二级调制所生成的相对于子载波的负一阶边带相互正交。对两路光信号分别进行光电探测后，即可得到一对幅度相同，相位正交的中频信号，即实现了正交混频功能，经滤波(用于滤除其中的直流和/或谐波分量，也可在后续的数字域中进行滤波处理)、模数转换，最终将两路信号送至个人计算机进行后续信号处理。 [0038] 设两个激光器产生的单波长激光频率分别为fc1和fc2，则波分复用后光载波信号为 [0039] [0040] 在经过本振信号调制后，马赫曾德尔调制器1输出的调制光信号为[0041] [0042] 其中，fref为本振信号频率。将该信号送至可编程光处理器进行相位及滤波处理，得到的信号为 [0043] [0044] 接着，将该信号输入至马赫曾德尔调制器2，经射频信号调制后所获信号为[0045] 其中，fx为射频信号频率。利用波分解复用器将fc1和fc2附近边带分开，经滤波后获得两路光信号，分别表示为 [0046] [0047] [0048] 最后，上述两路光信号经光电转换后可得 [0049] iI∝sin[2π(fref‑fx)t] (7) [0050] iQ∝cos[2π(fref‑fx)t] (8) [0052] 为了验证本发明技术效果，对上述基于微波光子串行调制的正交混频方法进行了实验验证。首先，将本振信号依次设置为10.05GHz、12.05GHz、14.05GHz、16.05GHz和18.05GHz的单频信号，对应的射频信号则依次设置为10GHz、12GHz、14GHz、16GHz和18GHz的单频信号，正交混频后所得到的五组50MHz中频信号如图4中的(a)至(e)所示。可以看出在所有结果中的中频解调信号都保持了良好的正交性。接着，将本振信号设置为宽带线性调频信号(频率：10‑18GHz)，对应的射频信号则设置为该线性调频信号的延时信号，正交混频后所得到的两路中频信号如图5所示，两路信号相位正交，验证了所提出的技术方案在宽带条件具有较好的相位正交稳定性。 |
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