[发明专利]频带可调谐的光载超宽带无线电信号发生器

说明书

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种基于高速光开关的频带可调谐的光载超宽带无线电信号发生器。

背景技术

相对于传统的窄带通信，超宽带(UWB：Ultra-Wideband)技术具有诸多的优异性能，如：低功率消耗、抗干扰、抗多径衰落、高分辨率、强穿透性探测性能等。因此，多年来超宽带技术一直是美国军方使用的作战技术之一。

2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC：Federal Communications Commission)FCC通过了一项认可超宽带技术用于民用用途的最终规定。FCC规定了超宽带技术的三个用途分别是：成像系统、汽车防冲撞传感器以及无线数据通信及测量系统。根据FCC的规定，3.1GHz至10.6GHz频带以及22GHz至31GHz频带的超宽带无线电信号用于无线通信以及汽车防撞雷达领域开放。2004年，欧洲委员会(EC)在超宽带技术在汽车雷达方面的应用做出规定：自2013年起，原工作于24GHz频段的UWB汽车雷达将全部由77GHz至81GHz频带的超宽带雷达代替。可见，工作于各频段的超宽带系统有着非常广泛的应用前景。

频谱可塑、频带可调的超宽带无线电信号的生成、调制与进一步应用不仅会打破FCC等机构为避免系统干扰而对UWB信号的频谱管制，使UWB系统自身优良特性发挥到极致，更有可能给包括感知无线电(Cognitive Radio)、无线传感网(Wireless Sensor Networks)、光载无线电(Radio over Fiber)以及智能自适应雷达(Knowledge-based adaptiveradar)在内的新兴科技领域在技术融合、性能提升等方面带来新机会。

另一方面，由于超宽带无线电信号的发射功率限制(功率谱密度小于-41dBm)以及高速率下的符号间干扰问题，超宽带系统的传输距离一般被限制于几米的范围内。为了克服超宽带无线电信号的这一传输距离限制，近年来人们提出了光载超宽带无线电(UWB-over-fiber)的概念，即利用光纤传输超宽带无线电信号。研究人员同时也尝试着在光域直接产生超宽带无线电信号，这种技术可以克服电域产生超宽带无线电信号的诸多缺点，比如减少了多余的电光转换环节、克服电子器件的带宽限制等。

超宽带无线电信号包含了两类最常用的形式：脉冲超宽带无线电以及多带超宽带无线电，与之相应的光生超宽带技术有很多种。产生脉冲超宽带无线电信号的光子技术主要有以下几类：1)利用光调制器的非线性调制特性将基带高斯脉冲直接转换为光域的一阶或二阶高斯脉冲；2)利用光相位调制器以及光鉴频器对经过基带高斯脉冲调制后的光信号进行微分运算，从而得到光域的一阶或二阶高斯脉冲；3)对锁模激光器的输出光谱进行整形，然后利用频率-时间映射关系得到脉冲超宽带无线电信号；4)利用直接调制半导体激光器的弛豫振荡效应产生较高阶的脉冲超宽带无线电信号。上述方法共同的不足在于：1)无法对所产生的脉冲超宽带无线电信号的频带进行调谐，因此对于22GHz至31GHz频带以及更高频带的应用存在较大的限制；2)难于产生高阶脉冲超宽带无线电信号，因此所产生的信号频谱不是十分满足美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定；3)系统较为复杂，难于实现单片集成。

产生多带超宽带无线电信号的光子技术目前研究的较少，主要由以下两种：1)利用光相位调制器中的交叉偏振调制效应产生偏振正交的多个光脉冲，然后利用双折射晶体将这些光脉冲在时间上错位从而产生多带超宽带无线电信号，这种方法的缺点是系统十分复杂，难于集成，同时无法对所产生的信号的频带进行灵活的调谐；2)利用马赫曾德耳(Mach-Zehnder)光调制器在其最大偏置点处的倍频调制特性，直接产生多带超宽带无线电信号，这种方法的缺点在于，其所产生的信号频谱中含有较大的谐波频率成分，因此对于临近频带的信号将存在较大的串扰问题。

综上所述，现有的光域产生超宽带无线电信号技术仍然存在缺陷，目前迫切需要一种频谱符合美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定、频带灵活可调谐以及可以产生多种类型超宽带无线电信号的发生器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种频带可调谐的光载超宽带无线电信号发生器，其可解决现有光载超宽带无线电信号发生器频带难于调谐、频谱不满足美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定以及难以产生多种类型超宽带无线电信号的问题。

本发明提供的一种频带可调谐的光载超宽带无线电信号发生器，包括：

一激光光源；

一2×2高速光开关，该2×2高速光开关的端口1与激光光源连接；