[发明专利]一种光子集成微波频率测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波信号处理领域中的微波频率测量方法，尤其涉及一种光子集成微波频率测量的系统及其使用方法。

背景技术

微波频率测量是射电天文学、电子战和通信等领域的一项重要技术，传统基于电子器件的微波频率测量方法由于受到采样速率电子瓶颈和处理带宽的限制，很难满足大范围、低误差微波频率测量要求。光子学与微波学相结合而产生的微波光子技术为微波频率的大范围准确测量提供了良好的手段，可以充分利用光的大带宽、低损耗、可调谐、可复用等优势，同时具有良好的抗电磁干扰性能。

目前基于光子学方法的微波频率测量技术按其功能实现方式可以分为两类，一类是基于光纤与分立光电子器件的测量系统与方法，另一类是基于集成波导结构的测量系统与方法。前者得益于光纤通信技术的进步而发展十分迅速，但在频率测量范围、测量准确度等方面存在较大局限，尤其是这些方法通常需要多个光源、多个调制器、长距离单模光纤、保偏光纤或高色散光纤等，使得测量系统庞大、结构复杂，在实际应用中存在较多限制。后者采用集成波导结构，可与激光器、调制器、光电探测器等平面集成，具有集成度高、体积小、重量轻的优点，具有广阔的应用前景。

在先技术[1](John M.Heaton，Chris D.Watson，Sylvia B.Jones，Michelle M.Bourke，Colin M.Boyne，Gilbert W.Smith and David R.Wight，“16-channel(1-to16-GHz)microwave spectrum analyzer device based on a phased array of GaAs/AlGaAs electro-optic waveguide delay lines”，Proc.SPIE，1998，Vol.3278，pp.245-251)中利用集成波导相控阵列系统实现光载微波信道化，通过CCD相机记录衍射图样，从而获得待测微波信号的频率。但该集成波导相控阵列系统由多模干涉波导光分路器、电光波导相移器和波导延时线等组成，系统结构复杂，为了实现大范围微波频率测量，分路器数、相移器数和延时通道数将大大增加，很难实现波导相控阵列的单片集成。

在先技术[2](Steve T.Winnall，A.C.Lindsay，Michael W.Austin，John Canning，and Arnan Mitchell，“A microwave channelizer and spectroscope based on an integrated optical Bragg-grating Fabry-Perot”，IEEE Transactions on Microwave Technology and Techniques，2006，Vol.54，No.2，pp.868-872.)中利用集成波导光栅法布里-珀罗腔(BGFP)和集成波导菲涅尔透镜将光载微波信号空间分开，然后用光电探测器阵列接收，从而实现微波频率测量。但由于受BGFP精细度所限，该系统测量分辨率较低。

在先技术[3](Honglei Guo，Gaozhi Xiao，Nezih Mrad，and Jianping Yao，“Measurement of microwave frequency using a monolithically integrated scannable echelle diffractive grating”，IEEE Photonics Technology Letters，2009，Vol.20，No.1，pp.45-47.)中利用集成波导阶梯衍射光栅(EDG)的分光特性来实现输出光波长与待测微波频率之间的映射关系。通过对EDG温度扫描测量输出光波长，从而获得与之对应的微波频率。由于受到EDG通道数限制，该系统测量微波频率范围窄；另外受EDG的最小带宽所限，该系统微波频率测量误差较高。

发明内容

本发明针对以上问题提出一种光子集成微波频率测量系统，具有：

光子集成平台；激光器，集成在光子集成平台上，用于发射光载波；电光调制器，集成在光子集成平台上，通过第四直波导与激光器相连接；接收微波信号的微波接收天线与电光调制器相连；所述电光调制器将接收到的微波信号调制到所述由激光器发出的光载波上，产生正负一阶边带；

集成波导微环单元，其谐振频率与所述激光器发出的光波频率重合，其具有：第一直波导，其输入端与所述电光调制器相连接，接收所述光载微波；