[发明专利]基于DP-DPMZM的微波光子相位可调频率变换方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于双偏振双平行马赫增德尔调制器DP‑DPMZM和偏振调制器PolM的微波光子相位可调的频率变换方法和系统。射频信号和本振信号分别驱动DP‑DPMZM的两个DPMZM产生正交偏振的载波抑制射频单边带和本振单边带两个光波，通过调节DP‑DPMZM偏置电压正负和本振信号频率改变这两个光波的频率间隔，进而实现频率可调的上下变频；通过调节PolM的直流偏置电压在这两个光波之间引入相移；并由偏振片Pol将两个偏振正交信号投影到相同偏振方向；经光电探测器进行光电转换输出经频率变换和相移的射频信号。本方案不使用光学滤波器，频率变换的可调性好，仅通过调节PolM的直流偏置电压即可实现连续可调的线性相移。

技术领域

本发明涉及雷达系统，特别是在雷达系统中的两个重要信号处理功能——变频和移相。本发明提出了一个能够同时实现频率可调的上下变频和任意的线性移相的微波光子器件。

背景技术

相控阵天线能够实现多目标跟踪、超快扫描和多波束形成等功能，在气象学、无线通信和雷达系统中具有重要应用。相控阵波束形成系统通常需要多个移相器，为发送到天线元件或从天线元件接收的微波信号引入相移从而实现波束扫描。传统的基于开关技术的微波移相器不能实现连续可调的相移，而基于可调波导的微波移相器通常具有有限的响应速度。微波混频功能能够有效提高相控阵波束形成系统的灵活性和功能，通常由独立的混频器件实现，但传统基于电子器件的微波混频器具有诸如带宽有限，易受电磁干扰等问题。微波光子学是研究微波和光波相互作用的学科，即利用光子技术产生、处理、控制以及传输微波毫米波信号，由此提出了各种基于光子技术的信号处理方案并建立起来了微波光子学信号处理功能模块。与传统的微波系统相比，微波光子技术可以有效的克服电子瓶颈的问题，甚至能够实现传统微波系统难以实现的功能，并且具有许多新的优点，如低损耗、大带宽、体积小、重量轻、抗电磁干扰等，并且能够通过集成光路实现。基于微波光子技术的相位可调频率变换器能够在光域实现移相和混频功能的集成，可以解决传统电子移相器和混频器中存在的问题。

目前文献中已有不少微波光子学移相器和混频器实现方案的报导，而同时实现频率变换和相移的结构很少。有基于马赫曾德尔调制器和滤波器的方案，这种方法需要光学滤波器选择一个边带、抑制光学载波和另一个边带，这要求精确控制激光源的波长，以确保滤波器滤除不需要的载波和边带，且使系统的频率可调性受限，更糟糕的是这种方法只能实现频率下变换移相，不能够实现频率上变换移相。也有基于波分复用器，时延线(TDL)，偏振器和偏振控制器的方案，但这种方案的结构比较复杂，而且由于使用偏振控制器PC进行移相操作，因此未预定义射频信号RF相移和偏振控制器之间的关系，并且相移的调谐速度和精度较低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于双偏振双平行马赫增德尔调制器DP-DPMZM和偏振调制器PolM的微波光子相位可调的频率变换方法，通过调节DP-DPMZM的偏置电压的正负和本振信号频率实现频率可调的上下变频，通过调节PolM的直流偏置电压能够实现任意的线性相移，所述方法包括以下步骤：

作为一种优选方法，将激光源产生的频率f_C＝ω_C/2π的连续光波CW注入DP-DPMZM，然后用射频信号和本振信号分别驱动DP-DPMZM的上下两路，设置DP-DPMZM的偏置电压使上下两路的DPMZM都位于最小传输点，DPMZM1在射频信号驱动下输出载波抑制射频单边带光波E_X，DPMZM2在本振信号驱动下输出载波抑制本振单边带光波E_Y，通过改变本振信号频率和偏置电压调节光波E_X和E_Y之间的频率间隔，光波E_Y经偏振旋转后通过偏振合束器PBC与光波E_X正交合路，DP-DPMZM输出包含正交偏振的E_X和E_Y两个光波的光载射频信号；