[发明专利]一种基于光电振荡环路的微波信号产生方法及微波信号源

说明书

本发明公开了一种基于光电振荡环路的微波信号产生方法及微波信号源，其中，所述方法包括：通过调节强度调制单元使光电振荡环路工作在多模振荡的状态；针对处于多模振荡模式下的所述光电振荡环路，注入线性调频信号或步进捷变频信号，与环路振荡信号进行去斜处理，得到所述环路振荡信号的频率信息与相位信息；其中，经过检测与反馈系统处理后控制相位延时控制单元，使得所述线性调频信号或所述步进捷变频信号的各离散化频率分量分别与所述光电振荡环路的振荡模式重合。本发明提供的技术方案，能够同时在电域、光域生成大带宽、低相噪、高相参性的线性调频信号或者步进捷变频信号。

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种基于光电振荡环路的微波信号产生方法及微波信号源。

背景技术

宽带周期信号是指具有一定带宽且幅值、频率或者相位随时间重复变化的信号，广泛应用于射频雷达探测、无线传感、微波成像、激光雷达等多个领域。常见的宽带周期信号主要有线性调频信号、捷变频信号、跳频信号、相位编码信号等,其中线性调频信号和步进捷变频信号是指频率随时间按特定函数关系变化的微波信号，是雷达探测、成像感知等系统中极为重要的脉冲压缩信号形式，具有时宽带宽积大的特点，能有效解决雷达等系统作用距离和距离分辨率之间的矛盾。要进一步提升雷达探测性能，雷达所发射的线性调频或步进捷变频脉冲波形需具有极高的相参性，因为具有相参性的脉冲波形可以进行脉冲积累，优化脉冲压缩信噪比，提升动态范围。此前，线性调频信号和步进捷变频信号主要是在微波域通过压控振荡器或者直接频率合成的方式产生。但由于电子瓶颈的限制，基于传统微波技术产生的线性调频信号和步进捷变频信号存在着中心频率低、带宽窄、相位噪声差、信噪比小等缺点，且性能难以进一步提升。

光子技术具有低噪声、低损耗、大带宽的巨大优势，为实现高性能线性调频信号和步进捷变频信号提供了全新的思路。目前，光电振荡环路是实现高频、低相噪、高信噪比信号产生的有效方式。光电振荡器以超低损耗、低噪声的长光纤作为储能介质，使得环路Q值极大，在满足稳态条件下，可实现高频谱纯度、低相位噪声的信号产生【X.Steve Yao andLute Maleki,Optoelectronic microwave oscillator,J.Opt.Soc.Am.B.13,1725-1735(1996)】。此外，由于光子系统的宽带特性，光电振荡器输出信号的相位噪声与频率无关。但值得注意的是，传统光电振荡环路中往往引入窄带滤波器滤除振荡频率以外的其它模式，导致其只能实现单频振荡，输出低相噪的单频信号，无法实现诸如线性调频信号和步进捷变频信号的宽带信号产生。

针对传统光电振荡器无法实现宽带线性调频信号和步进捷变频信号的技术难题，人们提出了基于激光器扫频的光电振荡器【Hao T,Cen Q,Dai Y,et al.Breaking thelimitation of mode building time in an optoelectronic oscillator[J].Naturecommunications,2018,9(1):1-8.】，该方案利用激光器扫频结合相位调制与凹陷光滤波的方式实现光电振荡环路中动态调整的微波光子滤波器，产生了大时间带宽积的线性调频信号。利用相同原理，基于两个可调激光器、一个相位调制器与陷波滤波器的光电振荡器可以产生带宽可调谐的双啁啾线性调频信号【Tengfei Hao,Jian,et al.Dual-chirp Fourierdomain mode-locked optoelectronic oscillator.[J].Optics letters,2019,44(8):1912-1915.】。但是这些方案都存在着线性度差、相位噪声差、前后脉冲不相参的关键问题。究其本质原因，它们都是通过实时、动态的改变光电振荡器的谐振腔状态(滤波响应、延时响应等)实现宽带信号的产生。这种光电振荡器振荡状态的动态调整使得环路中的信号无法长时间处于稳态，每次循环都存在频率和相位漂移，因而极大地恶化了其输出宽带信号的相位噪声、线性度和相参性。