[发明专利]光子辅助的微波信号复制方法及装置

说明书

本发明公开了一种光子辅助的微波信号复制方法。本发明利用基于光子技术的信号复制方法，将微波信号通过电光转换到光域上，利用光子技术并行处理、精确延时控制、传输损耗低等优势，解决传统电子系统复制方法难以复制频率和带宽不确定的非合作信号的难题；本发明利用时域信号切割和信号并行复制的方法，将长时间宽度的信号切割成多个并联的短时宽的信号，再利用并联的信号复制模块对短时宽信号进行并行的复制，解决了传统基于光子技术的信号复制方法难以复制起始时间和持续时间不确定信号的难题，也解决了难以实时复制长时间信号的难题。本发明还公开了一种光子辅助的微波信号复制装置。本发明能够实现对连续时间内时域上任意形式信号的实时复制。

技术领域

本发明涉及一种光子辅助的微波信号复制方法。

背景技术

微波信号复制属于信号处理方法中的一种，其主要作用是将一个有限长的时域信号经过复制装置后，输出多个时域上串联的输入信号的复制，是高速通信系统、雷达电子战系统、高速数字和模拟信号处理等领域研究和应用的关键技术之一。

在传统的电子系统中实现对微波信号的复制，主要是基于数字信号处理的方法，将模拟微波信号经过模数转换变为数字信号，后在数字域上对数字信号进行复制，后将复制完成之后的数字信号通过数模转换器输出，最终得到复制完成的电磁信号。这种基于数字信号处理的电磁信号低噪声复制方法只适用于处理频率低、带宽窄的信号，而面对具有频率和带宽不确定性的非合作电磁信号，数字信号处理方法由于模数/数模转换速率受限以及数字信号处理和存储能力受限难以对非合作电磁信号进行复制。

微波光子技术由于其带宽大、抗电磁干扰和并行处理能力强等优势，能够解决电子系统在复制微波信号时面临的瓶颈，常见的基于光子的微波信号复制方法主要有树形信号复制器、前馈式信号复制器和循环式信号复制器。树形信号复制器(参见[F.Masetti,P.Gavignet-Morin,D.Chiaroni,and G.Da Loura,Fiber delay lines optical bufferfor ATM photonic switching applications,in the Conference on ComputerCommunications,935-942(1993).])的基本原理如图1所示，将电磁信号调制到光载波上，之后利用1×N光耦合器将调制光信号分为N路，每一路经过不同长度的光纤引入不同的延时，最后用1×N光耦合器将N路信号耦合到一路输出，这一类电磁信号复制方法的优点是不同分路之间的延时可以独立调节，缺点是当需要复制的次数较大时，不同路之间的光纤长度需要严格的被控制，实现难度较大。前馈式信号复制器(参见[W.Donaldson,J.Marciante,and R.Roides,“An optical replicator for single-shot measurementsat 10GHz with a dynamic range of 1800:1,”IEEE J.Quantum Electron.,46(2),191-196(2009).])的基本原理如图2所示，将电磁信号调制到光载波上，之后经过由多个2×2光纤耦合器和不同长度光纤级联组成的延时结构，最后输出得到复制后的信号，这一类电磁信号复制方法的优点是复制装置的插入损耗降低并且对于光纤长度精确控制的要求相对降低，但其缺点是当2×2光纤耦合器的分光比偏离50：50时，会造成复制信号之间的幅度不均衡，并且难以进行补偿。循环式信号复制器(参见[M.Komanec and Z.Stanislav,Analysis of fiber pulse replicators for single-shot all-opticalmeasurements,in 20th International Conference on Applied Electromagneticsand Communications,1-4(2010).])的基本原理如图3所示，将电磁信号调制到光载波上，调制光信号经过2×2光纤耦合器，一部分能量作为复制信号输出，一部分能量经过光纤环路和掺铒光纤放大器再次作为2×2光纤耦合器的输入信号，如此循环得到复制之后的信号。这一类电磁信号复制方法的优点是复制信号的时间间隔相等，不需要对多路光纤长度进行控制，其缺点是无法控制光信号的复制次数。