[发明专利]基于光纤F-P腔和光学频率梳的微波频谱分析系统

说明书

基于光纤F‑P腔和光学频率梳的微波频谱分析系统，涉及微波频谱分析领域。解决现有的微波光子信道化接收机在实现较大带宽射频谱的实时、高分辨率监控的同时，其性能差及性能受限问题；本发明利用光电调制器将待测射频信号加载到单频激光器出射的单频率光上，得到的光边带信号送至光纤F‑P腔进行过滤处理，得到频率等间隔的光信号；耦合器用于对光纤F‑P腔输出的频率等间隔的光信号与光学频率梳生成器输出的光学频率梳进行拍频处理，获得的拍频后的光信号送至低带宽光电探测器进行滤波和光电探测得到电信号，该电信号通过数字采集器采样后，送至处理器进行频谱分析，获得待测射频信号频率谱。本发明主要用于进行微波频谱分析。

技术领域

本发明涉及微波频谱分析领域。

背景技术

微波频谱分析是射频信号应用必不可少的一环，用于对微波信号的频谱结构进行精密分析，以便后续信号处理及应用。微波指的是300MHz到300GHz频率范围的电磁波，随着科技发展，射频系统需要越来越大的频率和带宽。传统的频谱分析仪无法实现对较大带宽射频谱的实时、高分辨率监控，而基于微波光子技术的信道化接收机可以从根本上突破传统电子器件的带宽极限，极大地扩展频率检测范围，同时有效压缩系统设备的体积、重量和功耗。微波光子信道化接收机是先将待处理的微波射频信号电光调制到光频域上，通过光学方法实现信道分离，将宽带信号分解为并行的多个窄带子信号，窄带子信号对带宽需求为原始信号的1/N倍，对每个窄频带分析处理即可得到完整的微波频谱。

微波光子信道化的一种实现方式是利用一组通带连续的光滤波器筛选出需要的窄带子信号，这种方式的优点是结构简单，但需要使用复数彼此之间中心频率差相同的光窄带滤波器，还要求每个滤波器具有准确的中心波长和稳定的通带特性。结果导致实现的信道化接收机性能很差，光信号依次通过滤波器衰减严重。

另一种方式是以一组固定波长间隔的光源为光载波，宽带射频信号调制到其上，每个“梳齿”中心频率加载上光边带，利用梳状滤波器选择得到不同的射频频谱切片，最后将各个窄带子信道分离出来，间接实现信道化功能。此方式能有效提高频谱分辨率，但从原理上说相当于在光域上以不同频率为光载波进行了多次电光调制，性能受光电调制器和光频梳效果的影响较大，频谱频率越高响应越差。

因此，以上两种方式的微波光子信道化接收机存在的性能差及性能受限问题，亟需解决。

发明内容

本发明目的是为了解决现有的微波光子信道化接收机在实现较大带宽射频谱的实时、高分辨率监控的同时，其性能差及性能受限问题，本发明提供了一种基于光纤F-P腔和光学频率梳的微波频谱分析系统。

基于光纤F-P腔和光学频率梳的微波频谱分析系统，包括单频激光器、光电调制器、光纤F-P腔、光学频率梳生成器、耦合器、低带宽光电探测器、数字采集器和处理器；

光电调制器将待测射频信号加载到单频激光器出射的单频率光上，得到与待测射频信号相同形状的光边带信号，并将其光边带信号送至光纤F-P腔进行过滤处理，得到频率等间隔的光信号；

耦合器用于对光纤F-P腔输出的频率等间隔的光信号与光学频率梳生成器输出的光学频率梳进行拍频处理，获得的拍频后的光信号送至低带宽光电探测器；低带宽光电探测器用于滤除拍频后的光信号中的和频、以及差频大于二分之一倍的光学频率梳的频率间隔后，进行光电探测得到电信号，该电信号通过数字采集器采样后，送至处理器进行频谱分析，获得待测射频信号频率谱。

优选的是，处理器对接收的电信号进行频谱分析，获得待测射频信号频率谱的具体过程为：

先对接收的电信号进行解析，得到n个具有不同频率的信号，且n个信号的频率从小到大排布，且频率上等间隔，再对n个不同频率的信号进行定标计算，从而恢复得到待测射频信号的频率谱；n为整数。

优选的是，对接收的电信号进行解析采用傅里叶变换实现。