大调谐范围线性调频信号产生方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微波光子信号产生技术领域，具体涉及一种载频具有大调谐范围的线 性调频信号的产生方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 线性调频信号是最为常用的雷达信号形式之一，它具有大的时宽带宽积，可以同 时提高雷达距离和速度两方面的测量精度和分辨力，另一方面，线性调频信号具有优良的 脉冲压缩特性，可以同时提高雷达的作用距离和测量精度。随着技术的不断发展，对雷达设 备的功能要求越来越高，尤其在军事斗争领域，急需提高雷达抗电子干扰、反隐身、抗低空 突防、抗反辐射导弹等"四抗"能力，因此雷达信号的载频需要具有更高的频率和更好的频 率调谐性能，以避开常用频段干扰以及常规电子战干扰。高载频、大调谐范围线性调频信号 的产生是新一代高性能雷达的基础和关键技术之一，具有广泛的应用前景。
[0003] 融合了微波技术和光子技术优势的微波光子技术在微波毫米波信号的产生、传输 和处理等方面得到了广泛应用。利用微波光子技术产生雷达信号，可以克服"电子瓶颈"对 信号带宽和载频的限制，为雷达系统提供高载频、大调谐范围、高性能的信号源，从而赋予 雷达更加蓬勃的生命力，并有望改变雷达体制。
[0004] 利用微波光子技术产生线性调频信号受到了国内外科研机构的广泛研究，其中基 于抛物线波形电光相位调制的方法具有载频高、可重构性好的优点。1 )H. J. Song，K. H. Oh， N.Shimizu,et al·"Generation of frequency-modulated sub-terahertz signal using microwave photonic technique'，，0ptics Express ,vol. 18 ,no. 15 ,pp. 15936-15941,2010 和2)P·Ghelfi，F·Scotti，F·Laghezza，et al."Phase Coding of RF Pulses in Photonics-Aided Frequency-Agile Coherent Radar Systems"，IEEE Journal of quantum electronics，vol · 48，no · 9，pp · 1151-1157，2012中，日本和意大利分别利用相位 调制的方法产生了载频为350GHz的啁嗽信号和载频在10/40GHZ之间进行捷变的线性调频 信号。3)H.Chi，J.Yao, "Photonic Generation of Phase-Coded Millimeter-Wave Signal Using a Polarization Modulator"，IEEE Microwave and Wireless Components Letters，vo1.18,no.5,pp.371_373,2008和4)Z.Li，M.Li，H.Chi，et al，"Photonic Generation of Phase-Coded Millimeter-Wave Signal With Large Frequency Tunability Using a Polarization Maintaining Fiber Bragg Grating'，，IEEE Microwave and Wireless Components Letters，vol ·21，ηο· 12，pp.694_696,2011 中，加拿 大先后利用偏振保持光纤的偏振旋转特性和偏振保持光纤布拉格光栅的偏振选择特性，产 生偏振正交的双波长光信号，然后输入偏振调制器进行同步调制，产生线性调频信号。
[0005] 然而，上述方案存在一定的局限性。1)和2)方案中需要分别滤出不同波长的光信 号，然后对其中一路进行调制处理，系统是分离结构的，输出信号稳定性很差;3)和4)克服 了系统稳定性问题，但偏振选择器件具有波长依赖性，因此产生信号的载频调谐性能十分 受限。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明目的是提供一种载频具有大调谐范围的线 性调频信号产生方法及其装置，波长可调谐激光器输出光信号作为光载波输入双平行马赫 曾德尔调制器，双平行马赫曾德尔调制器的一个射频调制端口（子MZM-1)接射频本振输出 信号，另一个射频调制端口（子MZM-2)无输入信号，调整子MZM-1的直流偏置电压使其位于 最大传输点，工作方式为奇数阶边带抑制调制，输出光载波和正负2阶光边带，调整子MZM-2 和主MZM直流偏置电压，抑制子MZM-1的光载波，得到双波长光信号(正负2阶光边带），双波 长光信号经光环行器和偏振分束器分为两路，分别按顺时针和逆时针进入萨格纳克环，其 中逆时针方向的光信号被光隔离器隔离掉;顺时针方向光信号经过光纤布拉格光栅，根据 光纤布拉格光栅的窄带反射和宽谱透射特性，双波长光信号被分离开，如负2阶光边带被反 射，正2阶光边带透射过去；调整光纤布拉格光栅后面的偏振控制器改变正2阶光边带的偏 振态，在萨格纳克环输出端，双波长光信号偏振正交耦合起来;调整光环行器后面的偏振控 制器使双波长光信号的偏振态分别对准偏振调制器的两个主轴;将抛物线波形激励信号加 载到偏振调制器上与双波长光信号进行电光调制;设置检偏器检偏角与偏振调制器主轴夹 角为45°，经探测器拍频得到载频为双波长光信号频率间隔的线性调频信号;光纤布拉格光 栅的透射谱和反射谱固定，通过调节可调谐光源输出波长和射频本振源输出频率，使双平 行马赫增德尔调制器输出的一个光边带位于反射峰内，另一个边带位于透射谱内，即可实 现输出线性调频信号的载频调谐，输出信号具有高载频、大调谐范围的特点。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0008] -种大调谐范围线性调频信号产生装置，包括波长可调谐激光器、射频本振源、双 平行马赫曾德尔调制器、光环行器、偏振分束器、光纤布拉格光栅、偏振控制器A、偏振控制 器B、光隔离器、偏振调制器、检偏器、探测器;波长可调谐激光器、射频本振源同双平行马赫 曾德尔调制器相连接;双平行马赫曾德尔调制器输出、光环行器、偏振控制器A、偏振调制器 依次连接，偏振调制器受激励信号调制，并与检偏器相连接，检偏器与探测器相连接;光环 行器还与偏振分束器的输入端相连接，偏振分束器的一个输出端与光纤布拉格光栅、偏振 控制器B、光隔离器的输入端依次相连接，光隔离器输出端与偏振分束器的另一个输出端相 连接；
[0009] 所述的波长可调谐激光器输出光信号作为光载波输入双平行马赫曾德尔调制器， 双平行马赫曾德尔调制器由两个子调制器(子MZM-1和子MZM-2)和一个主调制器(主MZM)构 成，只有子MZM-1受本振信号调制，当子MZM-1为最大偏置点时，双平行马赫曾德尔调制器调 制输出光信号包络Ei (t)为公式(1)所示：
[0010]
[0011]式中，ω。为输入光载波频率，m为子MZM-ι调制系数，ω为输入射频本振频率，Θ为 主ΜΖΜ直流偏置相位，θ:为子ΜΖΜ-2直流偏置相位，J〇()为0阶一类贝塞尔函数、J2()为2阶一 类贝塞尔函数，t为时间；
[0012]通过调整0和01，可将任意调制系数情况下光载波完全抑制掉，得到正负2阶光边 带，正负2阶光边带作为双波长光信号经光环行器输入萨格纳克环结构，分为偏振态相互正 交的两部分，其逆时针方向的光信号(偏振方向沿X轴)被光隔离器隔离掉，顺时针方向的光 信号(偏振方向沿y轴)经光纤布拉格光栅反射透射作用后，负2阶信号被反射回去，正2阶信 号透射过去，调节偏振控制器B将正2阶光信号偏振方向旋为X轴，经光隔离器后输入偏振分 束器另一个端口（X轴端口），在萨格纳克环输出端，得到偏振态相互正交的双波长光信号， 萨格纳克环输出信，
％公式(2)所示：
[0013]
[0014]式中，X和y轴方向分别表不偏振分束器的两个偏振方向；