一种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及微波光子学、光电器件领域，具体地讲是一种无滤波且相移可调 的倍频微波信号发生器。
【背景技术】
[0002] 将光子技术应用到微波信号的生成中，具有大带宽，调节灵活W及抗电磁干扰等 优势。其中，倍频微波信号的产生尤其引人关注，比如采用强度调制器和陷波滤波器实现的 倍频微波信号方案（"Generation and distribution of a wide-band continuously tunable millimeter-wave signal with an optical external modulation technique/I邸E Trans.Microw.l'heo巧 Tech.53(10) ,3090-3097,2005)和基于偏振调制 ^白勺8过容打过〇5^手音歩页^*^("Tunable microwave and sub-terahertz generation based on frequency quadrupling using a single polarization modulator，"J.Lightwave Technol. 31(10) ,1636-1644,2013) D然而，随着时代的发展，微波信号的产生要应用到各种 不同领域中去，比如宽带无线通信、相位阵列天线^及传感和军事系统等，因此需要同时实 现多种功能，其中最突出的就是移相技术。近些年来，微波移相器的产生获得了普遍研究， 主要包括：基于双边带相位控制（"Photonic microwave phase shifter based on dual-sideband phase-control technique，"Opt .Lett .40( 15) ,3508-3511，2015)、布控格光栅 中的波长串专换（"Optical-to-民F phase shift conversion-based microwave photonic phase shifter using a fiber Bragg grating,"Opt丄ett.39(l), 142-145,2014)、受激 布里测殼(身寸（"Ultra-wideband microwave photonic phase shifter with configurable amplitude response ,"Opt 丄ett. 39 (20) ,5854-5857,2014)和偏振调制技术（"!'unable and wideband microwave photonic phase shifter based on a single-sideband polarization modulator and a polarizer,"Opt丄6古古.37(21)，4483-4485,2012)等〇将 移相技术与微波信号产生技术结合起来，可^在未来的应用中发挥很大作用。目前提出的 方案主要有：基于保偏光纤光栅的方案一（"Photonic Generation of Millimeter-Wave Signals With Tunable 陆ase aiift/IEEE Photonics J.4(3) ,889-894,2012)，但是，保 偏光纤光栅在制作时需要保证很小的波长间隔从而得到较大的传输谱宽，并且波长调节会 受到限制；还有采用可编程滤波器实现的方案二（"Multichannel Continuously Tunable Microwave Phase Shifter With Capability of Frequency Doubling,"IEEE Photonics J.6(1) ,8,2014),但是该方案同样需要采用滤波器来滤除光载波，抑制效果不太理想，会极 大地影响系统性能。为此，设计一种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器是十分必要 的。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型是提出一种结构较简单的无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器。 方案中不需要使用滤波器滤除光载波，其结构与方案一、二有所区别，本系统采用双平行偏 振调制器作为关键器件，通过调节偏振控制器和双平行偏振调制器的固有相差来控制光的 偏振状态，得到载波抑制且偏振态正交的光边带，利用直流电压驱动的电光相位调制器给 边带引入相移，最终获得了相移可调的倍频微波信号。本微波信号发生器可W产生在频率 范围2G化~40GHz内相移变化范围达到-180°~180°的倍频微波信号。由于不采用滤波结构 并且本身具有的倍频功能，产生的微波信号频率范围可W达到很大，而且采用偏置电压调 节相移操作简便，使得本装置具有很高的商用价值。
[0004] 本实用新型的技术方案：
[0005] -种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器，其特征在于:该发生器包括，连续 波激光器、第一偏振控制器、双平行偏振调制器、射频信号源、90°电桥、第二偏振控制器、电 光相位调制器、直流电压源;具体连接方式为：
[0006] 连续波激光器接第一偏振控制器，第一偏振控制器接双平行偏振调制器的光输入 端，射频信号源的第一输出端接双平行偏振调制器的第一射频输入端，射频信号源的第二 输出端接90°电桥的射频输入端，90°电桥的输出端接双平行偏振调制器的第二射频输入 端，双平行偏振调制器的输出接第二偏振控制器，第二偏振控制器接电光相位调制器的光 输入端，直流电压源接电光相位调制器的电输入端，电光相位调制器的输出端接第=偏振 控制器，第=偏振控制器接线偏振器，线偏振器接光电探测器。
[0007] 双平行偏振调制器具有互补相位调制深度，分别为+m和-m，其中m取值要满足小信 号调制，0.1 <m<0.3;
[000引电光相位调制器的半波电压Vn,半波电压范围为2V< Vn <6V
[0009] 调节射频信号源输出信号频率f，频率范围为IG^ < f < 20GHz，产生的微波信号频 率范围为2GHz<f <40細Z;
[0010] 经过上述设置，由光电探测器输出的微波信号相位为 ，其中Vdc为直流 电压源输出的电压值，电压值范围为-0.5Vn<VDc<0.5Vn，并且获得的微波信号相位与输入的 射频信号频率f无关，因此，通过改变Vdc可W对倍频微波信号的相位进行调节，调节范围为 -180。斗过 80。。
[0011] 本实用新型的具体工作原理如下：
[0012] 在小信号调制条件下，可W获得光场表达式为
(1)
[0014]其中Ein代表光载波的幅度，WO和Q分别为光载波和输入射频信号的角频率，&和& 为双平行偏振调制器上下两个支路的固有相差，虹和m2分别为调制器中上下两个支路的调 制系数，Jn为贝塞尔函数的n阶系数。
[001引令执=02 = 31，mi =m2=m，可从得至晒个偏振态正交的光边带：
[0016] (2)
[0017]从双平行偏振调制器出来的光信号经过偏振控制器后，对准电光调制器的两个主 轴，并且偏振控制器的旋转角为45%在两个正交主轴上引入的相差为-45°，因此经过偏振 控制器后的信号为：
(3)
[0019]利用直流电压驱动电光调制器，对信号进行相位调节，由于电光调制器两个主轴 TM和TE的调制效率不同，因此产生在两个光边带上引入了两个不同的相位：
(4)
[0021] Vdc表示直流电压值，Vn?和VJE分别为TM和TE模的半波电压，巧是电光调制器原始 相差，设为n.对于一个典型的Z-CUt LiNb化电光调制器，vJe = 3vJm，因此，通过光电探测器 进行平方率检测后，产生的微波信号为
(5)
[0023] 可W看出，得到的微波信号频率为输入的射频信号频率的两倍，并且信号的相位 可W通过改变Vdc进行调节，调节范围为-18()°<Jq爸180°，本发生器从原理上是可行的。
[0024] 本实用新型的有益效果具体如下：
[0025] 本实用新型充分利用光偏振调制和电光调制原理，W微波光子学方法实现了具有 可调相移的倍频微波信号的产生，并且结构简单，稳定性高，因此具有极高的应用价值。
【附图说明】
[00%]图1 一种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器。
[0027] 图2微波信号发生器产生的（相移为-180%频率为2G化)微波信号示意图。
[0028] 图3微波信号发生器产生的（相移为-90%频率为look)微波信号示意图。
[0029] 图4微波信号发生器产生的（相移为-45%频率为18GHz)微波信号示意图。
[0030] 图5微波信号发生器产生的（相移为0°，频率为26GHz)微波信号示意图。
[0031] 图6微波信号发生器产生的（相移为45%频率为32CT1Z)微波信号示意图。
[0032] 图7微波信号发生器产生的（相移为90%频率为36GHz)微波信号示意图。
[0033] 图8微波信号发生器产生的（相移为180%频率为40GHz)微波信号示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图1至8对一种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器作进一步描 述。
[00对实施例一
[0036] -种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器，其特征在于:该测量系统包括，连 续波激光器1、第一偏振控制器2、双平行偏振调制器3、射频信号源4、90°电桥5、第二偏振控 制器6、电光相位调制器7、直流电压源8;具体连接方式为：
[0037] 连续波激光器1接第一偏振控制器2,第一偏振控制器2接双平行偏振调制器3的光 输入端31，射频信号源4的第一输出端41接双平行偏振调制器的第一射频输入端31，射频信 号源4的第二输出端42接90°电桥5的射频输入端，90°电桥5的输出端接双平行偏振调制器4 的第二射频输入端42,双平行偏振调制器3的输出接第二偏振控制器6,第二偏振控制器6接 电光相位调制器7的光输入端71，直流电压源8接电光相位调制器7的电输入端72,电光相位 调制器7的输出端接第=偏振控制器9,第=偏振控制器9接线偏振器10,线偏振器10接光电 探测器11。
[0038] 双平行偏振调制器3具有互补相位调制深度，分别为+m和-m，其中m取值要满足小 f目号调制，m = 0.1;
[0039] 电光相位调制器7的半波电压Vn = 2V;
[0040] 调节射频信号源4输出信号频率f = IG化，产生的微波信号频率为2f = 2G化；
[0041] 经过上述设置，由光电探测器11输出的微波信号相位为
其中Vdc为直 流电压源8输出的电压值，本实例Vdc = -IV,对应微波信号相移为-180°，对应时域曲线如图2 所示。
[00创实施例二
[0043] -种无滤波且相移可调的倍频微波信号发生器，其特征在于:该测量系统包括，连 续波激光器1、第一偏振控制器2、双平行偏振调制器3、射频信号源4、90°电桥5、第二偏振控 制器6、电光相位调制器7、直流电压源8;具体连接方式为：
[0044] 连续波激光器1接第一偏振控制器2,第一偏振控制器2接双平行偏振调制器3的光 输入端31，射频信号源4的第一输出端41接双平行偏振调制器的第一射频输入端31，射频信 号源4的第二输出端42接90°电桥5的射频输入端，90°电桥5的输出端接双平行偏振调制器4 的第二射频输入端42,双平行偏振调制器3的输出接第二偏振控制器6,第二偏振控制器6接 电光相位调制器7的光输入端71，直流电压源8接电光相位调制器7的电输入端72,电光相位 调制器7的输出端接第=偏振控制器9