一种微波光子混频方法及多功能微波光子混频器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种微波光子混频方法，属于微波光子学【技术领域】。本发明混频方法对待混频的射频信号和本振信号，分别进行电光调制并提取调制信号中的一个一阶边带信号，得到射频一阶边带信号和本振一阶边带信号，两者进行电光调制所使用的光载波的频率相同；以所述射频一阶边带信号、本振一阶边带信号分别作为90°光混频器的射频信号输入、本振信号输入，对所述90°光混频器的输出信号进行光电检测，得到混频信号。本发明还公开了一种多功能微波光子混频器。本发明可同时实现多种不同的混频功能，且具有杂散小、线性度高、转换效率高的优点，适用于大倍频程的微波信号混频。
【专利说明】一种微波光子混频方法及多功能微波光子混频器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种混频方法，尤其涉及一种微波光子混频方法及多功能微波光子混 频器，属于微波光子学【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 微波混频器是微波系统中最常用的器件之一。传统的微波混频器多基于电子技 术，往往具有转换效率低、本振和射频端口隔离度低、工作频率低、工作带宽窄和信号失真 大等缺点。由于低频段频谱资源日渐紧张以及高频段工作的优异性能，微波系统逐渐向毫 米波、亚毫米波甚至是THz波段推进。在此背景下，为满足系统应用需求，混频器也就需要 具有高频、宽带、高线性等特点。光子技术就是有效解决该难题的手段之一。相比较传统 的电混频器，其主要优点在于利用了光纤系统的大带宽、高工作频率和对电磁干扰不敏感 等显著优势。一种常见的微波混频方法为级联调制器法（参见G.K.Gopalakri Shnan，W. K. Burns, and C. H. Bulmer, ''Microwave-optical mixing in LiNb03modulators，〃IEEE Trans.Microwave Theory Tech·, νο1·41,ηο·12，ρρ· 2383_2391,Dec· 1993·)。该方法主 要是通过级联两个电光调制器，并在两个调制器上分别加载射频和本振信号，通过光电探 测得到对应的混频信号。因为射频信号和本振信号通过不同的调制器加载在系统中，因 此该方法射频和本振端口之间具有很好的隔离度，并且工作频率和带宽都很高。然而， 通常的微波光子混频器只能实现单一的混频功能，相当于电域内最普通的单端口混频 器。其他具有优异性能的混频器，例如平衡混频器、正交混频器和镜频抑制混频器（参见 S.J. Strutz and Κ· J. Williams, 〃A 0.8-8. 8-GHz image rejection microwave photonic downconverter, ^IEEE Photon.Technol.Lett. , vol. 12, no. 10, pp. 1376-1378, Oct. 2000.) 有少量的文献报道。然而，现有各种不同功能的微波光子混频器之间结构都是完全不同的， 无法实现通用。迄今为止，尚未见到一种微波光子混频器能够同时实现多种不同的混频功 能。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有微波光子混频技术的不足，提供一种微 波光子混频方法以及一种多功能微波光子混频器，可同时实现多种不同的混频功能，且具 有杂散小、线性度高、转换效率高的优点，适用于大倍频程的微波信号混频。
[0004] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0005] -种微波光子混频方法，对待混频的射频信号和本振信号，分别进行电光调制并 提取调制信号中的一个一阶边带信号，得到射频一阶边带信号和本振一阶边带信号，两者 进行电光调制所使用的光载波的频率相同；以所述射频一阶边带信号、本振一阶边带信号 分别作为90°光混频器的射频信号输入、本振信号输入，对所述90°光混频器的输出信号 进行光电检测，得到混频信号。
[0006] 一种多功能微波光子混频器，包括光源、光分束器、90°光混频器、光电探测单元， 以及两个电光调制和边带选择器，所述光电调制和边带选择器可对输入的射频信号进行电 光调制并从调制信号提取一个一阶边带信号输出；所述光分束器的输入端与光源连接，光 分束器的两个输出端分别连接两个电光调制和边带选择器的光载波输入端，两个电光调 制和边带选择器的输出端分别与90°光混频器的射频信号输入端、本振信号输入端连接， 90°光混频器的输出端与光电探测单元连接。
[0007] 90°光混频器具有四个输出端口，分别对应于两个同相输出端口和两个正交输出 端口。四个端口的任意一个端口接普通的光电探测器探测，即实现了普通单端混频器功能； 两个同相输出端口或两个正交输出端口接平衡探测器探测，即实现了平衡混频器功能；一 个同相输出端口和一个正交输出端口分别接普通的光电探测器探测，即实现了正交混频器 功能；一个同相输出端口和一个正交输出端口分别接普通的光电探测器探测并使用90° 微波电桥将两路输出合在一起，即实现了镜频抑制混频器功能。
[0008] 相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0009] (1)使用同一个结构，仅改变光电探测的方法，即可实现包括普通单端混频器、平 衡混频器、正交混频器和镜频抑制混频器的功能。
[0010] (2)输入光电探测器的信号中只包含射频信号和本振信号的一个一阶边带。因为 信号中不包含光载波，所以提高了光电探测器的处理能力，通过外加光放大可以提高转换 效率；
[0011] (3)传统电混频器具有很强的无用杂散信号，及时利用传统的微波光子技术也很 难实现杂散信号的消除。在本发明中，因为只将有用的一阶边带滤波送入光电探测器探测， 不包含其他无效的光谱分量，所以该混频器的线性度很高而且杂散频率被有效抑制。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本发明多功能光子微波混频器的结构原理示意图；
[0013] 图2为本发明多功能光子微波混频器的一个实施例的结构示意图；
[0014] 图3 (a)为上路的射频边带信号；
[0015] 图3(b)为上路的本振边带信号；
[0016] 图4为使用图2所示结构实现下变频的平衡混频器功能时两个同相输出端口光电 探测得到的波形；
[0017] 图5为使用图2所示结构实现下变频的正交混频器功能时一个同相输出端口和一 个正交输出端口光电探测得到的波形；
[0018] 图6(a)为使用图2所示结构实现镜频抑制混频器功能时有用射频信号混频得到 的中频信号频谱；
[0019] 图6(b)为使用图2所示结构实现镜频抑制混频器功能时无用镜频信号混频得到 的中频信号频谱；
[0020] 图7为使用图2所示结构实现上变频的平衡混频器功能时两个同相输出端口光电 探测得到的波形；
[0021] 图8为使用图2所示结构实现下变频的正交混频器功能时一个同相输出端口和一 个正交输出端口光电探测得到的波形；
[0022] 图9为本发明多功能光子微波混频器的另一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0024] 本发明的多功能微波光子混频的结构原理如图1所示。如图，激光器输出的光载 波信号通过光分束器分成两路。上路通过第一电光调制和边带选择器，调制射频信号并且 选出其中的某一个一阶边带。假设光载波频率为ω。，调制的射频信号频率为ωκ，那么通过 第一光电调制和边带选择器得到的一阶下边带信号可以表示为E s = 其 中I1为该边带信号的幅度。同理，下路通过第二电光调制和边带选择器，调制本振信号并 且选出其中某一个一阶边带。假设本振信号的频率为为实现上、下变频，调节光滤波器 对准一阶上边带或者下边带，因此滤出的边带信号可以表示为匕=Α% ΘΧρ(ω。土 coj t，其 中A%为该边带信号的幅度。上路得到的边带信号送入一个90°光混频器的射频信号输入 端口，下路得到的边带信号送入同一个90°光混频器的本振信号输入端口。根据90°光混 频器的工作原理，在它四个输出端得到的光信号可以表示为
【权利要求】
1. 一种微波光子混频方法，其特征在于，对待混频的射频信号和本振信号，分别进行电 光调制并提取调制信号中的一个一阶边带信号，得到射频一阶边带信号和本振一阶边带信 号，两者进行电光调制所使用的光载波的频率相同；以所述射频一阶边带信号、本振一阶边 带信号分别作为90°光混频器的射频信号输入、本振信号输入，对所述90°光混频器的输 出信号进行光电检测，得到混频信号。
2. 如权利要求1所述微波光子混频方法，其特征在于，对所述90°光混频器的输出信 号进行光电检测，得到混频信号，具体是指：对所述90°光混频器的任意一个输出端口的 输出信号进行光电检测，得到单端混频信号。
3. 如权利要求1所述微波光子混频方法，其特征在于，对所述90°光混频器的输出信 号进行光电检测，得到混频信号，具体是指：对所述90°光混频器的两个同相输出端口或 两个正交输出端口的输出信号进行平衡光电探测，得到平衡混频信号。
4. 如权利要求1所述微波光子混频方法，其特征在于，对所述90°光混频器的输出信 号进行光电检测，得到混频信号，具体是指：对所述90°光混频器的任意一个同相输出端 口以及任意一个正交输出端口的输出信号分别进行光电探测，得到正交混频信号。
5. 如权利要求1所述微波光子混频方法，其特征在于，对所述90°光混频器的输出信 号进行光电检测，得到混频信号，具体是指：利用90°微波电桥将所述90°光混频器的任 意一个同相输出端口以及任意一个正交输出端口的输出信号合在一起，得到镜频抑制混频 信号。
6. -种多功能微波光子混频器，其特征在于，包括光源、光分束器、90°光混频器、光电 探测单元，以及两个电光调制和边带选择器，所述光电调制和边带选择器可对输入的射频 信号进行电光调制并从调制信号提取一个一阶边带信号输出；所述光分束器的输入端与光 源连接，光分束器的两个输出端分别连接两个电光调制和边带选择器的光载波输入端，两 个电光调制和边带选择器的输出端分别与90°光混频器的射频信号输入端、本振信号输入 端连接，90°光混频器的输出端与光电探测单元连接。
7. 如权利要求6所述多功能微波光子混频器，其特征在于，所述光电探测单元为与所 述90°光混频器的任意一个输出端连接的光电探测器。
8. 如权利要求6所述多功能微波光子混频器，其特征在于，所述光电探测单元为分别 与所述90°光混频器的两个同相输出端口或者两个正交输出端口分别连接的两个平衡光 电探测器。
9. 如权利要求6所述多功能微波光子混频器，其特征在于，所述光电探测单元为分别 与所述90°光混频器的一个同相输出端、一个正交输出端相连接的两个光电探测器。
10. 如权利要求6所述多功能微波光子混频器，其特征在于，所述光电探测单元包括 两个分别与所述90°光混频器的一个同相输出端、一个正交输出端口连接的两个光电探测 器，以及一个90°微波电桥，该90°微波电桥的两个输入端分别与所述两个光电探测器的 输出端连接。
【文档编号】H03D7/16GK104333422SQ201410502131
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】潘时龙, 唐震宙, 薛敏, 薄磊, 闫旭 申请人:南京航空航天大学