微波光子镜像抑制下变频装置及方法与流程

本发明涉及微波技术领域和光通信技术领域，主要涉及微波光子镜像抑制下变频技术。

背景技术：

宽带无线通信、雷达、电子战等电子系统正朝着大带宽、宽频段方向发展。微波光子技术通过光子学手段处理微波信号，具有大瞬时带宽、宽工作频带、抗电磁干扰等一系列优点，在未来电子系统中具有巨大应用潜力。

在射频接收机中，镜像频率分量经过下变频后对所需信号造成干扰，因此必须进行抑制。传统的镜像抑制技术包括采用镜像抑制滤波器或镜像抑制下变频器，其中后者避免了高q值滤波器的使用，结构简单、易于集成。但传统的微波镜像抑制下变频器一方面带宽受限、电磁干扰严重，另一方面由于幅相失配问题，镜像抑制比不高。

利用微波光子技术大带宽、频率依赖小等优势，构造微波光子镜像抑制下变频系统，可预期提高宽频带内的幅相平衡度，提高镜像抑制比。目前有少量微波光子镜像抑制下变频方案报道，但大多由于采用了微波耦合器、电移相器、色散器件等频率相关性器件，其工作频段、镜像抑制比仍旧有限。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出一种基于双平行马曾调制器(dpmzm)的微波光子镜像抑制下变频装置及方法。该装置通过光学方法构造了双下变频通道，通过调制器偏压点可将两个通道的相位设为正交，从而实现正交下变频，结合正交耦合器(hybrid)，即可实现镜像抑制下变频。出了用于处理中频信号的hybrid，该装置通过全光方法实现，因此具有超宽的工作频率。通过共用调制器的方式实现双通道下变频，且通道的相位差可通过偏压连续调谐，因此镜像抑制比高。

本发明所采用的技术方案是：所述装置包括激光二极管(ld)、dpmzm、波分复用器(wdm)、两个光电探测器(pd)。ld的输出口连接dpmzm的光信号输入端；dpmzm光信号输出端连接wdm的公共输入端；wdm的两个输出端分别连接两个pd、pd输出电信号通过hybrid耦合，hybrid一个输出端输出抑制镜像频率分量的中频(if)信号。

所述dpmzm由一个y型光分束器、上下并联的两个马曾调制器(记为x-mzm、y-mzm)、一个y型光合路器组成。x-mzm、y-mzm和主调制器分别有一个偏置电压端口。

本发明在工作时包括以下步骤：

(1)从ld输出的连续光载波注入到dpmzm中；

(2)射频(rf)信号连接x-mzm的射频端口，本振(lo)信号连接y-mzm的射频端口；

(3)x-mzm和y-mzm偏置在最小点，主调制器的偏置角为45度；

(4)调制器输出的光信号进入wdm，wdm构造两个相邻通带的带通滤波器，输出rf和lo调制得到的上边带和下边带；

(5)两路光信号分别进入pd，光电探测输出i/q两路if信号；

(6)两路if信号通过hybrid耦合，输出抑制抑制镜像频率分量的if信号。

本发明提出了一个微波光子镜像抑制下变频装置及方法，该装置利用dpmzm实现rf及lo信号的电光调制，wdm分离上下光边带，通过调节dpmzm的主偏置角，光电探测后得到正交的if信号，通过hybrid耦合后实现镜像频率分量抑制。本发明结构简单，具有很强的可操作性。

本发明中x-mzm和y-mzm均工作在最小点，以提高if信号的频谱纯度。

本发明中两个通道的变频增益可通过光衰减器灵活调节，两个通道的相位差可以通过调制器主偏置角连续调节，因此可以提高两路幅度和相位的平衡度，提高镜像抑制比。

附图说明

图1为本发明微波光子镜像抑制下变频装置及方法的原理图；

图2(a)为实施例中wdm的两个通带响应及进入wdm的光信号的频谱；

图2(b)为实施例中wdm输出的两路光信号频谱；

图3(a)为实施例中镜像抑制比随lo频率变化的实验测试结果；

图3(b)为实施例中镜像抑制比随if频率变化的实验测试结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例：

本实例中，装置包括：ld、dpmzm、wdm、两个pd、hybrid、两个微波信号源、直流电源。ld的输出口通过保偏光纤与dpmzm的光输入口相连，两个微波信号源的输出端分别连接x-mzm和y-mzm的射频输入端，调制器输出端与wdm公共输入端相连，wdm两个输出端分别连接两个pd、pd输出的电信号通过hybrid耦合。

本实例中，方法的具体实施步骤是：

步骤一：ld产生的连续光载波平均功率为16dbm，波长约1552nm；微波信号源产生的rf信号频率为40ghz，功率为0dbm，产生的lo信号频率为39.5ghz，功率为10dbm；dpmzm的半波电压约为3.5v，带宽大于30ghz，消光比均大于30db；wdm通道间隔为50ghz，3db通带带宽31ghz；pd的带宽约为1ghz，响应度0.9a/w；hybrid工作频率0.5-1ghz。

步骤二：首先测试wdm两个相邻通带(ch1与ch2)的通带响应，如图2(a)中两条虚线所示，然后调节ld波长使其置于这两个通带中心；

步骤三：通过直流电压源调节调制器三个偏压，使x-mzm和y-mzm工作在最小点，主调制器偏置角为45度，进入wdm的光信号如图2(a)中实线所示，wdm输出的两路光信号如图2(b)所示，可以看到上下边带被分离；

步骤四：lo频率以1ghz步进从2.5ghz变化到39.5ghz，依次对应调整rf频率使if频率固定为0.5ghz，通过设置rf频率比lo高或低0.5ghz，分别测量hybrid输出的0.5ghz载频的if信号功率，即对应为信号和镜像频率分量功率，镜像抑制比随lo频率变化曲线如图3(a)所示，可以看到在4.5-39.5ghz频率范围内镜像抑制比高于50db；

步骤五：固定lo频率为39.5ghz，rf频率以0.1ghz步进从39.6到40ghz变化，测量if信号功率，为对应的所需信号功率；然后rf频率以0.1ghz步进从39.4到39ghz变化，测量if信号功率，为对应的镜像抑制分量功率；镜像抑制比随if频率的变化曲线如图3(b)所示，可以看到在if频率从0.5ghz到1ghz变化时，镜像抑制比保持在50db以上。

本实例中，镜像抑制比可以通过主调制器偏置角和两路的光功率进行校准。

综上，本发明微波光子镜像抑制下变频装置及方法，简单易于实现，具有明显的带宽优势，镜像抑制比高。

总之，以上所述实施方案仅为本发明的实施例而已，并非仅用于限定本发明的保护范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在本发明公开的内容上，还可以做出若干等同变形和替换，rf、lo和if频率、光载波波长、wdm通带带宽等都可改变。这些等同变形和替换以及频率范围的调整也应视为本发明保护的范围。