光子学宽带微波IQ调制器及其操作方法与流程

本发明涉及微波技术领域和光通信技术领域，主要涉及光子学宽带微波iq调制技术。

背景技术：

随着人们对通信速率的要求越来越高，现在雷达、宽带无线通信等电子系统正朝着大带宽、宽频段方向发展。传统基于电子学的微波信号产生技术中，电子器件存在速率瓶颈，瞬时带宽小、工作频率调谐性差，电磁干扰严重。光子学微波信号产生技术具有大瞬时带宽、宽工作频带、抗电磁干扰等一系列优点而备受关注。

目前在电子系统射频发射机中，一般先通过数模转换器产生中频信号，然后上变频到射频(rf)。这种结构有以下缺点：(1)当信号带宽很大时，要求数模转换器具有较高的采样率和工作频率，目前的模数转换技术逐渐难以满足需要；(2)当射频信号载频较高时，往往需要一到两级上变频，每级变频后一般需要配置放大器、滤波器，结构复杂；(3)传统微波混频器的带宽小，滤波器的通带调谐性差，导致发射机频段可重构性差，无法满足未来多频段一体化的应用需求。

把基带数据直接在载频进行iq调制，实现零中频发射，可以降低数模转换器的采样率和工作频率需求、简化发射机结构。然而目前的微波信号iq调制技术存在带宽受限、iq不平衡、本振(lo)泄露等问题难以解决。

目前光通信及光信号处理技术发展迅猛，研究者在利用光子学技术实现微波信号变频和移相等方面都做了大量工作，其优势也显而易见。但是宽带微波信号的光子学iq调制技术却少有人研究。

技术实现要素：

为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种利用偏振复用双平行马曾调制器(pdm-dpmzm)实现宽带微波信号iq调制的方法。本方法构造了一对正交上变频器，能够将i和q路的基带波形在lo上直接调制，得到宽带rf信号。该方案中，iq基带波形的带宽和lo信号的频率只受调制器和光电探测器(pd)带宽限制(50ghz以上)，具有传统微波iq调制器无法达到的带宽优势。该方案中，两个上变频信号的相位差可以灵活调整，进而可以解决iq相位失衡问题。另外该iq调制器产生的rf信号对lo隔离度大，因此可以抑制lo泄露。

本发明所采用的技术方案是：所述装置包括激光二极管(ld)、pdm-dpmzm、光带通滤波器(obpf)、pd。ld的输出口连接pdm-dpmzm的光信号输入端；该调制器的光信号输出端连接obpf的输入端；obpf的输出端连接pd。

所述pdm-dpmzm由一个光分束器、上下并联的两个(记为x、y)双平行马曾调制器(dpmzm)以及一个偏振合束器(pbc)构成。每个dpmzm内部有两个并联的马曾调制器(mzm)，四个mzm依次分别记为xa、xb、ya、yb。两个dpmzm的主偏置角记为θx和θy。

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pdm-dpmzm中；

(2)i路数据连接xa的射频端，q路数据连接ya的射频端，lo信号功分两路，两路分别连接xb和yb的射频端；

(3)对四个mzm提供直流偏压，使四个mzm均工作在最小点；

(4)pdm-dpmzm内部的pbc将上下两路调制后的光信号复合为偏振复用光，输出调制器；

(5)偏振复用光信号进入obpf，滤除一个lo调制产生的下(或上)边带，只留下一个lo边带，以及i和q路在光载波附近调制的信息；

(6)滤波后的光信号进入pd，偏振复用光信号探测后输出一个rf信号；

(7)调节两个dpmzm的主偏置角使θx和θy相差90度，如θx为0度，θy为90度，则两个dpmzm构成正交的上变频器，pd输出载频等于lo频率、携带iq数据的rf矢量信号。

本发明提出了一个光子学宽带微波iq调制器及其操作方法，该方案利用pdm-dpmzm实现iq数据及lo信号的电光调制，obpf滤除一个lo边带，通过调节两个dpmzm的主偏置角，光电探测后得到调制后的rf矢量信号。本发明结构简单，具有很强的可操作性。

本方案中iq波形和lo信号采用抑制载波调制方式，得到的rf矢量信号中抑制了lo泄露。

由于该方案中iq两路上变频器的相位差可以通过调制器的两个主偏置角连续任意调节，因此可以确保iq两路相位严格正交，解决了iq相位不平衡问题。

附图说明

图1为本发明光子学宽带微波iq调制器及其操作方法的原理图；

图2(a)为利用该iq调制器产生的载频为40ghz、码速率100msym/s、调制格式为16qam的rf矢量信号；

图2(b)为通过矢量信号分析仪对图2(a)所示的信号解调后的星座图及误差矢量幅度(evm)；

图2(c)为利用该iq调制器产生的载频为40ghz、码速率100msym/s、调制格式为64qam的rf矢量信号；

图2(d)为通过矢量信号分析仪对图2(c)所示的信号解调后的星座图及evm。

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：

图1为光子学宽带微波iq调制器及其操作方法的原理图。本实例中，装置包括：ld、pdm-dpmzm、obpf、pd、微波信号源、微波功分器、矢量信号源。ld的输出口通过保偏光纤与pdm-dpmzm的光输入口相连，矢量信号源的i路输出端连接xa的射频输入端，矢量信号源的q路输出端连接ya的射频输入端，微波信号源与微波功分器公共端相连，微波功分器两个输出口分别与xb和yb的射频输入口相连，pdm-dpmzm输出端与光放大器输入端相连，光放大器输出端与obpf输入端相连，obpf输出端与pd输入端相连。

本实例中，方法的具体实施步骤是：

步骤一：ld产生的连续光波工作波长为1552nm，平均功率为15dbm；矢量信号源产生的iq波形码速率为100mhz，编码格式16qam；微波信号源产生的lo信号中心频率为40ghz，功率为15dbm；pdm-dpmzm的四个mzm带宽大于40ghz，半波电压约为3.5v，消光比均大于30db；obpf的中心波长1552.2nm，3db带宽0.4nm；pd的带宽大于40ghz，响应度0.6a/w。

步骤二：通过直流电压源给调制器供上直流偏压，使得四个mzm均工作在最小点。

步骤三：通过直流电压源调节两个主偏置角，使θx为0度，θy为90度；

步骤四：pd得到的rf信号进入频谱仪，实验结果如图2(a)所示，得到中心频率40ghz、码速率100msym/s、调制格式为16qam的rf矢量信号，可以看到没有明显的lo泄露，也没有明显的交调失真；

步骤五：得到的rf信号送入矢量信号分析仪解调，得到星座图如图2(b)所示，星座图清晰，evm为13.4％，表明所产生的rf信号质量良好。

步骤六：将矢量信号源产生的iq波形编码格式设为64qam，其它保持不变，重复步骤四、五，得到的中心频率40ghz、码速率100msym/s、调制格式为64qam的rf矢量信号，频谱图和星座图分别如图2(c)和图2(d)所示，所产生的rf信号质量良好。

本实例中，iq的相位平衡度，可以通过调节两个主偏置角得到校准。

综上，本发明光子学宽带微波iq调制器及其操作方法，结构简单易于实现，具有明显的带宽优势，不受电磁干扰，系统性能良好且稳定。

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，lo频率、iq码速率、调制格式都可改变。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。