一种基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及微波源相位噪声测量、微波光子学领域，具体是一种微波源相位噪声 测量方法及装置。
【背景技术】
[0002] 微波源在通信、雷达W及电子测试等系统中具有重要作用，其相位噪声直接影响 着上述系统的性能，例如，在微波通信系统中使用低相位噪声的本振微波源能使接收机具 有高的信噪比与灵敏度。目前，性能较好的X波段的微波振荡器的相位噪声在10曲Z频偏 处已低至-160地c/化，而商用相位噪声测量仪器在lOGHz频率处的相位噪声测量极限通常 为-120地c/化@10曲Z左右。因此，研究能在高频、宽带条件下具有更高精确度与灵敏度的 微波源相位噪声的测量技术非常必要。传统的相位噪声测量方法基于外差技术实现；待测 微波源与一个同频的参考源混频，得到的电信号与待测微波源的相位抖动相关，据此可计 算出待测微波源的相位噪声。该种方法的测量精度和工作带宽严重依赖于参考源，当被测 微波源的相位噪声低于参考源的相位噪声时，该测试系统不能得到正确的测量结果。基于 光延时的相位噪声测量是一种不需要外部参考源的方法，具有简单的系统结构与更高的测 量精度巧?Rubiola,E.Salik,S.Huang,N.Yu,andL.Maleki, "Photonic-delaytechnique forphase-noisemeasurementofmicrowaveoscillators, "JournaloftheOptical SocietyofAmericaB,vol. 22,pp. 987-997,May2005)。在传统的基于光纤延时的相位 噪声测量方案中，待测微波源输出信号首先经光电调制器调制于直流光载波，得到的调制 光信号被分成两路，其中的一路光信号经过光纤延时之后，两路光信号分别通过光电探测 器转换为微波信号，得到的两路微波信号经过微波放大器、移相器后在混频器中混频，最终 依据混频器输出的电信号计算出待测微波源的相位噪声。由于当前的微波混频器、放大器 和移相器等器件在宽带工作模式下，尤其是在高频工作时的性能并不理想，因此W上相位 噪声测量方案的工作带宽、测量精度W及灵敏度都会受到限制，并且测量精度与灵敏度会 随待测信号频率的升高而降低。另一方面，传统的基于光延时的相位噪声测量系统在测量 高频微波信号相位噪声时需要使用高速光电探测器，其噪声特性也会恶化测量精度与灵敏 度。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的问题是提供一种基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置 及方法，该装置及方法无需使用微波放大器、混频器W及移相器，通过微波光子技术同时实 现微波信号的混频与移相功能，能提高微波源相位噪声测量系统的测量精度、灵敏度W及 工作带宽。
[0004] 为实现上述目的，本发明公开了一种基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装 置，包括沿光路依次连接的激光源、电光调制器、光纤、偏振调制器、光带通滤波器、偏振控 制器、检偏器、光电探测器、微波功分器和快速傅里叶变换分析仪。
[0005] 作为上述技术方案的进一步改进，所述微波功分器的输入端与待测微波源的输出 端连接；所述微波功分器的两个输出端分别与电光调制器和偏振调制器的驱动信号输入端 连接；所述光带通滤波器允许光信号中的+1阶或-1阶边带通过；所述偏振控制器用于调 节光信号的偏振态；所述光电探测器用于将检偏器输出的光信号转换为电信号；所述傅里 叶变换分析仪用于采集光电探测器输出的电信号并进行傅里叶变换计算。
[0006] 作为上述技术方案的另一种改进，所述电光调制器为宽带电光调制器。
[0007] 作为上述技术方案的另一种改进，所述电光调制器为电光相位调制器、强度调制 器或偏振调制器中的一种。
[000引作为上述技术方案的另一种改进，所述偏振调制器为宽带偏振调制器。
[0009] 作为上述技术方案的另一种改进，所述微波功分器为宽带微波功分器。
[0010] 作为上述技术方案的另一种改进，所述光带通滤波器为通带可调谐的光带通滤波 器。
[0011] 作为上述技术方案的另一种改进，所述光电探测器为低速光电探测器，其带宽不 小于相位噪声测量中的频偏范围。
[0012] 利用上述技术方案所述的基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置的测量 方法，测量过程如下；待测微波信号由微波功分器分为第一微波信号和第二微波信号，其中 第一微波信号经电光调制器调制于激光源产生的光载波上，得到具有±1阶边带的初始调 制光信号；所述初始调制光信号经过光纤延时后，利用偏振调制器将第二微波信号调制于 光纤延时后的初始调制光信号上，得到最终调制光信号；利用光带通滤波器对最终调制光 信号进行滤波，光带通滤波器仅允许最终调制光信号中的+1阶或-1阶边带通过；光带通滤 波器输出的光信号经偏振控制器调节偏振态后送入检偏器；检偏器输出的光信号输入到光 电探测器实现光信号到电信号的转换；最后，使用傅里叶变换分析仪采集光电探测器输出 的电信号，并通过进一步计算可得到待测微波源的相位噪声。
[0013] 本发明的基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置及方法具有精确度与灵 敏度高、工作带宽大，并且测量精度与灵敏度在整个工作带宽内不变等优点：
[0014] 1、无需使用微波移相器与混频器，采用级联的电光调制器、偏振调制器、偏振控制 器、检偏器W及光电探测器同时实现微波信号的混频与移相功能，与传统的利用光延时测 量相位噪声的方法相比具有工作带宽大、动态范围大、响应平坦的优点，能使相位噪声测量 系统具有大的工作带宽，并且在整个工作带宽内具有平坦的测量精确度与灵敏度；
[0015] 2、无需使用微波放大器等有源微波器件，能降低微波源相位噪声测量系统的噪 底，即提高测量精度与灵敏度。
[0016] 3、可W使用低速光电探测器（带宽不小于相位噪声测量中的频偏范围）。传统的 利用光延时测量相位噪声的方法要求光电探测器的带宽不小于测量信号的频率（通常较 高），考虑到低速光电探测器具有更好的噪声特性，因而本发明可W获得更高的相位噪声测 量精度与灵敏度。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置结构原理示意图；
[0018] 图2是采用本发明的基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置与采用商用 测量仪器测量一个lOGHz微波源相位噪声的结果对比图；
[0019]图3是本发明装置在lOkHz频偏出相位噪声测量基底随待测信号频率的变化曲线 图。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图，对本发明提出的基于微波光子技术的微波源相位噪声测量装置及 方法进行详细说明。
[0021] 如