一种产生多种倍频毫米波的方法和装置的制造方法

一种产生多种倍频毫米波的方法和装置的制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种产生多种倍频毫米波的方法和装置，所述装置包括：激光器的输出端与分光器的输入端相连，用于产生第一光载波信号；分光器的输出端和n个相位调制器的输入端相连，用于将第一光载波信号分成功率相等的n路第二光载波信号；n个相位调制器的输出端分别和耦合器的输入端相连，用于将第二光载波信号和预先产生的相位为0、2π/n、2(2π/n)……(n?1)(2π/n)的n路信号进行调相，得到n路调相信号；耦合器的输出端和光电检测器的输入端相连，用于将n路调相信号耦合，得到多边带光信号；光电检测器，用于对多边带光信号进行拍频，得到频率为knωs的多种倍频毫米波，kn为偶数，以实现在同一结构中同时产生多种倍频毫米波信号，且降低系统成本的目的。
【专利说明】
_种产生多种倍频晕米波的方法和装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及光载无线通信技术领域，更具体地说，涉及一种产生多种倍频毫米波 的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 光载无线通信(Radio over Fiber，RoF)技术充分结合了光纤和高频无线电波传 输的优点，能够实现大容量、低成本的射频信号的有线传输和超过lGb/s的无线接入。该技 术的核心之一是产生无线毫米波。现阶段，通常采用光学调制的方法产生无线毫米波。
[0003] 现有技术中，产生无线毫米波的方法主要包括:利用光学元件的非线性效应进行 频率上变换的方法、光外差法和光外调制器的非线性调制法。其中，光外调制器的非线性调 制法通常利用马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder Modulator，MZM)产生两个光学边带，两 个光学边带在光电检测器中拍频，产生频率为两个光学边带频率差的毫米波信号。通过设 计不同的Mach-Zehnder调制器结构能够产生6倍频、8倍频、12倍频等各种倍频毫米波信号。 但是，在同一结构中仅能产生一种倍频毫米波信号，无法在同一结构中同时获得多种不同 倍频的毫米波信号，此外，使用了MZM的系统会受到直流偏置漂移的影响，需要进行复杂的 直流偏置控制，且系统中驱动电路复杂，成本高。
[0004] 因此，如何在同一结构中同时产生多种倍频毫米波信号，并且能够减低系统成本， 是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

【发明内容】

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种产生多种倍频毫米波的方法和装置，以实 现在同一结构中同时产生多种倍频毫米波信号，并且能够降低系统成本的目的。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种产生多种倍频毫米波的装置，包括:激光器、分光器、η个相位调制器、耦合器 和光电检测器，其中，η个相位调制器并联，且η为大于1的正整数；
[0008] 所述激光器的输出端与所述分光器的输入端相连，用于产生频率为ω。的第一光 载波信号，并将所述第一光载波信号发送给所述分光器；
[0009] 所述分光器的输出端分别和η个并联的所述相位调制器的输入端相连，用于将所 述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的η路第二光载波信号，并分别发送给η个并 联的所述相位调制器；
[0010] η个并联的所述相位调制器的输出端分别和所述耦合器的输入端相连，用于将η路 所述第二光载波信号分别和预先产生的频率为，相位分别为0、2Vn、2(23i/ n)、……、（i-l)(2Vn)、……、（n-l)(2Vn)的η路信号进行相位调制，得到η路调相信号，并将η路所述调 相信号发送给所述耦合器；
[0011] 其中，i为正整数，且
[0012] 所述耦合器的输出端和所述光电检测器的输入端相连，用于将η路所述调相信号 进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为1!〇^的多边带光信号，并将所述多边带光信号 发送给所述光电检测器；
[0013]所述光电检测器，用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为1〇1〇^的多种倍 频的毫米波；
[0014]其中，k为正整数，且满足kn为偶数。
[0015] 优选的，还包括:正弦信号发生器、第一移相器、第二移相器、……第i移相器…… 和第η移相器；
[0016]所述正弦信号发生器的输出端分别和所述第一移相器的输入端、所述第二移相器 的输入端、……所述第i移相器的输入端……和所述第η移相器的输入端相连，用于产生频 率为的信号，并将频率为cos的信号分别发送给所述第一移相器、所述第二移相器、…… 所述第i移相器……和所述第η移相器；
[0017]所述第一移相器、所述第二移相器、……所述第i移相器……和所述第η移相器的 输出端分别和η个所述相位调制器的输入端一一对应相连，分别用于将频率为《3的信号进 行0、2Ji/n、2(2Vn)、……、（i_l)(2Vn)、……、（n_l) (2Vn)的移相处理，得到频率为ω s，相 位分别为〇、2Vn、2(2Vn)、……、（i_l) (2Vn)、……、（n_l) (2Vn)的η路信号，并对应发送 给η个所述相位调制器，其中，i为正整数，且l<i<n。
[0018] 优选的，还包括:第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生器、……第i正弦信号发 生器……和第η正弦信号发生器；
[0019] 所述第一正弦信号发生器的输出端、所述第二正弦信号发生器的输出端、……所 述第i正弦信号发生器的输出端……和第η正弦信号发生器的输出端分别和η个所述相位调 制器的输入端一一对应相连，用于分别产生频率为《 3，相位分别为〇、2Vn、2(2Vn)、……、 (i-l)(2Vn)、……、(n-l)(23i/ n)的η路信号，并分别对应发送给η个所述相位调制器，其中， i为正整数，且l<i<n。
[0020] 优选的，所述用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的 毫米波的光电检测器，用于当η为大于1的奇数时，对所述多边带光信号进行拍频，得到频率 为2η ω s、4η ω s、 、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶数。
[0021] 优选的，所述用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kn ω s的多种倍频的 毫米波的光电检测器，用于当n = 3时，对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为6 cos、12 ω s、......、k*3 ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶数。
[0022] 优选的，所述用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的 毫米波的光电检测器，用于当η为大于1的偶数时，对所述多边带光信号进行拍频，得到频率 为η ω s、2n ω s、......、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为正整数。
[0023] 优选的，所述用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的 毫米波的光电检测器，用于当n = 4时，对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为4 cos、8 ω s、……、k*4 ω s的多种倍频毫米波;其中，k为正整数。
[0024] -种产生多种倍频毫米波的方法，适用于所述产生多种倍频毫米波的装置，所述 产生多种倍频毫米波的装置包括:激光器、分光器、η个相位调制器、耦合器和光电检测器， 其中，η个相位调制器并联，且η为大于1的正整数;所述产生多种倍频毫米波的方法，包括：
[0025] 所述激光器产生频率为ω。的第一光载波信号，并将所述第一光载波信号发送给 所述分光器；
[0026] 所述分光器将所述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的n路第二光载波 信号，并分别发送给η个并联的所述相位调制器；
[0027] η个并联的所述相位调制器将η路所述第二光载波信号分别和预先产生的频率为 〇3，相位分别为0、231/11、2(231/11)、......、（i-l)(2Vn)、......、（η_1) (2π/η)的η路信号进行相 位调制，得到η路调相信号，将η路所述调相信号发送给所述耦合器；
[0028] 其中，i为正整数，且l$i彡η;
[0029] 所述耦合器将η路所述调相信号进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为η ω s 的多边带光信号，并将所述多边带光信号发送给所述光电检测器；
[0030] 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的 毫米波；
[0031]其中，k为正整数，且满足kn为偶数。
[0032] 优选的，还包括：
[0033]若所述产生多种倍频毫米波的装置包括正弦信号发生器、第一移相器、第二移相 器、……第i移相器……和第η移相器，则预先产生的频率为〇^，相位分别为〇、2Vn、2(2V η)、……、（i-1) (2Vn)、……、(n-1) (2Vn)的η路信号包括：
[0034] 正弦信号发生器产生频率为ω s的信号，并将频率为ω s的信号分别发送给第一移 相器、第二移相器……第i移相器……和第η移相器；
[0035] 所述第一移相器、所述第二移相器、……所述第i移相器……和所述第η移相器分 别将频率为 ω s的信号进行0、2π/η、2 (2π/η)、......、（ i_1) (2π/η)、......、(n_l) (2π/η)的移相 处理，得到频率为^，相位分别为〇、2π/η、2(2π/η)、......、（i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η) 的η路信号，并分别对应发送给η个所述相位调制器，其中，i为正整数，且
[0036] 或，
[0037]若所述产生多种倍频毫米波的装置包括第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生 器、……第i正弦信号发生器……和第η正弦信号发生器，则预先产生的频率为〇^，相位分 别为0、2π/η、2(2π/η)、......、（ i_l) (2π/η)、......、（11-1)(231/11)的11路信号，包括：
[0038] 第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生器、……第i正弦信号发生器……和第η 正弦信号发生器分别产生频率为，相位分别为OdJi/ndUn/n)、……、（i-l )(2π/ n)、……、（n-l)(23i/n)的n路信号，并分别对应发送给n个所述相位调制器，其中，i为正整 数，且Ki彡η。
[0039] 优选的，当η为大于1的奇数时，所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得 到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波，包括：
[0040] 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为2η ω s、4η ω s、……、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶数；
[0041 ]或，
[0042]当η为大于1的偶数时，所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率 为kn ω s的多种倍频的晕米波，包括：
[0043] 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为ncos、2ncos、……、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为正整数。
[0044] 从上述技术方案可以看出，本发明提供一种产生多种倍频毫米波的方法和装置， 所述装置，包括:激光器、分光器、η个相位调制器、耦合器和光电检测器，其中，η个相位调制 器并联，且η为大于1的正整数;激光器的输出端与分光器的输入端相连，用于产生频率为 ω。的第一光载波信号，并将第一光载波信号发送给分光器;分光器的输出端分别和η个并 联的相位调制器的输入端相连，用于将第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的 η路 第二光载波信号，并分别发送给η个并联的相位调制器;η个并联的相位调制器的输出端分 别和耦合器的输入端相连，用于将η路第二光载波信号分别和预先产生的频率为〇^，相位 分别为〇、2π/η、2(2π/η)、......、（ i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η)的η路信号进行相位调制， 得到η路调相信号，并将η路调相信号发送给耦合器;其中，i为正整数，且耦合器的 输出端和光电检测器的输入端相连，用于将η路调相信号进行耦合，得到以频率ω。为中心， 频率间隔为η 〇^的多边带光信号，并将多边带光信号发送给光电检测器;光电检测器，用于 对多边带光信号进行拍频，得到频率为1〇1〇^的多种倍频的毫米波;其中，k为正整数，且满 足kn为偶数。
[0045] 由此可见，本发明采用η个并联的相位调制器对产生的频率为ω。光载波信号和频 率为c〇s，相位间隔为2Vn的信号进行相位调制，得到频率间隔为nco s的一系列多边带光信 号，并采用光电检测器将一系列多边带信号进行拍频，得到多种倍频的毫米波信号，即在同 一结构中同时产生了多种倍频毫米波信号，且相对于现有技术，本方案采用的相位调制器 不需要直流偏置控制，降低了系统的成本。
【附图说明】
[0046] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 提供的附图获得其他的附图。
[0047] 图1为本发明实施例一提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图；
[0048] 图2为本发明实施例二提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图；
[0049] 图3为本发明实施例三提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图；
[0050] 图4为本发明实施例三提供的经过相位调制器后得到的四路调相信号的示意图；
[0051] 图5为本发明实施例三提供的经过耦合器耦合后得到的多边带光信号的示意图； [0052]图6为本发明实施例三提供的经过光电检测器拍频后得到的多种倍频毫米波的示 意图；
[0053]图7为本发明实施例四提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图；
[0054]图8为本发明实施例五提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图；
[0055]图9为本发明实施例六提供的一种产生多种倍频毫米波的方法的流程图；
[0056]图10为本发明实施例三提供的产生多边带光谱图的示意图；
[0057]图11为本发明实施例三提供的经过拍频后产生的不同频率的毫米波信号的示意 图。
【具体实施方式】
[0058] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059] 本发明公开了一种产生多种倍频毫米波的方法和装置，以实现在同一结构中同时 产生多种倍频的毫米波信号，并且能够减低系统成本的目的。
[0060] 实施例一
[0061]本发明实施例一提供了一种产生多种倍频毫米的装置，如附图1所示的本发明实 施例一公开的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图，包括:激光器1、分光器2、n个相位 调制器3、耦合器4和光电检测器5,其中，η个相位调制器3并联，且η为大于1的正整数；
[0062] 所述激光器1的输出端与所述分光器2的输入端相连，用于产生频率为ω。的第一 光载波信号，并将所述第一光载波信号发送给所述分光器2;
[0063] 所述分光器2的输出端分别和η个并联的所述相位调制器3的输入端相连，用于将 所述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的η路第二光载波信号，并分别发送给η个 并联的所述相位调制器3;
[0064] η个并联的所述相位调制器3的输出端分别和所述耦合器4的输入端相连，用于将η 路所述第二光载波信号分别和预先产生的频率为，相位分别为0、2Vn、2(23i/n)、……、 (i-l)(2Vn)、……、(n-l)(2Vn)的η路信号进行相位调制，得到η路调相信号，并将η路所述 调相信号发送给所述耦合器4;其中，i为正整数，且1 ;
[0065] 所述耦合器4的输出端和所述光电检测器5的输入端相连，用于将η路所述调相信 号进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为η 〇^的多边带光信号，并将所述多边带光信 号发送给所述光电检测器5;
[0066] 所述光电检测器5,用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种 倍频的毫米波;其中，k为正整数，且满足kn为偶数。
[0067]需要进行说明的是，在所述光电检测器5中，对所述多边带光信号进行拍频后，最 终得到的奇数倍频的毫米波信号的功率为〇,也就是说不能产生奇数倍频的毫米波信号，只 能产生偶数倍频的毫米波信号，具体说明如下：
[0068]激光器1生成频率为ω。的第一光载波信号：
[0069] Ein(t) =EC cos( ωct) (1)
[0070] 第一光载波信号通过分光器2分成功率相等的η路第二光载波信号，分别发送给η 个相位调制器；
[0071] 相位调制器将η路第二光载波信号分别和预先产生的频率为〇^，相位分别为〇、2 Vn、2(2Vn)、……、（i_l)(2Vn)、……、（n_l) (2Vn)的η路信号进行相位调制，得到η路调 相信号；
[0072] 耦合器将η路调相信号进行耦合，依据电磁场传播动力学理论，η路调相信号经过 耦合后得到：
[0073]
' 2)
[0074] 依据第一类贝塞尔函数对公式(2)进行展开和演算，得到：
[0075]
(3)
[0076] 其中，m为整数，η为相位调制器的个数，β为相位调制器的调相指数；
[0077] 经过光电检测器5平方律检波后，输出的信号为：
[0078]
(4)
[0079] 其中，Η为光电检测器的响应度，Id。是光电检测器的输出信号的直流部分，k为整 数，kn为毫米波信号的频率倍增因子，Hk为光电流强度系数，且有：
[0080]
(5)
[0081] 由公式(5)可知，当频率倍增因子kn为奇数时，光电流强度系数为0,因此，当η为奇 数时，只能生成η的偶数倍频的毫米波信号。
[0082] 下面结合具体实例对本发明实施例做进一步说明：
[0083]当系统中包括3个相位调制器时，产生的多边带光信号为-9阶、-6阶、-3阶、0阶、3 阶、6阶、9阶，由于更高阶边带功率很小，对毫米波的功率贡献率很小，因而在此忽略不计； [0084]假设要产生9倍频的毫米波信号，在光电检测器中拍频时，为9倍频毫米波信号作 出贡献的边带对有以下四对：
[0085] 0阶和-9阶、3阶和-6阶、6阶和-3阶、9阶和0阶
[0086] 这些边带对分别拍频产生9倍频毫米波信号，然后互相叠加。根据公式(6)，得到叠 加后的9倍频信号的强度系数为：
[0087] H=J〇(i3)J-9(i3)+J3(i3)J-6(i3)+J 6(i3)J-3(i3)+J9(i3)J〇(i3) (6)其中，J 表示相应边带 对应的贝塞尔函数；
[0088] 且贝塞尔函数有如下性质:J-a(X) = (-irja(x) (7)
[0089] 利用公式(7)对公式(6)进行变换，得到公式(8):
[0090] H=J〇(i3)J-9(i3)+J3(i3)J-6(i3)+J 6(i3)J-3(i3)+J9(i3)J〇(i3)
[0091 ] = (-1)9】0(β)】9(β) + (-1)6】3(β)】6(β) + (-1)3】6(β)】3(β)+】9(β)】0(β) =〇 (8)
[0092] 因此，最终叠加所得的9倍频毫米波信号的光电流强度系数为0,即无法产生9倍频 的毫米波信号。同理，也无法产生3倍频、15倍频等奇数倍频的信号。
[0093] 在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，所述用于对所述多边带光信号进行 拍频，得到频率为kncos的多种倍频的毫米波的光电检测器5,用于当η为大于1的奇数时，对 所述多边带光信号进行拍频，得到频率为2nco s、4ncos、……、kn ω s的多种倍频毫米波；其 中，k为偶数。
[0094]优选的，所述用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的 毫米波的光电检测器5,用于当n = 3时，对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为6 cos、12 ω s、......、k*3 ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶数。
[0095]在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，所述用于对所述多边带光信号进行 拍频，得到频率为kncos的多种倍频的毫米波的光电检测器5,用于当η为大于1的偶数时，对 所述多边带光信号进行拍频，得到频率为nco s、2ncos、……、kn ωs的多种倍频毫米波;其中， k为正整数。
[0096] 优选的，所述用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的 毫米波的光电检测器5,用于当n = 4时，对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为4cos、8 ω s、……、k*4 ω s的多种倍频毫米波;其中，k为正整数。
[0097] 由此可见，本发明采用η个并联的相位调制器对产生的频率为ω。光载波信号和频 率为c〇s，相位间隔为2Vn的信号进行相位调制，得到频率间隔为nco s的一系列多边带光信 号，并采用光电检测器将一系列多边带信号进行拍频，得到多种倍频的毫米波信号，即在同 一结构中同时产生了多种倍频毫米波信号，且相对于现有技术，本方案采用的相位调制器 不需要直流偏置控制，降低了系统的成本。
[0098] 实施例二
[0099]基于上述本发明实施例一公开的一种产生多种倍频毫米波的装置，如附图2所示 为本发明实施例二提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图，在图1所示出的产生 多种倍频毫米波的装置的基础上，还包括:正弦信号发生器6、第一移相器701、第二移相器 702、……第i移相器70i……和第η移相器70η;
[0?00]所述正弦信号发生器6的输出端分别和所述第一移相器701的输入端、所述第二移 相器702的输入端、……所述第i移相器70i的输入端……和所述第η移相器70η的输入端相 连，用于产生频率为ω s的信号，并将频率为ω s的信号分别发送给所述第一移相器701、所述 第二移相器702、……所述第i移相器70i……和所述第η移相器70η;
[0101] 所述第一移相器701、所述第二移相器702、……所述第i移相器70i……和所述第η 移相器70η的输出端分别和η个所述相位调制器3的输入端一一对应相连，分别用于将频率 为 ω s的f目号进^Τ〇、2：π/η、2(2：π/η)、......、（i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η)的移相处理，得 到频率为 ω3,相位分别为0、2π/η、2(2π/η)、......、（i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η)的η路信 号，并对应发送给η个所述相位调制器3,其中，i为正整数，且l<i<n。
[0102] 由此可见，本发明实施例通过正弦信号发生器、第一移相器、第二移相器、……第i 移相器……和第η移相器产生频率为ω s，相位分别为〇、23?/η、2(23τ/η)、……、（i_l) (2π/ η)、……、（η-1)(23?/η)的η路信号，使得经过相位调制和耦合后能够产生以频率ω。为中心， 频率间隔为η 〇^的一系列多边带光信号，经过光电检测器拍频后得到多种倍频毫米波，进 一步保证了本发明实施例能够在同一结构中同时产生多种倍频毫米波信号，且相对于现有 技术，本方案采用的相位调制器不需要直流偏置控制，降低了系统的成本。
[0103] 实施例三
[0104] 本发明实施例三提供一种产生多种倍频毫米波的装置，如附图3所示为本发明实 施例三提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图，当η = 4时，所述产生多种倍频毫 米波的装置包括:激光器1、分光器2、4个相位调制器3、耦合器4、光电检测器5、正弦信号发 生器6、第一移相器701、第二移相器702、第三移相器703和第四移相器704;
[0105] 所述激光器1的输出端与所述分光器2的输入端相连，用于产生频率为ω。的第一 光载波信号，并将所述第一光载波信号发送给所述分光器2;
[0106] 所述分光器2的输出端分别和4个并联的所述相位调制器3的输入端相连，用于将 所述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的4路第二光载波信号，并分别发送给4个 并联的所述相位调制器3;
[0107]所述正弦信号发生器6的输出端分别和所述第一移相器701的输入端、所述第二移 相器702的输入端、所述第三移相器703的输入端和所述第四移相器704的输入端相连，用于 产生频率为ω s的信号，并将频率为ω s的信号分别发送给所述第一移相器701、所述第二移 相器702、所述第三移相器703和所述第四移相器704;
[0108]所述第一移相器701的输出端、所述第二移相器702的输出端、所述第三移相器703 的输出端和所述第四移相器704的输出端分别和4个所述相位调制器3的输入端一一对应相 连，分别用于将频率为的信号进行^/^^^^/^的移相处理^导到频率为^^^目位分别 为0、 31/2、31、331/2的4路信号，并对应发送给4个所述相位调制器3;
[0109] 4个所述相位调制器3的输出端分别和所述耦合器4的输入端相连，用于将4路所述 第二光载波信号分别和频率为《 8，相位分别为0、3!/2、31、331/2的4路信号进行相位调制，得 到4路调相信号，并将4路所述调相信号发送给所述耦合器4;
[0110] 其中，4个所述相位调制器3输出的调相信号如附图4所示；
[0111] 所述耦合器4的输出端和所述光电检测器5的输入端相连，用于将4路所述调相信 号进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为4 〇^的多边带光信号，并将所述多边带光信 号发送给所述光电检测器5;
[0112] 其中，经过所述耦合器4得到的以频率ω。为中心，频率间隔为4〇^的多边带光信号 如附图5所示；
[0113] 所述光电检测器5，用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为k*4 ω s的多种 倍频的毫米波;其中，k为正整数。
[0114] 其中，经过所述光电检测器5拍频后得到的频率为k*4c〇d^多种倍频的毫米波如 附图6所示。
[0115] 为了进一步说明本发明实施例，对4个并联的相位调制器的情况进行实验，设定 c〇s = 5GHz，经实验后得到多边带光谱图如附图10所示，生成±4、±8、±12阶的多边带信 号，从附图10中可以看到相邻的频谱之间的间隔是5GHz的4倍，即20GHz。
[0116] 多边带光信号经过拍频后产生的一系列不同频率的毫米波信号如附图11所示，频 率分别为20GHz、40GHz、60GHz、80GHz，分别为ω s = 5GHz的4倍频、8倍频、12倍频和16倍频， 证明了本发明实施例在同一结构中能够同时产生多种倍频的毫米波信号。
[0117] 由此可见，本发明采用4个并联的相位调制器对产生的频率为ω。光载波信号和频 率为c〇s，相位间隔为π/2的信号进行相位调制，得到频率间隔为4co s的一系列多边带光信 号，并采用光电检测器将一系列多边带信号进行拍频，得到频率为4cos、8co s……k*4c〇d9 多种倍频的毫米波信号，即在同一结构中同时产生了多种倍频毫米波信号，且相对于现有 技术，本方案采用的相位调制器不需要直流偏置控制，降低了系统的成本。
[0118]实施例四
[0119]基于上述本发明实施例一公开的一种产生多种倍频毫米波的装置，如附图7所示 为本发明实施例四提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图，在图1所示出的产生 多种倍频毫米波的装置的基础上，还包括:第一正弦信号发生器801、第二正弦信号发生器 802、……第i正弦信号发生器80i……和第η正弦信号发生器80η;
[0120]所述第一正弦信号发生器801的输出端、所述第二正弦信号发生器802的输出 端、……所述第i正弦信号发生器80i的输出端……和第η正弦信号发生器80η的输出端分别 和η个所述相位调制器3的输入端一一对应相连，用于分别产生频率为《3，相位分别为〇、2 Vn、2(2Vn)、……、（i_l)(2Vn)、……、（n_l) (2Vn)的η路信号，并分别对应发送给η个所 述相位调制器3,其中，i为正整数，且l<i<n。
[0121] 由此可见，本发明实施例通过第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生器、……第 i正弦信号发生器……和第η正弦信号发生器产生频率为cos，相位分别为1231/^2(231/ n)、……、（i_l)(2Vn)、……、（n-l)(2Vn)的η路信号，使得经过相位调制和耦合后能够产 生以频率ω。为中心，频率间隔为 η 〇^的一系列多边带光信号，经过光电检测器拍频后得到 多种倍频毫米波，进一步保证了本发明实施例能够在同一结构中同时产生多种倍频毫米波 信号，且相对于现有技术，本方案采用的相位调制器不需要直流偏置控制，降低了系统的成 本。
[0122] 实施例五
[0123] 本发明实施例五提供一种产生多种倍频毫米波的装置，如附图8所示为本发明实 施例五提供的一种产生多种倍频毫米波的装置的示意图，当η = 3时，所述产生多种倍频毫 米波的装置包括:激光器1、分光器2、3个相位调制器3、耦合器4、光电检测器5、第一正弦信 号发生器801、第二正弦信号发生器802、第三正弦信号发生器803;
[0124] 所述激光器1的输出端与所述分光器2的输入端相连，用于产生频率为ω。的第一 光载波信号，并将所述第一光载波信号发送给所述分光器2;
[0125] 所述分光器2的输出端分别和3个并联的所述相位调制器3的输入端相连，用于将 所述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的3路第二光载波信号，并分别发送给3个 并联的所述相位调制器3;
[0126]所述第一正弦信号发生器801的输出端、所述第二正弦信号发生器802的输出端、 所述第三正弦信号发生器803的输出端分别和3个所述相位调制器3的输入端 对应相 连，用于分别产生频率为《3，相位分别为〇、2V3、4V3的3路信号，并分别对应发送给3个所 述相位调制器3;
[0127] 3个所述相位调制器3的输出端分别和所述耦合器4的输入端相连，用于将3路所述 第二光载波信号分别和频率为《 8，相位分别为0、2V3、4V3的3路信号进行相位调制，得到 3路调相信号，并将3路所述调相信号发送给所述耦合器4;
[0128] 所述耦合器4的输出端和所述光电检测器5的输入端相连，用于将3路所述调相信 号进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为3 〇^的多边带光信号，并将所述多边带光信 号发送给所述光电检测器5;
[0129] 所述光电检测器5,用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为k*3cos的多种 倍频的毫米波;其中，k为偶数。
[0130] 由此可见，本发明采用3个并联的相位调制器对产生的频率为ω。光载波信号和频 率为c〇s，相位间隔为2V3的信号进行相位调制，得到频率间隔为3co s的一系列多边带光信 号，并采用光电检测器将一系列多边带信号进行拍频，得到频率为6 cos、12cos……以3〇^的 多种倍频的毫米波信号，即在同一结构中同时产生了多种倍频毫米波信号，且相对于现有 技术，本方案采用的相位调制器不需要直流偏置控制，降低了系统的成本。
[0131] 实施例六
[0132] 本发明实施例六提供一种产生多种倍频毫米波的方法，如附图9所示的本发明实 施例六提供的一种产生多种倍频毫米波的方法的流程图，所述方法适用于产生多种倍频毫 米波的装置，所述产生多种倍频毫米波的装置包括:激光器、分光器、η个相位调制器、耦合 器和光电检测器，其中，η个相位调制器并联，且η为大于1的正整数;所述产生多种倍频毫米 波的方法，包括：
[0133] S101:所述激光器产生频率为ω。的第一光载波信号，并将所述第一光载波信号发 送给所述分光器；
[0134] S102:所述分光器将所述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的η路第二 光载波信号，并分别发送给η个并联的所述相位调制器；
[0135] S103:n个并联的所述相位调制器将η路所述第二光载波信号分别和预先产生的频 率为《S，相位分别为0、2π/η、2(2π/η)、......、（i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η)的η路信号进 行相位调制，得到η路调相信号，将η路所述调相信号发送给所述耦合器；
[0136] 其中，i为正整数，且l$i彡η;
[0137] S104:所述耦合器将η路所述调相信号进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔 为1!〇^的多边带光信号，并将所述多边带光信号发送给所述光电检测器；
[0138] S105:所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为1〇1〇^的多种倍 频的毫米波；
[0139]其中，k为正整数，且满足kn为偶数。
[0140]需要进行说明的是，对所述多边带光信号进行拍频后，最终得到的奇数倍频的毫 米波信号的功率为〇,也就是说不能产生奇数倍频的毫米波信号，只能产生偶数倍频的毫米 波信号，具体的证明过程和本发明实施例一中说明的具体证明过程是一致的，因此，这里不 再赘述。
[0141]在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，若所述产生多种倍频毫米波的装置 包括正弦信号发生器、第一移相器、第二移相器、……第i移相器……和第η移相器，则预先 产生的频率为cos，相位分别为〇、2Vn、2(2Vn)、……、（i_l)(2Vn)、……、（η_1)(2ιτ/η)的η 路信号，包括：
[0142] 正弦信号发生器产生频率为ω s的信号，并将频率为ω s的信号分别发送给第一移 相器、第二移相器……第i移相器……和第η移相器；
[0143] 所述第一移相器、所述第二移相器、……所述第i移相器……和所述第η移相器分 别将频率为 ω s的信号进行0、2π/η、2 (2π/η)、......、（ i_1) (2π/η)、......、(n_l) (2π/η)的移相 处理，得到频率为^，相位分别为〇、2π/η、2(2π/η)、......、（i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η) 的η路信号，并分别对应发送给η个所述相位调制器，其中，i为正整数，且
[0144] 或，
[0145] 若所述产生多种倍频毫米波的装置包括第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生 器、……第i正弦信号发生器……和第η正弦信号发生器，则预先产生的频率为〇^，相位分 别为0、2π/η、2(2π/η)、......、（ i_l) (2π/η)、......、（11-1)(231/11)的11路信号，包括：
[0146] 第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生器、……第i正弦信号发生器……和第η 正弦信号发生器分别产生频率为，相位分别为OdJi/ndUn/n)、……、（i-l )(2π/ n)、……、（n-l)(23i/n)的n路信号，并分别对应发送给n个所述相位调制器，其中，i为正整 数，且Ki彡η。
[0147] 在本发明实施例公开的技术方案中，优选的，当η为大于1的奇数时，所述光电检测 器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波，包括：
[0148] 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为2ncos、4nco s、……、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶数；
[0149] 或，
[0150] 当η为大于1的偶数时，所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率 为kn ω s的多种倍频的晕米波，包括：
[0151] 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为ncos、2ncos、……、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为正整数。
[0152] 由此可见，本发明采用η个并联的相位调制器对产生的频率为ω。光载波信号和频 率为c〇s，相位间隔为2Vn的信号进行相位调制，得到频率间隔为nco s的一系列多边带光信 号，并采用光电检测器将一系列多边带信号进行拍频，得到多种倍频的毫米波信号，即在同 一结构中同时产生了多种倍频毫米波信号，且相对于现有技术，本方案采用的相位调制器 不需要直流偏置控制，降低了系统的成本。
[0153]需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重 点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相 关之处参见方法部分说明即可。
[0154]还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个 实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间 存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵 盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素， 或者是还包括为这些过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下， 由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备 中还存在另外的相同要素。
[0155]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种产生多种倍频毫米波的装置，其特征在于，包括:激光器、分光器、η个相位调制 器、耦合器和光电检测器，其中，η个相位调制器并联，且η为大于1的正整数； 所述激光器的输出端与所述分光器的输入端相连，用于产生频率为ω。的第一光载波信 号，并将所述第一光载波信号发送给所述分光器； 所述分光器的输出端分别和η个并联的所述相位调制器的输入端相连，用于将所述第 一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的η路第二光载波信号，并分别发送给η个并联的 所述相位调制器； η个并联的所述相位调制器的输出端分别和所述耦合器的输入端相连，用于将η路所述 第二光载波信号分别和预先产生的频率为，相位分别为0、2Vn、2(2Vn)、……、（i_l)(2 Vn),……、（n-1) (231/n)的n路信号进行相位调制，得到n路调相信号，并将n路所述调相信 号发送给所述耦合器； 其中，i为正整数，且KiSn; 所述耦合器的输出端和所述光电检测器的输入端相连，用于将η路所述调相信号进行 耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为1!〇^的多边带光信号，并将所述多边带光信号发送 给所述光电检测器； 所述光电检测器，用于对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kn cos的多种倍频的 毫米波； 其中，k为正整数，且满足kn为偶数。2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括:正弦信号发生器、第一移相器、第 二移相器、……第i移相器……和第η移相器； 所述正弦信号发生器的输出端分别和所述第一移相器的输入端、所述第二移相器的输 入端、……所述第i移相器的输入端……和所述第η移相器的输入端相连，用于产生频率为 ω8的信号，并将频率为cos的信号分别发送给所述第一移相器、所述第二移相器、……所述 第i移相器……和所述第η移相器； 所述第一移相器、所述第二移相器、……所述第i移相器……和所述第η移相器的输出 端分别和η个所述相位调制器的输入端一一对应相连，分别用于将频率为c〇s的信号进行〇、 2Vn、2(2Vn)、……、（i_l) (2Vn)、……、（n_l) (2Vn)的移相处理，得到频率为ω s，相位分 别为0、2 Vn、2 (2Ji/n)、……、（i -1) (2Ji/n)、……、(n_ I)(2 Vn)的η路信号，并对应发送给η个 所述相位调制器，其中，i为正整数，且l<i<n。3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括:第一正弦信号发生器、第二正弦信 号发生器、……第i正弦信号发生器……和第η正弦信号发生器； 所述第一正弦信号发生器的输出端、所述第二正弦信号发生器的输出端、……所述第i 正弦信号发生器的输出端……和第ruH弦信号发生器的输出端分别和η个所述相位调制器 的输入端一一对应相连，用于分别产生频率为《 3，相位分别为〇、2Vn、2(2Vn)、……、（i_ l)(2Vn)、……、(n-l)(2Vn)的η路信号，并分别对应发送给η个所述相位调制器，其中，i为 正整数，且l<i<n。4. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于对所述多边带光信号进行拍频， 得到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波的光电检测器，用于当n为大于1的奇数时，对所述多 边带光信号进行拍频，得到频率为2nco s、4ncos、……、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶 数。5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述用于对所述多边带光信号进行拍频， 得到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波的光电检测器，用于当n = 3时，对所述多边带光信号 进行拍频，得到频率为6 ω s、12 ω s、……、k*3 ω s的多种倍频毫米波;其中，k为偶数。6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用于对所述多边带光信号进行拍频， 得到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波的光电检测器，用于当n为大于1的偶数时，对所述多 边带光信号进行拍频，得到频率为η ω s、2η ω s、 、kn ω s的多种倍频毫米波;其中，k为正 整数。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述用于对所述多边带光信号进行拍频， 得到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波的光电检测器，用于当n = 4时，对所述多边带光信号 进行拍频，得到频率为4?s、8cos、……、k*4co s的多种倍频毫米波;其中，k为正整数。8. -种产生多种倍频毫米波的方法，其特征在于，适用于权利要求1-7所述的产生多种 倍频毫米波的装置，所述产生多种倍频毫米波的装置包括:激光器、分光器、η个相位调制 器、耦合器和光电检测器，其中，η个相位调制器并联，且η为大于1的正整数;所述产生多种 倍频毫米波的方法，包括： 所述激光器产生频率为ω。的第一光载波信号，并将所述第一光载波信号发送给所述分 光器； 所述分光器将所述第一光载波信号等分成功率相等、频率为ω。的η路第二光载波信号， 并分别发送给η个并联的所述相位调制器； η个并联的所述相位调制器将η路所述第二光载波信号分别和预先产生的频率为ω s，相 位分别为〇、2π/η、2(2π/η)、 、（ i_l) (2π/η)、 、（η_1) (2π/η)的η路信号进行相位调 制，得到η路调相信号，将η路所述调相信号发送给所述耦合器； 其中，i为正整数，且KiSn; 所述耦合器将η路所述调相信号进行耦合，得到以频率ω。为中心，频率间隔为η ω s的多 边带光信号，并将所述多边带光信号发送给所述光电检测器； 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kn cos的多种倍频的毫米 波； 其中，k为正整数，且满足kn为偶数。9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括： 若所述产生多种倍频毫米波的装置包括正弦信号发生器、第一移相器、第二移相 器、……第i移相器……和第η移相器，则预先产生的频率为〇^，相位分别为〇、2Vn、2(2V η)、……、（i-1) (2Vn)、……、(n-1) (2Vn)的η路信号包括： 正弦信号发生器产生频率为ω s的信号，并将频率为ω s的信号分别发送给第一移相器、 第二移相器……第i移相器……和第η移相器； 所述第一移相器、所述第二移相器、……所述第i移相器……和所述第η移相器分别将 频率为 ω s的信号进行〇、2π/η、2(2π/η)、......、（i_l) (2π/η)、......、（η_1) (2π/η)的移相处 理，得到频率为《3，相位分别为〇、2π/η、2(2π/η)、 、（i_l) (2π/η)、 、（η_1) (2π/η)的 η路信号，并分别对应发送给η个所述相位调制器，其中，i为正整数，且 或， 若所述产生多种倍频毫米波的装置包括第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生 器、……第i正弦信号发生器……和第η正弦信号发生器，则预先产生的频率为〇^，相位分 别为0、2π/η、2(2π/η)、......、（ i_l) (2π/η)、......、（11-1)(231/11)的11路信号，包括： 第一正弦信号发生器、第二正弦信号发生器、……第i正弦信号发生器……和第η正弦 信号发生器分别产生频率为，相位分别为〇、2Vn、2(23i/n)、……、（i-l)(23i/ n)、……、 (n-l)(23i/n)的n路信号，并分别对应发送给 n个所述相位调制器，其中，i为正整数，且 ^n〇10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当η为大于1的奇数时，所述光电检测器对 所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kncos的多种倍频的毫米波，包括： 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为2η ω s、4η ω s、……、kn ω s 的多种倍频毫米波;其中，k为偶数； 或， 当η为大于1的偶数时，所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为kn ω s的多种倍频的毫米波，包括： 所述光电检测器对所述多边带光信号进行拍频，得到频率为n?s、2ncos、……、1〇1〇^的 多种倍频毫米波;其中，k为正整数。
【文档编号】H04B10/556GK105933071SQ201610508425
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】韩石, 韩一石, 覃新宇, 陆敏婷, 刘盼, 郑振宇, 罗志宵
【申请人】广东工业大学