基于微波光子技术的微波二分频器的制作方法

本公开涉及微波光子学领域，尤其涉及一种基于微波光子技术的微波二分频器。

背景技术：

随着无线通信系统等相关领域的迅速发展，更多的无线通信标准协议得到了广泛的应用。为了适应不同协议标准的要求，多模通信系统的研究与设计越来越引起人们的关注。在多模通信系统中，用于提供高精度和稳定度标准的标准参考频率的频率综合器是整个设计中最为重要的点。而对于频率综合器，分频器是非常重要的关键模块，它关系着频率综合器能够工作的最高频率和频率范围。

传统基于电学实现的分频器主要分为两类：模拟分频器和数字分频器。其中模拟分频器又分为再生式分频器、参量分频器和注入锁定式分频器等。模拟分频器可以工作在较高频段，但是分频带宽较窄。构成数字分频器的基本单元是数字计数器和触发器，其构成逻辑和结构简单，具有可编程的分频比，并且工作频率带宽较大，但是其工作频率较低，并且提高电路的最高工作频率，电路的功耗也会随之增加。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种基于微波光子技术的微波二分频器，以缓解现有技术中模拟分频器分频带宽较窄，数字分频器工作频率较低，提高电路的最高工作频率时功耗较大等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种基于微波光子技术的微波二分频器，包括：光域下变频模块，将待分频信号在辅助微波信号的作用下转换为角频率降低的电域信号；电域分频及混频模块，与所述光域下变频模块相连，用于将所述电域信号的角频率减半，并与辅助微波信号进行混频，产生待分频信号的二分频信号；以及辅助微波模块，一端与所述光域下变频模块相连，另一端与所述电域分频及混频模块相连，用于为所述光域下变频模块和电域分频及混频模块提供可调的辅助微波信号。

在本公开实施例中，所述光域下变频模块，包括：激光器1，其用于提供光载波；第一调制器2，包括光输入端、光输出端、射频输入端和直流偏置端，所述光输入端与所述激光器1连接，所述射频输入端用于将待分频信号调制于由所述激光器1输入到第一调制器2的光载波上；第二调制器5，包括光输入端、光输出端、射频输入端和直流偏置端，其光输入端口与所述第一调制器2的输出端连接，第二调制器5的射频输入端与所述辅助微波模块的一端连接；可调光带通滤波器6，其输入端口与所述第二调制器5的光输出端连接，用于接收并将第二调制器5输出的光信号的光谱分量滤出；以及光电探测器7，其输入端口与所述可调光带通滤波器6的输出端连接，用于接收并将所述可调光带通滤波器6输出的光信号转变为微波信号。

在本公开实施例中，所述电域分频及混频模块，包括：电二分频器8，其输入端与所述光域下变频模块的光电探测器7的输出端连接，用于接收并将所述光电探测器7输出的微波信号的频率减半；电混频器9，包括射频端、本振端和中频端，所述本振端与所述辅助微波模块连接，所述中频端与电二分频器8连接，用于接收由所述电二分频器8输出的微波信号并在射频端产生和频与差频信号；以及可调带通滤波器10，其输入端与所述电混频器9的射频端连接，用于接收由电混频器9输出的微波信号并滤波得到和频信号，即二分频信号。

在本公开实施例中，所述辅助微波模块，包括：可调微波源3，用于提供频率可调的微波信号；以及功分器4，包括一输入端和两个输出端，其输入端与所述可调微波源3的输出端连接，用于可调微波源3发出的微波信号的功率均分到两个输出端口。

在本公开实施例中，所述激光器1包括：可调谐波长形式的半导体激光器或者光纤激光器。

在本公开实施例中，所述第一调制器2的射频输入端将待分频信号调制于由所述激光器1输入到第一调制器2的光载波上后，由所述激光器1的光输出端输出的光信号由光载波、正一阶边带和负一阶边带组成，通过调节所述第一调制器2的直流偏置端所加电压使光输出端输出的光信号的光载波和正一阶边带及负一阶边带的功率相等。

在本公开实施例中，所述第一调制器2类型包括推挽式马赫曾德尔调制器。

在本公开实施例中，所述第二调制器5类型包括推挽式马赫曾德尔调制器，通过调节其直流偏置端所加电压使输出光信号的载波功率被抑制，使所述第二调制器5工作在最小传输点。

在本公开实施例中，所述可调光带通滤波器6带宽小于待分频信号的角频率。

在本公开实施例中，用于高至40ghz微波信号的分频。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开一种基于微波光子技术的微波二分频器至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)可以实现高至40ghz微波信号的分频，且在调制器技术得到发展的情况下，该系统的工作带宽能够获得进一步提升；

(2)在没有输入的条件下系统也没有输出，降低了对外界的干扰；

(3)可以简单地通过调节可调微波源输出微波信号的频率和可调滤波器的带宽改变分频器的工作频段；

(4)工作频率高、带宽大、灵活可调谐以及对外部干扰小。

附图说明

图1为本公开实施例基于微波光子技术的微波二分频器的结构示意图。

图2为本公开实施例基于微波光子技术的微波二分频器的各器件输出信号的频谱结构图。(a)为激光器输出信号频谱结构图；(b)为第一调制器输出信号频谱结构图；(c)为辅助微波模块(可调微波源和功分器)输出信号频谱结构图；(d)为第二调制器输出信号频谱结构图；(e)为可调光带通滤波器6输出信号频谱结构图；(f)为光电探测器输出信号频谱结构图；(g)为电二分频器输出信号频谱结构图；(h)为电混频器输出信号频谱结构图；(i)为可调带通滤波器输出信号频谱结构图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-激光器；2-第一调制器；3-可调微波源；4-功分器；

5-第二调制器；6-可调光带通滤波器；7-光电探测器；

8-电二分频器；9-电混频器；10-可调带通滤波器。

具体实施方式

本公开提供了一种基于微波光子技术的微波二分频器，所述基于微波光子技术的微波二分频器利用微波光子技术将待分频信号在光域转换到相对较低频的频带，再通过电二分频器分频、混频器和可调滤波器之后最终获得待分频信号的二分频信号，通过调节可调微波源输出微波信号的频率和可调滤波器的带宽改变分频器的工作频段，克服了传统电子学方法在带宽、噪声、功耗、电磁兼容等方面的难题。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种基于微波光子技术的微波二分频器，图1为基于微波光子技术的微波二分频器的结构示意图；图2为基于微波光子技术的微波二分频器的各器件输出信号的频谱结构图；其中，(a)为激光器1输出信号频谱结构图；(b)为第一调制器输出信号频谱结构图；(c)为辅助微波模块(可调微波源和功分器)输出信号频谱结构图；(d)为第二调制器输出信号频谱结构图；(e)为可调光带通滤波器6输出信号频谱结构图；(f)为光电探测器输出信号频谱结构图；(g)为电二分频器输出信号频谱结构图；(h)为电混频器输出信号频谱结构图；(i)为可调带通滤波器输出信号频谱结构图；结合图1和图2所示，所述基于微波光子技术的微波二分频器，包括：

光域下变频模块，将待分频信号在辅助微波信号的作用下转换为角频率降低的电域信号；

电域分频及混频模块，与所述光域下变频模块相连，用于将所述电域信号的角频率减半，并与辅助微波信号进行混频，产生待分频信号的二分频信号；以及

辅助微波模块，一端与所述光域下变频模块相连，另一端与所述电域分频及混频模块相连，用于为光域下变频模块及电域分频及混频模块提供辅助微波信号。

所述光域下变频模块，包括：

激光器1，用于提供角频率为ωc的光载波；

所述激光器1包括：可调谐波长形式的半导体激光器或者光纤激光器；

第一调制器2，与所述激光器1相连，为推挽式马赫曾德尔调制器；所述第一调制器2包括一个光输入端、一个光输出端、一个射频输入端和一个直流偏置端；所述激光器1发出的光载波通过光输入端进入第一调制器2；待分频信号通过所述射频输入端加载到光载波上，由此，通过光输出端输出的光信号由光载波、正一阶边带和负一阶边带组成，对应角频率分别为ωc、ωc+ω0和ωc-ω0，可以调节所述第一调制器2的直流偏置端所加电压使输出的光信号载波和一阶边带的功率相等。

第二调制器5，与所述第一调制器2相连，为推挽式马赫曾德尔调制器；

所述第二调制器5包括一个光输入端、一个光输出端、一个射频输入端和一个直流偏置端，其光输入端口与所述第一调制器2的光输出端连接，其射频输入端口与所述功分器4的一个输出端口连接；所述第二调制器5工作在载波抑制状态，把所述第一调制器2输出的光信号角频率为ωc和ωc+ω0处的功率抑制，并在角频率为ωc+ωm和ωc+ω0-ωm处产生新的频率分量。

所述激光器1的光输出波长应处于第一调制器2、第二调制器5的工作波段内。

可调光带通滤波器6，其输入端口与所述第二调制器5的光输出端连接，用于接收并将第二调制器5新产生的角频率为ωc+ωm和ωc+ω0-ωm的光谱分量滤出；

光电探测器7，其输入端口与可调光带通滤波器6的输出端连接，用于接收并将所述可调光带通滤波器6输出的光信号转变为微波信号，产生微波信号的角频率为ω0-2ωm；

所述光域下变频模块，用于将待分频信号在光域经过调制、滤波和探测等操作处理后恢复到电域输出，输出信号的角频率相较于待分频信号被降低；

所述电域分频及混频模块，包括：

电二分频器8，其输入端与所述光电探测器7的输出端连接，用于接收并将所述光电探测器7输出的微波信号的频率减半，产生的微波信号角频率为1/2ω0-ωm；

电混频器9，包括射频端、本振端和中频端，所述本振端与所述功分器4的输出端口之一连接(输入信号角频率为ωm)，所述中频端与电二分频器8连接(输入信号角频率为1/2ω0-ωm)，所述射频端产生和频与差频信号(输出信号角频率为1/2ω0和1/2ω0-2ωm)；

可调带通滤波器10，其输入端与所述电混频器9的射频端连接，用于接收由电混频器9输出的微波信号并滤波得到和频信号，即二分频信号，角频率为1/2ω0。

所述电域分频及混频模块，将光域下变频模块的输出信号的角频率变为其一半；以及将分频之后的信号与外接的辅助微波模块进行混频，产生待分频信号的二分频信号，并且将其选择输出。

所述辅助微波模块，包括：

可调微波源3，用于提供角频率为ωm的微波信号；

功分器4，包括一输入端口和两个输出端口，其输入端与所述可调微波源3的输出端连接，用于将可调微波源3的功率均分到两个输出端口。

所述辅助微波模块，为光域下变频模块提供下变频需要的辅助微波源；以及为电域分频及混频模块产生待分频信号的二分频信号提供混频所需的辅助微波源；所述可调微波源3通过改变输出信号的频率，即可调节整个所述微波二分频器系统的工作频率，且对调制器之外其他器件的工作频段要求较低。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于微波光子技术的微波二分频器有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种基于微波光子技术的微波二分频器，所述基于微波光子技术的微波二分频器利用微波光子技术将待分频信号在光域转换到相对较低频的频带，再通过电二分频器分频、混频器和可调滤波器之后最终获得待分频信号的二分频信号，通过调节可调微波源输出微波信号的频率和可调滤波器的带宽改变分频器的工作频段，克服了传统电子学方法在带宽、噪声、功耗、电磁兼容等方面的难题。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。