专利名称：采用移相梳状滤波阵列的光子型数字微波测频方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微波检测、微波光子学、光滤波领域，尤其是光子技术型数字测频技术。
背景技术：
在微波工程及应用领域，针对微波信号或系统的测量技术至关重要，涉及频率、相 位、幅度、调制制式、到达方向等多个参量，其中频率作为反映信号时变特性的参量首当其 冲地受到广泛关注。目前，微波测频的技术路线主要有电子型技术和光子型技术两种。电 子型技术经过长期的发展在分辨率和稳定性上具有优势；然而，基于微波光子学的光子型 技术在宽带瞬时性能、低损耗、抗电磁干扰方面有着明显的优势，尤其是当今待测的微波频 段越来越高(高达几百GHz)。因而，光子型微波测频方案成为研究热点，以光功率检测类型方案(其显著优 势是仅需要低速的光电探测器)为代表，诸如采用光信道化器的方案、采用光梳状滤波 器的方案、采用光纤光栅的方案、采用光域混频的方案等01. F. A. Volkening, "Photonic channelized RF receiver employing dense wavelength division multiplexing,，，USA Patent 7245833B1, Jul. 2007 ；21. H. Chi, X.Zou, and J. Yao,"An approach to the measurement of microwave frequency based on optical power monitoring,” IEEE Photonics Technology Letters, vol. 20, no. 14，pp.1249—1251，2008 3).Z.Li, B.Yang, H. Chi, X.Zhang, S.Zheng, and X. Jin,"Photonic instantaneous measurement of microwave frequency using fiber Bragg grating,"Optics Communications,vol. 283, no. 3, pp. 396-399. 2010. 4). L. A. Bui, M. D. Pelusi, T. D. Vo, N. Sarkhosh, H. Emami, B. J. Eggleton, and A.Mitchell,"Instantaneous frequency measurement system using optical mixing in highly nonlinear fiber, " Optics Express, vol. 17, no. 25, pp. 22983-22991，Dec. 2009。这些方案充分体现了光子型技术在瞬时测频带宽上的优势。需要指出的是上述诸多方案的测频输出结果是模拟信号，也就是模拟化微波测 频。而当前数字化测频输出或数字化接收机已成为一种主流趋势人们可以直接从测频输 出的数字化数据中获得信息，无需额外的高速模数转换器；易于与日益普遍的数字信号处 理/分析软件和模块兼容，便于进一步分析和处理；此外，数字化测频输出数据便于长期存 储。尽管已有光子型方案报道了数字测频输出(诸如彭越，张洪明，姚敏玉，“光脉冲欠采样 宽带数字测频方法的设计与分析”光电工程，vol. 35，no. 3，pp. 68-72,2008.)；但其需要引 入额外的模数转换器和Multiple Signal Classif ication算法才能获得数字输出，而不是 直接得到数字编码输出，过程略显复杂。为同时实现简易光子型和数字化微波测频途径，直接获得数字编码的测频输出， 本发明公布了一种新颖的测频方法及装置。
发明内容
鉴于以上陈述的已有方案在直接数字化测频方面的不足，本发明旨在提供一种光子型数字微波测频方法，从而使其兼备光子型技术的宽带瞬时性能等优点、数字化输出的 兼容性和灵活性优点。本发明的目的还在于为以上方法的实施提供核心装置。本发明的目的通过如下手段来实现。采用移相梳状滤波阵列的光子型数字微波测频方法，包含由连续光源、载波抑制 型单边带调制模块、移相梳状滤波阵列、参考臂、光探测模块、对比和判决模块组成的检测 设备；所述移相梳状滤波阵列由N个梳状滤波响应构成，各梳状滤波响应形状一致且自由 频谱区都为FSR，相邻两个梳状滤波响应的相对相位差为π/N，N为正整数；待测微波信号 经载波抑制型单边带调制模块加载到连续光源上生成单个一阶光边带，再输入到移相梳状 滤波阵列和参考臂中进行并行滤波处理，然后经光探测模块、对比和判决模块获得数字化 测频结果输出结果为N比特的数字编码，测频范围和测频分辨率分别为FSR和FSR/(2Ν)。实际执行过程为待测微波信号经载波抑制型单边带调制模块对激光光源的输出 光信号进行外调制，生成单个一阶光边带；这个光边带同时耦合进入移相梳状滤波阵列中 多个并行梳状滤波响应中、以及一个参考臂中。本发明方法的核心是采用移相梳状滤波阵 列，它由N个并行的梳状滤波响应构成，第i(l ^ i ^N)个滤波响应表示如下F1(Z) = -[\ + sin(^ + θ,)]
2FSR ‘或巧*；/)= !^ + ^^^^ + ^)]， \<i< N(1) ‘ 2 FSR其中f为光频率(单位为Hz)。这里，所有梳状滤波响应具有相同的自由频谱区 FSR(单位为Hz)，但同时各个梳状滤波响应拥有一个不同的初始相移值Qi= (i-1) π/ N(即相邻两个梳状滤波响应之间存在一个相对相移量η /N)，因而构成移相梳状滤波阵 列。经移相梳状滤波响应阵列滤波后，微波频率信息转换成光功率信息；在光探测模 块中，采用并联的光探测器检测参考臂和各梳状滤波响应的输出光功率，然后在对比和判 决模块中进行对比，得到对应于第i (1彡i彡N)个梳状滤波响应的光功率比值函数Ri (fm)或代(/m)= |[i + cos(^^ +《)]， 1</<7V(2)
2FSR其中&为待测微波频率(单位为Hz)。同样在对比和判决模块中，对N个光功率 比值函数进行判决，从而获得数字编码的测频结果测频输出为N比特数字编码，测频范围 为整个FSR，测频分辨率为FSR/ (2N)。为实现上述发明方法，核心在于移相梳状滤波阵列，本发明为之提出了一种具体 的实施装置移相梳状滤波阵列由单个高双折射元件连接多个并联型偏振控制器和检偏器 的组合构成。高双折射元件为多个梳状滤波响应提供相同的自由频谱区；而并联组合中的 偏振控制器和检偏器为多个梳状滤波响应引入相对相移量。经过上述设计后，本发明具有如下优点采用移相梳状滤波阵列，既以光子型技术 在整个FSR区域实现了无模糊测频，具有大瞬时带宽和强抗干扰能力等特点；同时，又实现 了数字编码的测频结果输出，无需额外的模数转换过程，可以直接与数字信号处理软件和模块兼容，以及便于长期存储。
图 1.本发明方法的系统框图。图 2.移相梳状滤波阵列的梳状滤波响应及光载波位置示意图。图 3.本发明方法中微波测频的数字编码原理。图 4.实施装置中采用一个高双折射元件构建移相梳状滤波阵列。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施作进一步的描述。如图1所示，实现本发明方法的装置由连续激光光源10，载波抑制型单边带调制 模块20，光耦合器30，移相梳状滤波阵列40，参考臂50，光探测模块60、对比和判决模块70 构成。从激光光源10出发，其输出光进入载波抑制型单边带调制模块20，该模块由一个 电光调制器(强度调制器或相位调制器)和一个带通滤波器顺序连接而成；待测微波信号 (频率为fm)在电光调制器中对输出光信号进行外调制，然后经带通滤波器后仅得到单个一 阶光边带。此单个光边带经过耦合器30同时注入到移相梳状滤波阵列40和参考臂50中。移相梳状滤波响应阵列40由N(N为正整数)个梳状滤波响应并联构成，第 i(l ^N)个滤波响应在数学上可表达为
权利要求
采用移相梳状滤波阵列的光子型数字微波测频方法，其特征在于，包含由连续光源、载波抑制型单边带调制模块、移相梳状滤波阵列、参考臂、光探测模块、对比和判决模块组成的检测设备；所述移相梳状滤波阵列由N个梳状滤波响应构成，各梳状滤波响应形状一致且自由频谱区都为FSR，相邻两个梳状滤波响应的相对相位差为π/N，N为正整数；待测微波信号经载波抑制型单边带调制模块加载到连续光源上生成单个一阶光边带，再输入到移相梳状滤波阵列和参考臂中进行并行滤波处理，然后经光探测模块、对比和判决模块获得数字化测频结果输出结果为N比特的数字编码，测频范围和测频分辨率分别为FSR和FSR/(2N)。
2.实现权利要求1所述方法的光子型数字微波测频装置，其特征在于，由连续光源、载 波抑制型单边带调制模块、移相梳状滤波阵列、参考臂、光探测模块、对比和判决模块依次 组成；所述的移相梳状滤波阵列装置由单个高双折射元件连接多个并联型偏振控制器和检 偏器的组合构成。
全文摘要
本发明公开了一种采用移相梳状滤波阵列的光子型数字微波测频方法及装置。载波抑制型单边带调制下，待测微波信号加载到一个连续激光光源上生成单个光边带，然后输入到移相梳状滤波阵列中；该滤波阵列包含N个并行的梳状滤波响应，其中自由频谱区均为FSR且相邻梳状滤波响应的相对相移量为π/N；对N个梳状滤波响应及参考臂的输出光功率进行检测、对比和判决后，获得N比特数字编码的测频结果，其测频范围和分辨率分别为FSR和FSR/(2N)。同时，给出了以单个高双折射元件构建移相梳状滤波阵列的具体装置。本发明既具有光子型技术的优点，又易与各种数字接收处理设备融合和兼容，应用前景十分广泛。
文档编号H04B10/155GK101977086SQ201010278260
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者张志勇, 潘炜, 罗斌, 邹喜华, 闫连山 申请人:西南交通大学