本发明涉及光纤通信技术领域，尤其是一种微波i/q下变频系统。
背景技术：
微波i/q下变频器是现代电子系统中的常用器件，常用于镜像抑制下变频、零中频接收、鉴相、鉴频等。微波i/q下变频器的实质是一对相位相差90度的下变频器，由两个下变频器和一个正交耦合器构成。然而由于电子器件的频率依赖性，下变频器的变频效率很难在大带宽内保持一致，导致微波i/q下变频器面临幅度失衡问题；同时正交耦合器也很难在大带宽内保证相位差准确达到90度，导致微波i/q下变频器面临相位失衡问题。
光子技术具有与生俱来的大带宽、低频率依赖等特点，因此光子学微波i/q下变频系统有望实现大带宽内的i/q幅度和相位平衡。
目前已经公开报道了一些光子学微波i/q下变频系统，但这些系统仍旧需要电移相器、电耦合器等频率依赖性电子器件，导致系统的带宽和i/q平衡度受限。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种光子学微波i/q下变频系统，该系统采用偏振复用双平行马增调制器(polarizationdivisionmultiplexingdual-parallelmach-zehndermodulator，pdm-dpmzm)对射频和本振信号调制，通过合适调节调制器的工作点、光滤波、偏振控制，构造出相位相差90度的两路下变频通道，实现微波i/q下变频。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
所述光子学微波i/q下变频系统包括激光器、pdm-dpmzm、光滤波器、光分路器、偏振控制器(polarizationcontroller，pc)、偏振分束器(polarizationbeamsplitter，pbs)和平衡光电探测器(balancedphotodetector，bpd)，激光器输出的光信号输入到pdm-dpmzm的光信号输入端，pdm-dpmzm的光信号输出端连接光滤波器的一端，光滤波器另一端连接光分路器的公共输入端，光分路器的两个输出端分别依次连接pc、pbs和bpd，即可分别得到同向的i路电信号和正交的q路电信号；
所述pdm-dpmzm由一个y型光路器、两个并行的dpmzm、一个90度偏振旋转器(polarizationrotator，pr)和一个偏振合束器(polarizationbeamcombiner，pbc)组成，两个并行的dpmzm分别为x-dpmzm和y-dpmzm，其中x-dpmzm内部包含两个并联的子调制器xa和xb，y-dpmzm调制器内部包含两个并联的子调制器ya和yb，将y-dpmzm调制器的输出端连接90度偏振旋转器pr，将信号进行90度偏振旋转，经pr偏振旋转后的光信号与x-dpmzm调制器输出的光信号共同输入pbc，光信号在pbc合并后从pdm-dpmzm调制器输出；
所述pdm-dpmzm中，射频信号连接子调制器xa的射频端口，激光对射频信号进行调制，x-dpmzm输出具有射频双边带的光信号；本振信号连接子调制器ya的射频端口，激光对本振信号进行调制，y-dpmzm输出具有本振双边带的光信号；x-dpmzm输出的具有射频双边带的光信号和y-dpmzm输出具有本振双边带的光信号经过pbc后变为一路偏振复用光信号，进入光滤波器，该光滤波器提取偏振复用光信号的上边带或下边带的其中一个，则光滤波器输出为上边带或下边带的偏振复用光信号，其中一个偏振态包含射频调制信息，记为：
其中，a(t)、ω1和
y(t)＝b(t)exp(jω2t)(2)
其中b(t)和ω2分别表示本振调制信息的强度和角频率；
单边带的偏振复用光信号通过分光器分为两路，每路光信号均依次通过偏振控制器pc和偏振分束器pbs，则每个pbs两个端口输出的光信号可分别表示为：
e1＝x(t)cosα+y(t)sinαexp(jθ)(3)
e2＝x(t)cosα-y(t)sinαexp(jθ)(4)
其中α表示输入pbs的光信号偏振态方向与pbs主轴的夹角，θ表示光信号中两个偏振分量的相位差；
pbs输出的两路光信e1和e2分别进入bpd的两个光输入口进行平衡探测，得到电信号可表示为：
通过pc调节光信号的偏振态，使每路输入pbs的光信号偏振态方向与pbs主轴的夹角α为45度，同时调节输入pbs的光信号中两个偏振分量的相位差θ，调节其中一路光信号的相位差θ＝0°，则该路电流表示为：
该信号即为本发明i/q下变频系统最终得到的同向的i路电信号；
再调节另外一路光信号的相位差θ＝90°，则该路电流表示为：
该信号即为该i/q下变频系统最终得到的正交的q路电信号，至此即可实现i/q下变频。
本发明的有益效果在于采用一种光子学的微波i/q下变频系统，射频和本振信号调制为偏振复用光信号，通过对偏振复用光信号进行光滤波、光分路、偏振控制、平衡探测，实现射频与本振信号的i/q下变频，本发明结构简单，具有很强的可操作性；通过采用光子学方法实现两路正交的下变频，可避免电子器件的频率依赖性，具有带宽大、i/q平衡度高的优点。
附图说明
图1为本发明光子学微波i/q下变频系统的原理图。
图2为实施例1中产生的光谱图。
图3为实施例1中得到的同向和正交信号波形。
图4为实施例2中得到的光谱。
图5为实施例2中得到的同向和正交信号波形。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
所述光子学微波i/q下变频系统包括激光器、pdm-dpmzm、光滤波器、光分路器、偏振控制器(polarizationcontroller，pc)、偏振分束器(polarizationbeamsplitter，pbs)和平衡光电探测器(balancedphotodetector，bpd)，激光器输出的光信号输入到pdm-dpmzm的光信号输入端，pdm-dpmzm的光信号输出端连接光滤波器的一端，光滤波器另一端连接光分路器的公共输入端，光分路器的两个输出端分别依次连接pc、pbs和bpd，即可分别得到同向的i路电信号和正交的q路电信号；
所述pdm-dpmzm由一个y型光路器、两个并行的dpmzm、一个90度偏振旋转器(polarizationrotator，pr)和一个偏振合束器(polarizationbeamcombiner，pbc)组成，两个并行的dpmzm分别为x-dpmzm和y-dpmzm，其中x-dpmzm内部包含两个并联的子调制器xa和xb，y-dpmzm调制器内部包含两个并联的子调制器ya和yb，将y-dpmzm调制器的输出端连接90度偏振旋转器pr，将信号进行90度偏振旋转，经pr偏振旋转后的光信号与x-dpmzm调制器输出的光信号共同输入pbc，光信号在pbc合并后从pdm-dpmzm调制器输出；
所述pdm-dpmzm中，射频信号连接子调制器xa的射频端口，激光对射频信号进行调制，x-dpmzm输出具有射频双边带的光信号；本振信号连接子调制器ya的射频端口，激光对本振信号进行调制，y-dpmzm输出具有本振双边带的光信号；x-dpmzm输出的具有射频双边带的光信号和y-dpmzm输出具有本振双边带的光信号经过pbc后变为一路偏振复用光信号，进入光滤波器，该光滤波器为带通或带阻类型，该光滤波器提取偏振复用光信号的上边带或下边带的其中一个，则光滤波器输出为上边带或下边带的偏振复用光信号，其中一个偏振态包含射频调制信息，记为：
其中，a(t)、ω1和
y(t)＝b(t)exp(jω2t)(2)
其中b(t)和ω2分别表示本振调制信息的强度和角频率；
单边带的偏振复用光信号通过分光器分为两路，每路光信号均依次通过偏振控制器pc和偏振分束器pbs，则每个pbs两个端口输出的光信号可分别表示为：
e1＝x(t)cosα+y(t)sinαexp(jθ)(3)
e2＝x(t)cosα-y(t)sinαexp(jθ)(4)
其中α表示输入pbs的光信号偏振态方向与pbs主轴的夹角，θ表示光信号中两个偏振分量的相位差；
pbs输出的两路光信e1和e2分别进入bpd的两个光输入口进行平衡探测，得到电信号可表示为：
通过pc调节光信号的偏振态，使每路输入pbs的光信号偏振态方向与pbs主轴的夹角α为45度，同时调节输入pbs的光信号中两个偏振分量的相位差θ，调节其中一路光信号的相位差θ＝0°，则该路电流表示为：
该信号即为本发明i/q下变频系统最终得到的同向的i路电信号；
再调节另外一路光信号的相位差θ＝90°，则该路电流表示为：
该信号即为该i/q下变频系统最终得到的正交的q路电信号，至此即可实现i/q下变频。
如图1所示，所述光子学微波i/q下变频系统包括激光器、pdm-dpmzm、光滤波器、光分路器、偏振控制器pc、偏振分束器pbs和平衡光电探测器bpd，激光器输出的光信号输入到pdm-dpmzm的光信号输入端，pdm-dpmzm的光信号输出端连接光滤波器的一端，光滤波器另一端连接光分路器的公共输入端，光分路器的两个输出端分别依次连接pc、pbs和bpd；
实施例中包括：激光器、pdm-dpmzm、光滤波器、光分路器、pc、pbs、bpd、射频信号源、本振信号源、直流电压源、光谱仪、示波器。激光源的输出口通过保偏光纤pdm-dpmzm的光输入口相连，pdm-dpmzm的光信号输出端连接光滤波器的一端，光滤波器另一端连接光分路器的公共输入端，光分路器的两个输出端分别连接pc、pbs和bpd，射频信号源连接子调制器xa的射频端口，本振信号源连接子调制器ya的射频端口，直流电压源连接pdm-dpmzm的直流端口；
实施例1：选择激光器产生的激光波长为1552.3nm，光功率为17dbm；射频信号源产生频率26ghz、功率0dbm的射频信号；本振信号源产生频率25.9ghz、功率10dbm的本振信号；pdm-dpmzm的半波电压为3.5v，带宽30ghz，消光比30db；光滤波器的中心波长1552.6nm，3db带宽0.6nm；bpd的3db响应带宽为1ghz，响应度为1.1a/w；
测试光滤波器的通带曲线，见图2；
调节直流电压源输出电压，使子调制器xa、xb、ya、yb均工作在最小点，此时输入光滤波器的光信号主要包含±1阶边带、载波和偶阶边带被抑制的光信号，光谱见图2；
测试光滤波器输出信号的光谱，见图2，可见经过光滤波器后-1阶边带得到抑制；
调节其中一路pc，使光信号的两个偏振分量与pbs两个输出端的轴向相差45度，且两个偏振分量相位差0度，该路bpd输出射频与本振信号的同向差频信号，频率100mhz，周期10ns，波形见图3；
调节另一路pc，使光信号的两个偏振分量与pbs两个输出端的轴向相差45度，且两个偏振分量相位差90度，该路bpd输出射频与本振信号的正交差频信号，频率100mhz，周期10ns，相位与第一路产生的同向差频信号相差90度，波形见图3。
实施例2：选择激光器产生的激光波长为1552.3nm，光功率为17dbm；射频信号源产生频率36ghz、功率0dbm的射频信号；本振信号源产生频率17.95ghz、功率18dbm的本振信号；pdm-dpmzm的半波电压为3.5v，带宽30ghz，消光比30db；光滤波器的中心波长1552.6nm，3db带宽0.6nm；bpd的3db响应带宽为1ghz，响应度为1.1a/w；
测试光滤波器的通带曲线，见图4；
调节直流电压源输出电压，使子调制器xa、xb工作在最小点，ya工作在最大点，y-dpmzm工作在最小点，调节yb工作点使y-dpmzm输出的光载波被抑制；此时输入光滤波器的光信号主要包含射频调制的±1阶边带，以及本振调制的±2阶边带，其它分量被抑制，光谱见图4；
测试光滤波器输出信号的光谱，负边带被抑制，射频调制的-1阶边带和本振调制的-2阶边带被抑制，剩下的光信号中主要包括射频调制的+1阶边带和本振调制的+2阶边带，见图4；
调节第一路pc，使光信号的两个偏振分量与pbs两个输出端的轴向相差45度，且两个偏振分量相位差0度，该路bpd输出射频与本振信号的同向差频信号，频率100mhz，周期10ns，波形见图5；
调节第二路pc，使光信号的两个偏振分量与pbs两个输出端的轴向相差45度，且两个偏振分量相位差90度，该路bpd输出射频与本振信号的正交差频信号，频率100mhz，周期10ns，相位与第一路产生的同向差频信号相差90度，波形见图5。
综上，本发明一种光子学的微波i/q下变频系统，结构简单，具有很强的可操作性；本发明通过采用光学方法实现两路正交的下变频，可避免电子器件的频率依赖性，具有带宽大、i/q平衡度高的优点。