一种双波段射频信号信道化系统

本技术涉及微波光子及微波光子通信，尤其涉及一种双波段射频信号信道化系统。

背景技术：

1、近年来，5g通信、卫星通信、雷达系统以及许多其他行业，要求信号向更高频率、更大带宽、更多频带发展。因此，迫切需要具有大瞬时带宽、高分辨率、大动态范围和处理多频信号能力的高性能接收机。

2、信道化接收的主要过程是对接收的宽带射频(rf)信号进行频域上划分，实现宽带射频信号的单输入，窄带低频信号的多输出，实时并行接收不同波段信号，且具有较高的灵敏度和频率分辨率。传统的模拟信道化接收机由微波器件组成，这导致其在高频带具有极高损耗，不能在多倍频程上实现均匀的高性能。数字信道化基于数字滤波器阵列的设计，通过fpga等集成芯片，可以灵活划分信道和切换输出。然而，使用dsp以高保真挖掘目标信息，对高速处理芯片、高速采样模块和高存储存储器提出了巨大挑战。

3、为此，基于微波光子的信道化技术，凭借低损耗，重量轻，尺寸小，带宽大和抗电磁干扰等优势，突破传统微波领域遇到的电子瓶颈，成为了当前研究热点。其中一种方法是基于一组具有连续通带的光学滤波器，如布拉格光栅法布里-珀罗腔，形成一个光学滤波器阵列，将宽带信号分为许多子信号。然而，该方法通常需要具有平顶和陡峭边缘频率响应的光学滤波器，这使得器件制造相当困难。另一种方法是在光频率梳(ofc)上多播宽带rf信号，然后使用自由频谱范围(fsr)与梳状线间距略微失谐的滤波器来生成窄带信号，或生成用来标记宽带信号切割位置的本振光频梳。这类方法结构复杂，不利于光子集成。目前，最先进商用fpga可以处理5ghz带宽信号，且毫米波段单信号带宽需求并不大，因此，基于现有的技术水平和应用要求，简单、灵活、可配置、且能满足大带宽、高频信号的双通道信道器是最值得研究的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术的目的在于提出一种双波段射频信号信道化系统。

2、基于上述目的，本技术提供了一种双波段射频信号信道化系统，包括偏振调制-双驱马赫曾德尔调制器、偏振相位分集相干接收机、第一90°电混频器和第二90°电混频器；

3、所述偏振调制-双驱马赫曾德尔调制器用于将激光器发出的光载波分成x偏振的第一光载波和x偏振的第二光载波并将接入的第一路双波段射频信号加载到x偏振态的所述第一光载波上形成x偏振的第一调制信号，以及将接入的第二路双波段射频信号加载到x偏振的所述第二光载波上形成x偏振的第二调制信号；同时对x偏振的第二调制信号进行90°偏振旋转形成y偏振的第二调制信号；所述偏振调制-双驱马赫曾德尔调制器还用于将所述x偏振的第一调制信号和所述y偏振的第二调制信号合束输出总调制信号；其中所述第一路双波段射频信号携带有第一信号和第二信号，所述第二路双波段射频信号携带有第三信号和第四信号；

4、所述偏振控制器用于将所述总调制信号输入所述偏振相位分集相干接收机；

5、所述偏振相位分集相干接收机用于将所述总调制信号与预设本振光拍频，并进行光电转化，输出第一路拍频信号、第二路拍频信号、第三路拍频信号和第四路拍频信号；

6、所述第一90°电混频器用于将所述第一路拍频信号和所述第二路拍频信号进行信道分离，以得到所述第一信号和所述第二信号，所述第二90°电混频器用于将所述第三路拍频信号和所述四路拍频信号进行信道分离，以得到所述第三信号和所述第四信号。

7、可选的，所述偏振调制-双驱马赫曾德尔调制器包括光耦合器、第一子马赫曾德尔调制器、第二子马赫曾德尔调制器、90°偏振旋转器与偏振合束器；

8、所述光耦合器用于将光载波分成第一路光载波和第二路光载波，其中所述第一路光载波和所述第二路光载波相同；

9、所述第一子马赫曾德尔调制器用于将所述第一路光载波调制为所述x偏振的第一光载波并将第一路双波段宽带射频信号携带的第一信号和第二信号分别调制到所述x偏振的第一光载波上并输出所述x偏振的第一调制信号；

10、所述第二子马赫曾德尔调制器用于将所述第二路光载波调制为所述x偏振的第二光载波并将第二路双波段宽带射频信号携带的第三信号和第四信号分别调制到所述x偏振的第二光载波上并输出所述x偏振的第二调制信号；所述90°偏振旋转器将所述x偏振的第二调制信号进行90°偏振旋转形成y偏振的第二调制信号；

11、所述偏振合束器用于将所述x偏振的第一调制信号和所述y偏振的第二调制信号合成所述总调制信号。

12、可选的，所述偏振相位分集相干接收机包括第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一90°光混频器器、第二90°光混频器、第一平衡探测器组和第二平衡探测器组；

13、所述第一偏振分束器利用x偏振和y偏振分别对所述x偏振的第一调制信号和所述y偏振的第二调制信号进行分离，并将分离的x偏振的第一调制信号和分离的y偏振的第二调制信号分别输入所述第一90°光混频器和所述第二90°光混频器；

14、所述第二偏振分束器用于对预设本振光进行分束形成第一本振光和第二本振光，并分别将所述第一本振光和第二本振光分别输入第一90°光混频器和第二90°光混频器，其中所述第一本振光和第二本振光相同；

15、所述第一90°光混频器用于将所述第一本振光进行相移，并和所述分离的x偏振的第一调制信号叠加，输出四路x偏振的第一调制信号与相移后第一本振光的叠加信号，并输入第一平衡探测器组；

16、所述第二90°光混频器用于将所述第二本振光进行相移，并和所述分离的y偏振的第二调制信号叠加，输出四路y偏振的第二调制信号与第二本振光的叠加信号，并输入第二平衡探测器组；

17、所述第一平衡探测器组分别将输入的所述四路x偏振的第一调制信号与第一本振光的叠加信号拍频后形成第一路拍频信号和第二路拍频信号；所述第二平衡探测器组分别将输入的所述四路y偏振的第二调制信号与第二本振光的叠加信号拍频后转化为第三路拍频信号和第四路拍频信号。

18、可选的，还包括偏振控制器，所述偏振控制器连接在所述偏振合束器和所述第一偏振分束器之间，用于控制所述总调制信号的x偏振态与所述第一偏振分束器的主轴对齐，以使所述总调制信号解偏振。

19、可选的，所述第一信号、第二信号波形分别为a1(t)、a2(t)，中心频率分别为ω1、ω2，带宽分别为ba1、ba2，所述第三信号和第四信号的波形分别为a3(t)、a4(t)，中心频率分别为ω3、ω4，带宽分别为bb1、bb2，所述光载波频率为ωc，所述预设本振光频率为ωlo，其中满足

20、可选的，所述第一子马赫曾德尔的直流偏置电压输入端口输入第一直流偏置电压，使所述第一子马赫曾德尔调制器工作在最小偏置点，实现载波抑制双边带调制，以使所述第一路双波段宽带信号调制到x偏振的所述第一光载波上并输出所述x偏振的第一调制信号，所述第二子马赫曾德尔的直流偏置电压输入端口输入第二直流偏置电压，使所述第二子马赫曾德尔调制器工作在最小偏置点，实现载波抑制双边带调制，以使所述第二路双波段宽带信号调制到x偏振的所述第二光载波上并输出所述x偏振的第二调制信号。

21、可选的，所述x偏振的第一调制信号输出为：

22、

23、其中β1＝π/vπ1为第一路双波段射频信号的调制指数，vπ1为第一直流偏置电压，jn(·)为第一类n阶贝塞尔函数，ein(t)为激光器发出的光载波，a1(t)cosω1t+a2(t)cosω2t为第一路双波段射频信号；

24、所述y偏振的第二调制信号输出为：

25、

26、其中所述β2＝π/vπ2为第二路双波段射频信号的调制指数，vπ2为第二直流偏置电压，jn(·)为第一类n阶贝塞尔函数，ein(t)为激光器发出的光载波，b1(t)cosω3t+b2(t)cosω4t为第二路双波段射频信号。

27、可选的，所述第一90°光混频器输出四路x偏振的第一调制信号与相移后第一本振光的叠加信号为：

28、其中ex1、ex2、ex3、ex4分别为第一90°光混频器输出的四路x偏振的第一调制信号与相移后第一本振光的叠加信号，ex为分离的x偏振的第一调制信号，elo为第一本振光；

29、所述第二90°光混频器输出四路y偏振的第二调制信号与相移后第二本振光的叠加信号为：

30、其中ey1、ey2、ey3、ey4分别为第二90°光混频器输出的四路y偏振的第二调制信号与相移后第二本振光的叠加信号，ey为分离的y偏振的第二调制信号，elo为第二本振光。

31、可选的，所述第一平衡探测器组分别将输入的所述四路x偏振的第一调制信号与第一本振光的叠加信号拍频后形成第一路拍频信号和第二路拍频信号分别为：

32、xr∝4{a1(t)[-sin(ω1-ωlo)t]+a2(t)sin(ωlo-ω2)t}，

33、xi∝4[a1(t)cos(ω1-ωlo)t+a2(t)cos(ωlo-ω2)t]；

34、所述第二平衡探测器组分别将输入的所述四路y偏振的第二调制信号与第二本振光的叠加信号拍频后转化为第三路拍频信号和第四路拍频信号分别为：

35、yr∝4{b1(t)[-sin(ω3-ωlo)t]+b2(t)sin(ωlo-ω4)t}，

36、yi∝4[b1(t)cos(ω3-ωlo)t+b2(t)cos(ωlo-ω4)t]。

37、可选的，所述第一90°电混频器用于将所述第一路拍频信号和所述第二路拍频信号进行信道分离，以得到所述第一信号和所述第二信号分别为：

38、a1＝xi+xq∠π/2＝-8·a1(t)sin(ω1-ωlo)t，

39、a2＝xi∠π/2+xq＝8·a2(t)cos(ωlo-ω2)t；

40、所述第二90°电混频器用于将所述第三路拍频信号和所述四路拍频信号进行信道分离，以得到所述第三信号和所述第四信号分别为：

41、b1＝yi+yq∠π/2＝-8·b1(t)sin(ω3-ωlo)t，

42、b2＝yi∠π/2+yq＝8·b2(t)cos(ωlo-ω4)t。

43、从上面所述可以看出，本技术提供的一种双波段射频信号信道化系统，通过将两路双波段射频信号通过偏振调制-双驱马赫曾德尔调制器调制到光载波的两个偏振态上，实现两路双波段射频信号的分离传输，提高了单条光载波链路的利用效率，同时，在偏振相位分集相干接收机中利用本振光实现对两路双波段射频信号的切割点的确认，并完成光电转化，同时抑制射频泄露和混合杂散等谐波分量，最后通过第一90°电混频器与第二90°电混频器完成信道化切割，实现对两路双波段射频信号的四路切分信号输出，完成信号分离。