[发明专利]一种在光子微波信号发生器中调节产生多种形状脉冲的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通讯领域，尤其是利用光子方法来产生微波信号的技术，适用于可调谐地产生不同包络形状的微波信号。

背景技术

随着微波通信技术的发展，微波信号发生设备得到了广泛应用，如微波天线、军用雷达以及不同的传感网络中。目前，微波信号的发生器主要采用的是微波电路技术，但随着人们对大容量、超宽带高速通信的迫切需求以及我国物联网工程的进一步发展，对现有微波信号发生器的信号发生速率和可调谐性等提出了更高的要求。为此，近年来提出了一种通过光子的技术来产生微波信号的方法，即微波光子信号发生技术。该技术具有体积小、重量轻、可调谐性强、抗电磁干扰等优势。同时，光频域到时域映射的技术，即光傅里叶变换技术，是微波光子信号发生器中的一项常见技术，该技术是基于不同频率的光信号在色散介质中具有不同的传输速度的现象来实现的。

目前基于光频域到时域映射的技术来实现可调谐微波光子信号发生的方案主要有以下几种：(1)基于空间光调制塑形的技术，通过不同的空间光调制技术构造出所需形状的光谱，然后凭借着频域到时域的映射和光电转换则可得到所需形状的微波信号，该方案的可调谐性强，但是空间光调制器件的结构大、价格昂贵；(2)基于全光纤的光谱塑形的技术，通过全光纤结构的可调谐滤波器塑形随后或者同时进行光频域到时域的映射，再由光电转换则可得到相应形状的微波信号。通过该种方案，目前已通过不同光谱构造装置实现了正弦信号、三角信号、超宽带信号的产生，但是未能实现单一装置中可调谐地产生正弦信号、三角信号、超宽带信号；(3)基于全光纤光谱塑形和二阶色散介质的方案，该方案是方案二的一种扩展，通过二阶的色散进行非线性的频域到时域的映射则可使产生带啁啾的微波信号。

上述三种方案都是通过微波光子技术来实现可调谐微波信号的发生，其中方案一的可调谐性好，但是光谱塑形复杂，方案二、三提出了基于全光纤的不同的光谱塑形技术，但又不能实现单一模块的任意微波信号的产生，灵活性差，制约了微波通信领域的发展。

发明内容

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是提供一种基于微波光子技术的可调谐微波信号发生器。

本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：

一种在光子微波信号发生器中调节产生多种形状脉冲的方法，以宽带光源100、光强度调制器101、电脉冲发生器102、光纤布拉格光栅串103、可调带通滤波器104、光放大器105、色散介质106和光电转换器107构成微波信号发生器，其中光纤布拉格光栅(FBG)串103和可调带通滤波器104构成可调谐的光谱构造单元108，在如上的基础平台上，通过对光谱构造的形状在色散介质(106)中经不同程度串扰叠加产生不同形状的脉冲。

宽带光源具有较宽而平坦的光谱，通过光强度调制器将连续的光信号切断为间隔的高斯信号，然后通过光谱构造单元108中的光纤布拉格光栅(FBG)串103得到光纤串的透射光谱，然后由可调谐带通滤波器进行选择，构成不同的“码元形状”。在特定色散量的线性色散介质106中则可实现具有一定串扰度的频域到时域的映射。通过合理地控制码元形状和串扰度，可以串扰叠加、映射产生不同包络形状的光信号。最后，通过高速的光电转换后，则可以产生不同包络形状的微波信号。其中，串扰度的控制可以通过以下两种方式实现：1)调节色散量大小；2)调节强度调制器的调制信号码率或码型。色散量的调节会影响映射后产生信号的脉冲宽度，调制信号的调节会影响映射后产生信号的码率。

采用本发明相比于一般的微波电路技术，本发明采用的是微波光子技术，适合于高速的、频谱范围在1～50GHz的任意微波信号的产生，具有重量轻、尺寸小、可调谐性大、抗电磁干扰等特点。与基于微波光子技术的可调谐微波信号发生器相比，其中可采用光谱塑形与频域到时域映射技术相结合的方式来产生微波信号，但是其产生的微波信号的形状仅依赖于光谱构造技术。但是，本发明提出的微波信号脉冲形状调节方法一方面能简化光谱塑造的复杂度，通过引入一定串扰的频域到时域映射来丰富本发明产生的微波信号的包络形状。本发明灵活性高，功能多，操作简单，可应用于微波天线、雷达以及传感网络等多个重要的方面。

附图说明：

图1为本发明中基于微波光子技术的可调谐微波信号发生器的基础平台示意图；

图2为本发明的可调谐微波信号发生器的原理图，其中(a)为光谱塑形的过程；(b)为通常的频域到时域映射技术的原理；(c)为本发明的引入串扰的频域到时域映射的原理；

图3为本发明基础平台中的一种典型的可调谐光谱塑形单元的示意图；