[发明专利]基于双臂电光外调制的变频系统及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波光子技术领域，具体为一种基于双臂电光调制的变频系统及使用方法。

背景技术

长期以来，主要利用电子器件的非线性效应进行微波频率的上下变频。随着微波技术的发展，微波工作频率不断提高，现已达到Ka波段（波长11.11-7.50mm的电磁波）、毫米波段（波长为10～1mm的电磁波）。利用传统的方法进行微波频率的变频，出现了技术难度大、信号质量较差和环境适应能力较弱等问题。

随着微波光子技术的不断发展，为微波频率的混频提供了另一种选择：即不断成熟的电光模拟调制技术。特别是基于铌酸锂（LiNbO3）的马赫曾德尔调制器（MZM）的出现，实现了Ka波段、毫米波段信号（甚至是太赫兹信号）的基于微波光子的高质量、环境适应性强和大动态范围的上下变频。

目前，微波光子技术实现微波信号混频主要是采用两级调制法：先将本振信号调制到光载波上形成RoF（radio-over-fiber）光载微波信号；然后，将需变频的微波信号也调制到RoF信号作为副载波调制信号；随后，通过光电探测器将光信号转换为含有各种频率成分的电信号；最后，通过电域的滤波选频和功率放大得到所需的上下变频信号。而且现有的基于两级电光调制的所得的微波光谱中不但含有微波信号（RF_in）、本振信号和本振的3次谐波信号，而且还含有光载波信号、本振信号与微波信号的和频信号、本振信号与微波信号的差频信号等干扰信号。

现有的利用多级倍频的电子电路产生微波、毫米波信号来进行混频的方案实现复杂，并且成本较高，此外，在很多应用领域，微波和毫米波的产生需要分布在远端单元，由于电传输线（如同轴电缆等）的损耗大，因此微波和毫米波在远端的电域产生然后再传输返回不切实际。

目前的光域混频技术采用光注入锁模、光锁相环、光注入锁相、基于强度调制和基于相位调制等方法实现，但这些光域混频方法存在输入微波动态范围小、输出微波功率低、微波接收灵敏度低、系统稳定性差、可靠性低和噪声系数大等问题，难以在实际中应用。

发明内容

本发明的目的是公开一种基于双臂电光调制的变频系统，双臂电光外调制器为主要器件,配以偏置电压控制电路,光电探测器和选频放大电路,适当调制双臂电光外调制器的偏置电压,进入两臂的光源的光载波信号被输入两臂的微波信号和微波本振信号分别调制形成两路光载微波信号,两路光载微波信号叠加为双臂电光外调制器输出的光载微波信号,经光电探测器转换为电信号，选频功率放大得到所需的上下变频信号。

本发明的另一目的是公开上述基于双臂电光调制的变频系统的使用方法，当输入射频微波信号时，可下变频得到中频微波信号，当输入中频微波信号时，可上变频得到射频微波信号，还可以对本振信号进行光倍频，得到高频的本振信号。

本发明设计的基于双臂电光调制的变频系统，包括双臂电光外调制器、偏置电压控制电路、光电探测器和选频放大电路；偏置电压控制电路的偏置电压分别接入双臂电光外调制器两个臂的电极，双臂电光外调制器的输出端连接光探测器，光探测器输出的电信号接入选频放大电路，选频放大电路的输出端为本变频系统的输出端。

本变频系统还有反馈装置，双臂电光外调制器的输出端连接分光器，分光器的一个输出端连接光探测器，另一个输出端接入微波光子滤波器，微波光子滤波器输出的电信号接入偏置电压控制电路，作为反馈信号控制其输出的偏置电压值保持为最佳工作点。

本基于双臂电光调制的变频系统可以前后两级连接，前级基于双臂电光调制的变频系统本振信号输入双臂电光外调制器的光输入端，射频微波信号输入两臂，输出光倍频的本振信号；后级基于双臂电光调制的变频系统中，光载波信号输入双臂电光外调制器的光输入端，前级输出的光倍频的本振信号输入一臂、射频或中频微波信号输入另一臂，输出变频的中频或射频微波信号。

本发明基于双臂电光调制的变频系统使用方法如下：