[发明专利]基于微波光子的星载阵列微波变频交换系统及实现方法

说明书

本发明公开了基于微波光子的星载阵列微波变频交换系统和方法，包括电光转换模块、光交换矩阵和光电转换模块；信号经过电光转换模块，由光交换矩阵完成交换；通过光电转换模块完成输出；电光转换模块包括合路器和抑制载波的调制器，射频信号和本振信号通过合路器合路并注入到抑制载波的调制器中完成电光转换，同时完成在光学域中的频率混合；光交换矩阵光交换矩阵包括依次设置的多波长激光输入、第一波分复用器、光放大器、第二波分复用器和光开关矩阵；光电转换模块包括光电探测器，利用光电探测器的低通特性抑制杂散信号，提高变频性能，完成变频信号输出。本发明实现了高性能、高可靠的微波信号变频和低功耗、高隔离度的大规模交换。

技术领域

本发明属于微波信号处理技术领域，特别涉及一种基于微波光子的星载阵列微波变频交换系统及实现方法。

背景技术

卫星通信是地面通信网络的有效补充和必要备份，尤其在大都市外非人口稠密地区、海洋/高原等用户动态变化地区是最经济、最有效的通信手段。近年来，随着海洋经济、数字经济等新经济形态的迅速崛起，对卫星通信提出了更高通信容量、更强交换能力、支持信号多样性等越来越高的要求，卫星上实现大容量、多频段、多尺度信号的透明转发成为宽带通信卫星的重要发展趋势。

传统通信卫星的透明转发器主要有微波透明转发、数字透明转发等技术手段。其中，微波透明转发利用传统微波技术实现接收和发射波束之间的微波变频与交换，但是宽带微波变频的非线性失真导致动态范围受限、接收处理能力有限，微波交换要保证电磁兼容、隔离度等性能需要付出较大的体积重量功耗代价，导致微波透明转发技术难以适应通信卫星向更大通信带宽、更大交换规模、更高通信容量发展的要求；数字透明转发利用传统微波技术实现微波上下变频，并在中频完成模/数转换后利用数字技术实现接收和发射波束之间的信号交换，较微波透明转发技术具有更大的交换规模和更高的交换灵活度，但是受限于模/数转换器件的带宽和采用率性能以及数字处理器件的数字处理能力，单波束通信带宽仍处于百MHz量级，整星通信带宽仍处于GHz量级，且付出了较大的功耗代价，难以解决卫星通信需求与有效载荷能力之间的矛盾。

发明内容

本发明提供了一种基于微波光子的星载阵列微波变频交换系统及实现方法，利用微波光子技术实现超宽带、高线性的微波变频和超宽带、大规模、低功耗的微波交换，以满足卫星通信更大带宽、更高阶调制、更大交换容量等性能要求。本发明可广泛应用于宽带大容量通信卫星的微波变频与交换产品。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

基于微波光子的星载阵列微波变频交换系统，包括电光转换模块、光交换矩阵和光电转换模块；

信号经过电光转换模块完成电光转换与光学混频，由光交换矩阵完成通道之间的无阻塞交换；最后通过光电转换模块完成微波信号变频输出中频信号；

电光转换模块包括合路器和抑制载波的调制器，射频信号和本振信号通过合路器合路并注入到抑制载波的调制器中完成电光转换，同时完成在光学域中的频率混合；

光交换矩阵光交换矩阵包括依次设置的多波长激光输入、第一波分复用器、光放大器、第二波分复用器和光开关矩阵；利用光学波分复用技术，通过对激光载波进行波长编码，利用光学波长实现不同通道间的信号隔离，实现多通道信号进行统一的功率补偿；同时，光学波分复用于分离不同通道的信号时对各通道进行滤波，提升通道之间的隔离度，完成高隔离度的信号交换；

光电转换模块包括光电探测器，利用光电探测器的低通特性抑制杂散信号，提高变频性能，完成变频信号输出。

作为优选方式，激光源发射的激光频率为fo，调制器调制上合路信号后光载波增加了频率为fo±fr和fo±fl的频率分量，在光电转换模块处各个频率分量完成拍频，利用光电探测器的响应曲线完成杂散抑制，实现高性能变频输出。