[发明专利]基于Sagnac环和I/Q探测的全光微波频移相移装置及测量方法

说明书

本发明提供了一种基于Sagnac环和I/Q探测的全光微波频移相移装置，从激光源输出的光信号通过光耦合器注入到DE‑MZM中，DE‑MZM的偏置点通过直流偏压进行控制；光耦合器的输出的光信号通过EDFA将光信号放大后，再通过DWDM分离出上边带和下边带，上边带和下边带各自构成一路光信号，两路光信号各自进入一个PD的输入端，光电探测后得到光电流，光电流携带的多普勒频移信息或相位信息通过后端ADC处理。本发明实现信号的频率和相位测量，结构简单，具有很强的可操作性；采用对称度高的调制器、精准的偏压控制来提高测量系统的稳定性和精确性，实现高精度且稳定的宽带微波光子测量系统。

技术领域

本发明涉及微波光子测量领域，尤其是微波光子多普勒频移测量和相位测量。

背景技术

微波测量系统是现代电子设备中必不可少的模块。在卫星通信、电子对抗和雷达系统中，需要处理工作频率高达几十GHz的高速宽带微波信号，这对微波测量系统的速度和带宽提出巨大挑战。

近年来，微波光子测量技术作为一个新兴的研究领域引起了人们极大的兴趣。它可以利用光子学的固有优势，如大的瞬时带宽、抗电磁干扰等，在较宽的频率范围内进行大带宽微波信号多普勒频移和相位的测量。同时，微波光子技术的电磁隔离优势可以显著提高微波光子测量系统的抗干扰性能。

微波光子测量系统中，本振信号和待测信号必须先在接收端对光载波调制，在光域进行光子信号处理后，光电探测得到包含所需要频率和相位信息的光电流，再通过模数转换得到数字信号，最后通过数字信号处理得到所需要频率和相位信息。但目前公开报道的微波光子测量系统通常使用多个调制器级联来达成对信号的测量，较为复杂且稳定性差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于Sagnac环和I/Q探测的全光微波频移相移装置及测量方法。该微波光子测量系统中，本振信号和待测信号通过双电极马赫-曾德尔调制器(Dual Electrodes Mach-Zehnder Modulator，DE-MZM)在Sagnac环路中实现电光调制，结合I/Q探测、数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)，得到鉴频信息和鉴相信息，实现宽带射频信号多普勒频移和相位的测量。本系统所使用的DE-MZM结构简单，避免了光信号偏振的影响，从而大幅度提高了系统的稳定性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

一种基于Sagnac环和I/Q探测的全光微波频移相移装置，包括激光源、DE-MZM、光耦合器、掺珥光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier，EDFA)、双通道密集波分复用器(Dense Wavelength Division Multiplexer，DWDM)、两个光电探测器(Photodetector，PD)和模数转换器(Analog-Digital-Converter，ADC)，激光源的光输出端连接光耦合器的端口1，光耦合器的端口3连接至DE-MZM的光输入端口，光耦合器的端口4连接DE-MZM的光输出端口，光耦合器的端口2连接到EDFA输入端口，如图1所示，耦合器3口输出光信号经过DE-MZM注入耦合器端口4，耦合器端口4输出光信号经过DE-MZM注入耦合器端口3，构成了Sagnac环路，EDFA的输出端口连接双通道DWDM的公共输入端口，双通道DWDM的两个输出端口各自连接一个PD，两个PD分别连接至ADC；其中本振信号连接至DE-MZM的一个射频端口，待测射频信号连接DE-MZM的另一个射频端口；

从激光源输出的光信号通过光耦合器注入到DE-MZM中，DE-MZM的偏置点通过直流偏压进行控制；光耦合器的端口2输出的光信号通过EDFA将光信号放大后，再通过DWDM分离出上边带和下边带，上边带和下边带各自构成一路光信号，两路光信号各自进入一个PD的输入端，光电探测后得到光电流，光电流携带的多普勒频移信息或相位信息通过后端ADC处理。

一种基于Sagnac环和I/Q探测的全光微波频移相移装置的调测量方法，详细步骤为：