[发明专利]一种微波光子倍频及移频装置与移频方法

说明书

本发明提供了一种微波光子倍频及移频装置与移频方法，激光器输出光端口连接调制器输入光端口，调制器的输出光端口连接MZI的公共输入端口，MZI输出两路光，其中一路经过PM后，与另外一路共同进入光耦合器，光耦合器输出的光信号连接BPD的光输入端口，待移频信号连接调制器的射频输入端口，DDS输出电信号连接PM的射频输入端口。本发明具有结构简单、带宽大、杂散失真小、可级联扩展等优点，能够提高工作频率范围和信号带宽，降低移频后信号的杂散失真，并具有抗电磁干扰优点；可以满足雷达目标动态多普勒频移模拟的需求，具有通道可扩展、可实现多级频移累积的优点，转换效率高、杂散失真小。

技术领域

本发明涉及微波光子技术领域和雷达技术领域，尤其是一种微波光子倍频及移频装置及移频方法。

背景技术

微波移频器已广泛应用于电子对抗、多址通信和雷达测量等系统。在电子对抗系统中，微波移频器可用来对雷达信号施加虚假的多普勒频移信息，例如，将一个12GHz 载频的雷达信号移频25kHz，会输出一个速度为312.5米/秒的虚假目标信号。在频控阵雷达系统中，为了形成具有一定频率差的阵列波束，需要微波移频器实现雷达信号的多通道移频。

目前的电子系统通常采用微波I/Q混频器(即单边带变频器)实现微波信号的移频，但由于电子瓶颈，微波I/Q混频器存在带宽受限、频率依赖、杂散失真、电磁干扰等问题，难以实现大带宽、低失真的微波信号移频。

近些年，国内外报道了基于微波光子技术的移频方法，这些方法包括光纤色散时频映射、声光调制、微波光子I/Q混频。光纤色散时频映射方法产生的多普勒频移大小取决于光纤色散值，因此调谐性差，难以满足雷达目标动态模拟的需求；声光调制方法只能进行单频率移频，难以实现多个频移；微波光子I/Q混频效率低、杂散失真严重。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种微波光子倍频及移频装置与移频方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微波光子倍频及移频装置，包括激光器、调制器、马增干涉仪(Mach-Zehnderinterferometer，MZI)、直接数字合成器(Direct Digital Synthesizer，DDS)、相位调制器(Phase Modulator，PM)、光耦合器和平衡光电探测器(Balanced Photodetector，BPD)，激光器输出光端口连接调制器输入光端口，调制器的输出光端口连接MZI的公共输入端口，MZI输出两路光，其中一路经过PM后，与另外一路共同进入光耦合器，光耦合器输出的光信号连接BPD的光输入端口，待移频信号连接调制器的射频输入端口， DDS输出电信号连接PM的射频输入端口。

激光器产生单波长光载波，进入调制器被载频为f₀的微波信号调制，调制器输出对称的上下光边带±kf₀，其中k表示光边带阶数，利用MZI将上下光边带分离，上边带在PM中相位调制产生光移频Δf后与下边带进行耦合，在BPD光电探测，得到 2kf₀+Δf的信号，不仅实现了调制信号的k倍频，还将该信号移频了Δf。

本发明还提供一种微波光子倍频及移频装置的移频方法，具体步骤为：

激光器输出光信号表示为E_c(t)，输入调制器射频端口的微波信号表示为f₀指输入微波信号的频率，指输入微波信号的初始相位，调制器输出的上下光边带信号表示为：

E_MZM＝E_c(t){J₁(m)exp[j(2πkf₀t)]-J₁(m)exp[-j(2πkf₀t)]}