[发明专利]一种基于光频梳产生毫米波信号的超低相噪检测系统

说明书

本发明装置利用光频梳倍频链路生成毫米波信号，并设计本振以及延迟补偿链路，消除了本振相位噪声对于测试系统的影响。本振信号在光载射频链路中下变频得到中频信号，中频信号再与本振信号，毫米波信号两次下变频后，抵消了微波混频器噪声对于测试系统的影响。最终通过检测输出的低频信号噪声，即可准确计算出无法直接测量到的毫米波信号的超低相噪水平。因此，本发明装置可以为光电振荡器、光频钟等高质量高稳振荡源等提供超低底噪电平的相位噪声检测。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及一种基于光频梳产生毫米波信号的超低相噪检测技术。

背景技术

相位噪声是指现代射频系统中的各种噪声的作用下，引起系统输出信号的相位在短时间内发生的随机波动，是衡量一个电子射频系统稳定性的关键指标。现如今制约电子系统好坏的核心器件就是振荡器。随着有线及无线通信、卫星导航和精确测量等领域对振荡器的相噪指标要求越来越高，大量超低相噪振荡器逐渐涌现，但是现有的商用相噪测量仪器无法对超低相噪进行检测。因此，如何快捷准确地测量信号相位噪声是目前研究领域迫切需要解决的问题。

国内外研究学者在近几十年来对相位噪声测量技术也进行了深入地研究，提出了许多相位噪声的测量解决方案。直接频谱仪测量法是最直接的、最简单的相噪测量方法，将待测振荡器直接连至频谱分析仪，从仪器上显示的功率谱可以算出振荡器的相噪。这种方法的主要缺陷在于如今的高稳振荡源的相噪往往低于仪器内部本振源，振荡器在与频谱仪内部的本振混频后，输出的中频信号相噪将淹没于本振相噪之中，从而无法准确测得待测振荡器的相位噪声信息。第二种方法是差拍频域法，首先利用倍频器对参考信号和待测信号倍频，再经过混频、低通滤波，对得到的低频分量进行频谱分析，得到相位噪声。差拍法的优势在于在载波频率附近的灵敏度较高，但是其对参考源要求较高，且无法对高频信号进行检测。第三种方法是延时自零差测量法，原理是待测源分成两路，一路信号通过一定的延时后再与另一路鉴相，得到低频信号后再进行频谱分析，再进行校准后可得到相位噪声。该技术的瓶颈主要在于较长的电延时线损耗高，体积大，电磁干扰严重。目前应用最广泛的，灵敏度较高的测量技术还是鉴相法。鉴相法结构首先通过锁相环电路实现保持两信号间相位正交，然后将本振参考信号与被测信号混频，再利用低通滤波器滤出包含信号间相位起伏的低频分量，从而得到信号的相位噪声。鉴相法的最主要的限制条件在于要求本振源要与被测信号相位正交，而且参考源的相噪要低于待测振荡器的相噪，因此不适合测量低相噪的振荡器。

随着微波光子学的迅猛发展，为微波源的产生与相噪测量提供了一种全新的方式。微波光子链路能够将微波信号转换成电信号，通过光纤等器件延时后再还原成微波信号，最终实现了低损耗，稳定性高的信号延时。相比较于同轴电缆在X波段损耗高达1.8dB/m，还是那个用单模光纤在1550nm波段损耗仅为0.2dB/km。并且微波光子链路具有更低的系统噪底，待测的高稳振荡源不会受到影响。相比较传统的鉴频法对于本振信号质量的高要求，采取微波光子技术的相噪测量法可以降低对本振参考源的依赖性，进一步提升相噪检测的灵敏性，适用性更为广泛。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于光频梳产生毫米波信号的超低相噪检测技术，能够检测出低相噪的毫米波振荡信号的相位噪声。

一种基于光频梳产生毫米波信号的超低相噪检测系统，包括光频梳产生装置、光耦合器、毫米波N倍频信号产生链路、光频梳n倍频环路、光载射频传输链路、本振及延迟补偿链路、第一微波混频器、第二微波混频器；其中，光频梳产生装置经过光耦合器分成两路，一路光频梳信号经过n倍频环路后，在光载射频传输链路中与本振信号下变频生成中频信号，另一路光频梳信号则经过毫米波N倍频产生链路产生毫米波信号。本振信号经由延迟补偿链路后，与中频信号在第一微波混频器中下变频。第一微波混频器的输出信号再与毫米波信号在第二微波混频器中下变频，得到输出信号。

通过频谱仪测量输出低频信号的相位噪声，即可推算出N倍频链路生成的无法直接测量得到的高频毫米波信号超低相位噪声。

所述光载射频传输链路包括：