一种基于光电振荡器的微波光子下变频器

本发明涉及一种微波光子下变频器，具体地说是一种基于光电振荡器的微波光子下变频器。

背景技术：

1、微波下变频器在光载无线通信和电子战等应用中被广泛使用，它们的主要任务是将高频射频(rf)信号下转换为低频中频(if)信号，以提高对信号的处理能力。微波光子下变频技术在微波频率转换领域展现出了其独特的优势，包括大工作宽带、抗电磁干扰、高隔离度等。目前，大多数已报道的微波光子下变频结构往往依赖于一个微波源来产生一个与射频信号频率相近的微波信号，以用作本振(lo)实现对rf信号的下变频。然而，商用的微波源通常由多个微波倍频器和放大器组成。这不仅增加了系统的尺寸和重量，而且还会导致lo的频谱纯度变低，从而影响下转换后的if信号质量。

2、在微波光子学领域，光电振荡器(optoelectronic oscillator,oeo)因其能够在高频段产生低相位噪声的微波信号而备受关注，它被看作是一种极具潜力的微波信号源。目前基于oeo的微波频率下变频技术已经成功摆脱了对微波源的依赖，实现了对rf信号的下变频。但是，它们只专注于用oeo产生的lo信号来进行rf信号下转换的可行性，而未对系统性能进行深入优化，现有技术中用oeo产生的lo信号来进行rf信号下转换，产生的信号相位噪声较大，且边模抑制比较小，导致产生的中频电信号质量和转化效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的就是提供一种基于光电振荡器的微波光子下变频器，以解决利用基于光电振荡器的下变频技术产生的中频电信号低质量和低转化效率的问题。

2、本发明是这样实现的：

3、一种基于光电振荡器的微波光子下变频器，包括：

4、光电振荡器，与下变频支路相连，用于提供本振信号；以及

5、下变频支路，与光电振荡器相连，用于产生中频电信号。

6、进一步地，所述光电振荡器由激光器、双偏振马赫曾德尔调制器(dual-polarization mach-zehnder modulator，dpol-mzm)、光耦合器、光隔离器、第一光电探测器、第一射频隔离器、第一低相位噪声放大器、可调谐带通滤波器(yttrium iron garnet，yig)、第二低相位噪声放大器、可调射频衰减器、第三低相位噪声放大器、第二射频隔离器和电耦合器依次串接组成；光隔离器的输入端通过单模光纤与光耦合器相接，电耦合器的第一输出端与dpol-mzm相接，以向dpol-mzm输入本振信号，电耦合器的第二输出端用于连接频谱仪。

7、进一步地，激光器向dpol-mzm输入光信号，射频源向dpol-mzm输入电信号，dpol-mzm输出的光载波信号依次经过光耦合器、单模光纤和光隔离器，并经光电探测器转换为电信号；光电探测器输出的电信号经过第一射频隔离器，第一射频隔离器输出的信号经过第一低相位噪声放大器放大后输入到可调谐带通滤波器，可调谐带通滤波器输出的信号经过第二低相位噪声放大器放大后输入到可调射频衰减器，可调射频衰减器输出的信号经过第三低相位噪声放大器发大后输入到第二射频隔离器，第二射频隔离器输出的信号经过电耦合器输入到dpol-mzm形成闭合环路，产生本振信号。

8、激光器用于提供光载波信号；dpol-mzm用于将射频信号和本振信号调制到光载波上，使上下两路光信号的偏振态呈正交状态；光耦合器用于把光功率等分成两路；1km单模光纤用于提供足够大的延时以及提升oeo系统q值；光隔离器允许光信号在一个方向上传输，同时阻止光电探测器反射的光信号进入单模光纤；光电探测器用于将光信号转换为电信号；射频隔离器防止输出端的反射信号对前级的影响；可调谐带通滤波器(yig)用于实现oeo本振信号频率的可调谐；低相位噪声放大器用于对本振信号进行放大；可调射频衰减器用于调节oeo开环增益；电耦合器用于将微波电信号分为两部分，一部分反馈至调制器的射频端口，形成振荡回路；另一部分用于监测本振信号的性能。

9、下变频支路由偏振控制器、起偏器、掺饵光纤放大器和第二光电探测器依次串接组成，偏振控制器的输入端与光耦合器相接，第二光电探测器向频谱仪输出中频电信号。

10、进一步地，输入下变频支路的光载波信号经过偏振控制器和起偏器抑制载波功率，起偏器输出的信号经过掺饵光纤放大器放大光信号的功率，最后进入第二光电探测器进行拍频，产生中频电信号。

11、偏振控制器用于调节射频光信号和本振光信号之间的相位差；起偏器用于将两个正交偏振的光信号转换为单一偏振态；掺铒光纤放大器用于放大进入pd的光信号功率。

12、进一步地，激光器产生波长为1550nm，功率为18.6dbm的连续光波。

13、本发明基于光电振荡器产生本振信号，具有低相位噪声以及高边模抑制比的优点；本发明通过使用可调谐滤波器，实现本振信号频率可调谐，具有调节方式简单、灵活等优点；本发明通过控制偏振控制器来抑制光载波，进而提高掺铒光纤放大器对射频和本振光边带放大效率，使得输出的中频电信号具有高转换效率。

14、本发明提供了一种能够实现频率可调谐、转换效率高、频谱纯度高的微波信号下变频方法以及系统。该系统可产生高质量的中频电信号，为无线通信、雷达、高速数据传输和电子战等微波系统提供大工作带宽、高转换效率的下变频器。

技术特征：

1.一种基于光电振荡器的微波光子下变频器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的微波光子下变频器，其特征在于，所述光电振荡器由激光器、dpol-mzm、光耦合器、光隔离器、第一光电探测器、第一射频隔离器、第一低相位噪声放大器、可调谐带通滤波器、第二低相位噪声放大器、可调射频衰减器、第三低相位噪声放大器、第二射频隔离器和电耦合器依次串接组成；光隔离器的输入端通过单模光纤与光耦合器相接，电耦合器的第一输出端与dpol-mzm相接，以向dpol-mzm注入本振信号，电耦合器的第二输出端用于连接频谱仪。

3.根据权利要求2所述的基于光电振荡器的微波光子下变频器，其特征在于，激光器向dpol-mzm输入光信号，射频源向dpol-mzm输入电信号，dpol-mzm输出的光载波信号依次经过光耦合器、单模光纤和光隔离器，并经光电探测器转换为电信号；光电探测器输出的电信号经过第一射频隔离器，第一射频隔离器输出的信号经过第一低相位噪声放大器放大后输入到可调谐带通滤波器，可调谐带通滤波器输出的信号经过第二低相位噪声放大器放大后输入到可调射频衰减器，可调射频衰减器输出的信号经过第三低相位噪声放大器发大后输入到第二射频隔离器，第二射频隔离器输出的信号经过电耦合器输入到dpol-mzm形成闭合环路，产生本振信号。

4.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的微波光子下变频器，其特征在于，下变频支路由偏振控制器、起偏器、掺饵光纤放大器和第二光电探测器依次串接组成，偏振控制器的输入端与光耦合器相接，第二光电探测器向频谱仪输出中频电信号。

5.根据权利要求4所述的基于光电振荡器的微波光子下变频器，其特征在于，输入下变频支路的光载波信号经过偏振控制器和起偏器抑制载波功率，起偏器输出的信号经过掺饵光纤放大器放大光信号的功率，最后进入第二光电探测器进行拍频，产生中频电信号。

技术总结本发明公开了一种基于光电振荡器的微波光子下变频器，包括：光电振荡器，与下变频支路相连，用于提供本振信号；以及下变频支路，与光电振荡器相连，用于产生中频电信号。本发明通过光电振荡器产生具有低相位噪声的本振信号，并通过下变频支路，将射频信号与本振信号通过微波光子混频的方式转换成高质量和高转化效率的中频电信号。技术研发人员：黄崇佳,李振龙,郅昆,王熙臣,郝鹏受保护的技术使用者：河北大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29