面向收发一体射频系统的光模数转换器关键技术研究

摘要

未来雷达等射频系统向着多频段、多功能、一体化的方向发展，对传统电子技术提出了挑战。基于微波光子技术的收发一体射频系统成为当前的重要研究方向。但已报道的基于微波光子技术的收发一体射频系统对光脉冲重频的要求存在矛盾，需要牺牲接收端的工作带宽和采样率等性能。 本文以面向收发一体射频系统的光模数转换中的关键技术为研究方向，在基于低重频光脉冲的高等效采样率光模数转换、基于高重频光脉冲的光采样模数转换以及光模数转换系统中的色散功率衰落补偿等方面提出新方法，主要开展了以下三个方面的研究工作： 1)提出基于光纤复制环的光采样模数转换方案。通过研究光纤环的时延、耦合器的类型及分光比、载波光源的相干性、光纤复制环内功率损耗等因素，对基于光纤复制环的光采样模数转换结构进行了优化。实验对射频脉冲分别进行了5次和7次复制，在避免并行架构的情况下,基于103MHz的光脉冲实现了515MSa/s和721MSa/s的等效采样率，提高了系统的等效采样率和输入带宽。 2)提出并研究了基于耦合式光电振荡器的时间交织光采样模数转换架构。引入耦合式光电振荡器为系统提供低抖动、高重频、窄脉宽的高质量采样光脉冲，提升光模数转换的采样率和工作带宽。对方案进行了理论分析以及实验验证，通过耦合式光电振荡器产生时间抖动为113fs、重频为10.0044GHz的光脉冲，对频率分别为1GHz和2GHz的射频信号实现了光采样模数转换，对频率为11GHz射频信号实现了光带通采样模数转换。 3)研究光模数转换系统中色散所导致的功率衰落的问题，提出基于偏分复用双驱动马赫增德尔调制器的功率衰落补偿方案，搭建实验平台实现了对光时域拉伸模数转换器10.4GHz处的色散致功率衰落的补偿，补偿后的最大功率衰落点偏离目标工作频点0.6GHz。

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