基于微波光子学的倍频技术研究

摘要

在卫星、雷达、电子战以及下一代无线通信等实际应用中对微波信号频率的要求越来越高，但由于“电子瓶颈”的制约，用传统电域的方法产生高频率的微波极为困难，而微波光子学的发展为高频微波的产生提供了一种新的解决思路。微波光子学是一种借助光学方法来处理微波信号的新型技术。和传统电子技术相比，微波光子技术具有大带宽、低损耗、体积小、抗电磁干扰等优点。用微波光子技术生成微波信号具有频率高、可调谐等优点。在本论文中，主要对基于外部调制法的微波光子本振倍频技术进行了重点研究，主要工作如下：
　　（1）对几种常见的电光调制器进行说明，并分析了其物理结构以及工作原理；简单介绍了光电探测器；利用VPI软件对三种常见的调制方式（DSB、SSB、OCS-DSB）做了仿真验证；给出了电光调制器正反调制的结论并进行了实验验证；简单说明了光谐波抑制比（OSSR）、电谐波抑制比（RFSSR）和相位噪声的概念。
　　（2）提出了一种基于嵌入IM的Sagnac环和IM级联生成微波信号光学六倍频方案，并且对该方案进行了理论分析和实验验证。实验结果中各个性能指标为：OSSR为21dB；RFSSR为15.1dB；相位噪声恶化15.9dB。此外，该方案由于没有用到任何滤波器，频率可调谐性好。实验中分别利用6GHz、7GHz、8GHz以及9GHz四个频率的本振信号进行了倍频实验，验证了系统频率可调谐性。
　　（3）研究了一种利用IM和DPMZM级联生成微波信号光学八倍频方案，没有使用任何滤波器，并进行了理论分析和实验验证。实验中，利用4GHz和本振信号生成了32GHz的微波信号，其RFSSR达到了15dB。倍频系统没有引入额外的相位噪声。因为该方案只使用了IM和DPMZM，和其他方案相比，该方案结构简单。除此之外，该方案生成的微波信号频谱纯度高并且频率可调谐性好。
　　（4）研究了一种利用嵌入IM的Sagnac环和DPMZM级联生成微波本振光学八倍频的方案，没有使用任何滤波器，是对上述八倍频方案的优化；该方案用实验进行了验证。实验中，利用4 GHz的本振信号生成了32 GHz的微波信号。实验中观察到OSSR为20dB；RFSSR为17dB；系统没有引入额外的相位噪声。实验中还对频率可调谐性进行了验证。
　　（5）提出了一种基于双DPMZM级联生成微波本振光学十二倍频的方案，没有使用滤波器，并利用光学仿真软件VPI进行了仿真分析。仿真中，利用5GHz的本振信号生成了60GHz的微波信号，仿真中观察到OSSR达到了23.6dB；RFSSR达到了16.1dB。仿真中还对频率可调谐性进行了分析。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2微波光子学简介

1.3微波光子本振倍频技术研究现状

1.4微波信号的光学生成方法

1.5论文结构安排

第二章 外调制法的核心器件和技术

2.1电光调制器

2.2光电探测器

2.3外调制法的调制方式

2.4电光调制器正反调制

2.5倍频性能指标

2.6本章小结

第三章 外调制技术的微波本振倍频方案概述

3.1二倍频方案

3.2四倍频方案

3.3六倍频方案

3.4八倍频方案

3.5本章小结

第四章 基于IM和Sagnac环的六倍频方案研究

4.1方案原理

4.2实验验证

4.3频率可调谐性验证

4.4本章小结

第五章 基于IM和DPMZM八倍频的方案研究

5.1基于IM和DPMZM级联的八倍频方案

5.2基于嵌入IM的Sagnac环和DPMZM级联八倍频研究

5.3本章小结

第六章 基于双DPMZM级联十二倍频方案研究

6.1方案原理

6.2仿真验证

6.3频率可调谐性验证

6.4本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

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