微波光子谐波变频技术研究

摘要

微波光子学是微波技术与光子学相结合的产物。相比传统技术，微波光子技术具有低损耗、大带宽、抗电磁干扰、体积小以及重量轻等优势。随着目前信息业务的多样化以及通信频段的提高，传统微波混频技术面临带宽受限、频率可调性差、隔离度低、电磁干扰严重等电子瓶颈，传统电域变频技术逐渐难以满足未来电子系统发展需要。而微波光子变频技术可以很好的解决这些难题，从而在未来电子系统中具有较大的应用前景，近些年来受到广泛的关注和研究。本文面向未来电子系统发展需求，针对目前微波光子变频领域存在的技术难题，对低本振频率需求、高变频效率的微波光子变频技术开展具体研究。
　　本文的基础性工作主要有：首先介绍微波光子变频技术的主要器件，对它们的工作原理进行理论分析。接着在VPI仿真软件中对常见的三种调制方式，即单边带调制、双边带调制以及抑制载波双边带调制做了仿真分析。其次介绍了微波光子变频技术的三个关键性指标，即变频增益、噪声系数以及无杂散动态范围。另外还研究了一些已经被提出的微波光子变频方案，对这些方案进行理论分析以及仿真验证。
　　在第四章提出了一种基于 Sagnac环的本振二次谐波变频方案，该变频方案具有以下几个优点：利用本振二次谐波进行变频，降低了变频系统对本振信号的频率要求；抑制了光载波，可以有效提高变频效率；并且由于RF以及LO信号是利用不同的调制器进行调制，因此尤其适合天线拉远系统。在实验中利用频率为4GHz的LO信号以及25GHz的RF信号经过上下变频后分别得到33GHz以及17GHz的信号，其中IF-RF隔离度为32.72dB，变频增益为-12.2dB，动态范围为102.1dB?Hz2/3。
　　在第五章提出了一种基于DP-DPMZM的本振四次谐波变频方案，该变频方案具有以下几个优点：利用本振四次谐波进行变频，进一步降低了变频系统对本振信号的频率要求；抑制了光载波，可以有效提高变频效率。在仿真中利用频率为2GHz的LO信号以及30GHz的RF信号经过上下变频后分别得到38GHz以及22GHz的信号，其中IF-RF隔离度为30dB，变频增益为-12dB，动态范围为102.5dB?Hz2/3。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文主要工作内容

第二章 微波光子变频的主要器件与关键技术

2.1微波光子变频技术主要器件

2.2直接调制与外调制

2.3常见的外调制方法

2.4性能指标

2.5本章小结

第三章 几种典型的基于外调制技术的变频方案分析

3.1基于级联IM的变频方案

3.2基于DDMZM的变频方案

3.3基于DPMZM的变频方案

3.4基于IM和DPMZM级联的变频方案

3.5本章小结

第四章 基于Sagnac环的本振二次谐波变频方案

4.1萨格奈克环原理

4.2调制器正反调制原理

4.3方案结构与理论推导

4.4实验验证

4.5本章小结

第五章 基于DP-DPMZM的本振四次谐波变频方案

5.1方案结构与理论推导

5.2仿真验证

5.3本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介