光载无线系统中微波光子发生器研究

摘要

微波光子学将微波学、光子学、光电子学以及射频工程汇集在一起，成为一个全新的技术领域，为蜂窝、无线、卫星宽带通信，分布式天线系统，成像及雷达等军用和民用领域的发展打开了一扇充满希望的大门。其研究范围包括微波光子发生器、高频光电子器件、光子信号处理技术、光载无线(RoF)系统等。本文在国家自然科学基金重点和面上项目的资助下，针对微波光子发生器和相应的RoF系统，开展了一系列较为深入的理论、仿真及实验研究，取得的主要创新成果如下:
　　1、提出并实验验证了一种基于改进型前向调制(IFFM)技术八倍频毫米波光子发生结构，可在非相干双光源结构下，获得频率稳定的八倍频毫米波信号。同时提出并实验验证了一种中心边带锁定技术，将该技术与IFFM技术相融合，可大幅改善发生器频率调谐特性，生成信号频率涉及微波、毫米波以及太赫兹波段，这对提升该毫米波光子发生器的适用范围十分有益。
　　2、提出并研究了两种基于IFFM技术更高倍频毫米波光子发生结构，可在非相干双光源结构下，分别实现频率稳定十六倍频与三十二倍频毫米波信号生成。对比两种方案，发现IFFM技术中，载波抑制(OCS)调制过程倍频因子提升与方案整体倍频因子的提升有正相关性，提升方案整体倍频因子，仅需提升OCS调制过程的倍频因子即可实现;同时，通过改变OCS调制过程倍频因子，导致的方案整体倍频因子的变化，并未改变IFFM技术的基本特性。倍频因子的提升，对毫米波光子发生器最大输出频率、可调谐范围、性价比等指标，均产生积极的影响。
　　3、提出并研究了一种抗传输功率抖动高倍频因子微波光子发生器结构，可实现抗传输功率抖动二十倍频射频信号生成。借助方案高倍频因予以及抗传输功率抖动特性，可有效降低RoF系统器件成本、信号传输功率代价，并提升信号接收灵敏度，这对于提升RoF系统稳定性、灵敏性以及性价比十分有益。
　　4、提出并研究了一种抗传输功率抖动高倍频因子生成信号频率可调谐微波光子发生器结构，可实现抗传输功率抖动、频率可调谐、三十六倍射频信号生成。借助方案高倍频因子、抗传输功率抖动、生成频率可调谐特性，可使RoF系统在较低的器件成本下，实现100GHz以上频段通信;在不改变系统结构的情况下进行信号变换，同时具备较低的传输功率代价，这对于提升RoF系统稳定性、灵活性、广适性、保密性以及性价比十分有益。
　　5、提出并实验验证了一种四倍频矩形光学频率梳(ROFC)奈奎斯特脉冲光子发生器结构，可实现低调制指数四倍频ROFC生成，并成功将其转化为重复频率四倍于本振频率的奈奎斯特脉冲。该方案不仅为利用低速组件获取高速信号提供了良好的解决方案，同时受益于无内置滤波器件，因此所生成脉冲具备重复频率调谐特性，这对降低发生器成本和复杂性并提升其适用范围是十分有益的。
　　6、提出并研究了一种倍频因子可调谐多功能微波光子发生器结构，可实现对光边带之间相对功率关系的精确控制，从而使微波光子发生器具备倍频因子可调谐特性，可在内置调制器调制指数不变的情况下，实现二倍频射频信号生成与六倍频射频信号生成之间的转换。受益于发生器多功能特性，基于该发生器的RoF系统，可在本振源信号频率不变的情况下，实现数据在两个不同频段切换传输，这对于RoF系统安全性能的提升以及适用范围的拓展十分有益。
　　7、提出并研究了一种多功能微波/脉冲光子发生器结构，可实现三倍频射频信号与奈奎斯特脉冲生成。该方案为研究多功能微波光子发生器提供了一个新的方向，基于该方案的发生器成为真正意义上的微波/脉冲光子发生器。受益于无内置滤波器件，发生器所生成微波信号具备频率可调谐特性，所生成奈奎斯特脉冲具备重复频率可调谐特性，这些特性有助于进一步拓展微波/脉冲光子发生器适用范围，从而提升其性价比。

目录

声明

致谢

摘要

1绪论

1．1 引言

1．2 RoF技术概述

1．2．1 RoF技术的提出

1．2．2 RoF技术的优势

1．2．3 RoF技术的应用

1．2．4 RoF技术的研究热点

1．3 本论文所涉及相关领域研究进展

1．3．1 非相干双光源结构毫米波光子发生器

1．3．2 抗传输功率抖动微波光子发生器

1．3．3 奈奎斯特脉冲光子发生器

1．3．4 多功能微波光子发生器

1．4 本论文的结构安排

2非相干双光源频率稳定毫米波光子发生器研究

2．1 引言

2．2 基于IFFM技术八倍频毫米波生成方案

2．2．1 结构与原理

2．2．2 实验结果与讨论

2．3 基于1FFM技术更高倍频毫米波生成方案

2．3．1 基于IFFM技术十六倍频毫米波生成方案结构与原理

2．3．2基于IFFM技术三十二倍频毫米波生成方案机构与原理

2．3．3仿真验证结果与讨论(结合RoF系统)

2．4 本章小结

3抗传输功率抖动高倍频因子微波光子发生器研究

3．1 引言

3．2 抗传输功率抖动二十倍频微波光子发生器实现方案

3．2．1 结构与原理

3．2．2 仿真验证结果与讨论(结合RoF系统)

3．3 抗传输功率抖动三十六倍频微波光子发生器实现方案

3．3．1结构与原理

3．3．2 仿真验证结果与讨论(结合RoF系统)

3．4 本章小结

4奈奎斯特脉冲光子发生器研究

4．1 引言

4．2 基于四倍频矩形光学频率梳的奈奎斯特脉冲生成方案

4．2．1 结构与原理

4．2．2 实验结果与讨论

4．3 本章小结

5多功能微波光子发生器研究

5．1 引言

5．2 倍频因子可调谐多功能微波光子发生器方案

5．2．1 结构与原理

5．2．2 仿真验证结果与讨论(结合RoF系统)

5．3 多功能微波／脉冲光子发生器方案

5．3．1 结构与原理

5．3．2 仿真验证结果与讨论(结合RoF系统)

5．4 本章小结

6总结与展望

6．1 本论文的主要研究成果

6．2 下一步拟进行的工作

参考文献

附录

作者简历

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