【摘要】：微波信號(hào)的獲取及合成在雷達(dá)、無(wú)線通信等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的電子學(xué)方法在獲取及合成高頻、大帶寬信號(hào)時(shí),會(huì)受限于器件帶寬,而利用光子學(xué)大帶寬、低損耗、抗電磁干擾等優(yōu)勢(shì),可實(shí)現(xiàn)高頻率和大帶寬的微波信號(hào)獲取及合成,因而通過光子學(xué)方法產(chǎn)生及處理微波信號(hào)具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。本論文研究了通過光子時(shí)間拉伸技術(shù)進(jìn)行微波信號(hào)獲取及合成的關(guān)鍵技術(shù),建立了光子時(shí)間拉伸系統(tǒng)理論模型,開展了系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)的研究,在此基礎(chǔ)上通過仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)理論進(jìn)行了驗(yàn)證;本論文提出一種實(shí)時(shí)的頻譜感知系統(tǒng),并通過抑制輸出信號(hào)的三階交調(diào)分量,提高了頻譜感知系統(tǒng)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍;本論文提出了多通道時(shí)間交織的連續(xù)信號(hào)獲取方案,建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并分析了系統(tǒng)噪聲系數(shù)隨頻率變化的特點(diǎn),并通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能;本論文提出了一種多通道的時(shí)分復(fù)用的矢量信號(hào)合成方案,并對(duì)信號(hào)的性能進(jìn)行了分析。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下:為了能夠深入理解光子時(shí)間拉伸系統(tǒng),本文建立了嚴(yán)格理論模型,分別推導(dǎo)了將單頻、雙頻信號(hào)輸入到系統(tǒng)時(shí),輸出信號(hào)的各階諧波分量、互調(diào)分量的解析表達(dá)式。在此理論模型的基礎(chǔ)上,對(duì)影響系統(tǒng)性能的參數(shù)進(jìn)行研究,如系統(tǒng)帶寬、信號(hào)增益、噪聲系數(shù)、三階截點(diǎn)、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍等,并利用數(shù)值仿真進(jìn)行了驗(yàn)證。為了能夠?qū)掝l段的微波信號(hào)的頻譜信息進(jìn)行識(shí)別和提取,本文提出了 一種利用光子時(shí)間拉伸的頻譜感知方案,實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)頻譜的實(shí)時(shí)感知,系統(tǒng)的拉伸比達(dá)到158,反應(yīng)時(shí)間小于70ms。另一方面,本文提出了提高系統(tǒng)無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍的改進(jìn)方案,利用雙平行馬赫增德爾調(diào)制器上下兩臂的光強(qiáng)度以及相位差的調(diào)整,使光電探測(cè)器電流輸出的兩部分三階交調(diào)分量幅度相同、相位相反,從而抑制輸出信號(hào)的三階交調(diào)分量。通過理論分析確定了調(diào)制器偏置點(diǎn)所需要滿足的特殊條件,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一方案與單臂馬赫增德爾調(diào)制方式相比較,無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍提升23 dB。為了能夠?qū)Ω哳l率大帶寬的連續(xù)微波信號(hào)進(jìn)行獲取,本文提出了一種多通道的時(shí)間交織的連續(xù)信號(hào)獲取方案,建立了系統(tǒng)的理論模型,并通過理論分析,得出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)關(guān)鍵參數(shù)所需要滿足的特殊條件,討論了該系統(tǒng)的噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)頻率的相互關(guān)系,同時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了四通道連續(xù)信號(hào)獲取系統(tǒng),分別對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的獲取質(zhì)量進(jìn)行了分析,同時(shí)噪聲系數(shù)與輸入信號(hào)頻率的關(guān)系符合理論預(yù)測(cè)。為了能夠合成高頻率的寬帶微波信號(hào),本文提出了 一種多通道的時(shí)分復(fù)用的矢量信號(hào)合成方案,建立了相關(guān)系統(tǒng)模型,在此基礎(chǔ)上,討論了幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)性能的影響;同時(shí)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了雙通道時(shí)分復(fù)用的矢量信號(hào)的合成,同時(shí)對(duì)合成的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行了分析和討論。
【圖文】：

一種主流方案。當(dāng)砷化鎵／砷化鋁鎵激光器產(chǎn)生的激光的波長(zhǎng)在８５０邋ｎｍ附近時(shí)，梯度折射逡逑率的多模光纖具有較小的損耗；當(dāng)激光波長(zhǎng)在１３００邋ｎｍ或者１５５０邋ｎｍ附近時(shí)，單模光纖具有逡逑較低的損耗和色散。基本的微波光子鏈路如圖１．１所示，一個(gè)或多個(gè)微波頻率的模擬電信逡逑號(hào)通過光纖或光子鏈路傳輸，分別在光子鏈路的發(fā)射和接收側(cè)進(jìn)行電光和光電轉(zhuǎn)換。與同逡逑軸電纜或波導(dǎo)等常規(guī)電傳輸系統(tǒng)相比，微波光子鏈路的主要優(yōu)點(diǎn)包括：尺寸小，重量輕，逡逑成本低，在整個(gè)微波和毫米波調(diào)制頻率范圍內(nèi)衰減小且基本不變，抗電磁干擾能力強(qiáng)，低逡逑色散和高數(shù)據(jù)傳輸能力。與同軸電纜相比，微波光子鏈路在重量和衰減優(yōu)勢(shì)特別引人注逡逑目：當(dāng)傳輸信號(hào)頻率在２ＧＨｚ的時(shí)候，同軸電纜的重量為５６７邋ｋｇ／ｋｍ，損耗為３６０ｄＢ／ｋｍ，而逡逑石英光纖重量通常為１．７邋ｋｇ／ｋｍ和０．５邋ｄＢ／ｋｍ。即使考慮在早期的微波光子鏈路中，由于光逡逑電和電光轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)化效率所帶來(lái)的功率損耗高達(dá)４０邋ｄＢ，徵波光子鏈路在長(zhǎng)距離的信號(hào)傳逡逑輸和處理中仍然有著顯著的優(yōu)勢(shì)。逡逑自２０世紀(jì)７０年代后期以來(lái)

體的調(diào)制器從功能上可以分成相位調(diào)制器和強(qiáng)度調(diào)制器兩種。其中相位調(diào)制器通過外加逡逑電壓到電光晶體的一個(gè)光軸上，使通過晶體的光的一個(gè)偏振方向產(chǎn)生相位變化，而強(qiáng)度逡逑調(diào)制器則多通過馬赫增德爾（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ，邋ＭＺ）干涉原理制成。圖１．２展示的就是以鈮逡逑酸鋰為襯底的ＭＺ干涉型強(qiáng)度調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)，輸入光信號(hào)經(jīng)過在一個(gè)Ｙ型波導(dǎo)被分成逡逑功率相等的兩束光，分別通過兩個(gè)直波導(dǎo)傳輸，直波導(dǎo)的ｙ方向受到了外加電場(chǎng)的影響，逡逑使得經(jīng)過直波導(dǎo)的光波的相位由于電光效應(yīng)而發(fā)生變化。由于加在兩個(gè)直波導(dǎo)上的電場(chǎng)逡逑不同，在經(jīng)過第二個(gè)Ｙ型波導(dǎo)時(shí)，兩束光信號(hào)產(chǎn)生干涉，最終實(shí)現(xiàn)光信號(hào)強(qiáng)度上的變化。逡逑這種ＭＺ干涉型強(qiáng)度調(diào)制器具有制作成本低，消光比高，插入損耗低、調(diào)制帶寬大等優(yōu)逡逑點(diǎn)，因此已經(jīng)得到大規(guī)模的商用�，F(xiàn)在商用的馬赫增德爾調(diào)制器（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ邋Ｍｏｄｕｌａｔｅｒ，逡逑ＭＺＭ）的３ｄＢ工作帶寬已經(jīng)可以超過４０ＧＨｚ［２４￣２６］。文獻(xiàn)［２４］中，長(zhǎng)度為２ｃｍ的ＭＺＭ的３ｄＢ逡逑工作帶寬超過７０0１＾，，半波電壓１４為５．１￥，插入損耗只有３（＾。文獻(xiàn)［２７］表明，現(xiàn)在已經(jīng)逡逑可以制造Ｋ小于２Ｖ
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN015;O43

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