【摘要】：寬帶、高效、靈活的微波變頻技術(shù)在無線通信、雷達通信、電子偵察與對抗等民用和國防領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用。光載微波變頻技術(shù)主要利用電光混頻效應(yīng)對微波信號在光域上進行變頻處理,具有大帶寬、低損耗、高隔離以及抗電磁干擾等優(yōu)點,是實現(xiàn)超寬帶微波信號變頻的優(yōu)選方案,但是傳統(tǒng)光域電光混頻的工作帶寬受限于微波本振源的頻率范圍和光電子器件的帶寬。因此,研究如何利用窄帶光電子器件和低頻微波本振源,實現(xiàn)寬頻帶、可重構(gòu)的光載微波變頻具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。本論文針對光載微波信號變頻技術(shù)分別開展了基于電光調(diào)制和四波混頻微波變頻技術(shù)的理論和實驗研究,并將微波變頻技術(shù)擴展應(yīng)用于微波光子器件測試和微波光子頻率測量。主要內(nèi)容如下:(1)在基于電光調(diào)制的微波變頻技術(shù)方面:提出了一種基于并聯(lián)電光調(diào)制的微波下變頻技術(shù)方案,通過選擇鎖模光源的兩束不同譜線,利用低頻微波本振,實現(xiàn)了步進可調(diào)的寬頻帶、可重構(gòu)光載微波下變頻。仿真表明其工作頻率范圍高達193.95GHz,實驗驗證了6.25~40GHz的微波信號下變頻到1GHz以內(nèi)的中頻信號,只需6.25GHz以內(nèi)的微波本振,且變頻系統(tǒng)的SFDR_3可達106.6dBc?Hz~(2/3);提出了一種基于循環(huán)電光調(diào)制的微波下變頻技術(shù)方案,利用循環(huán)電光調(diào)制相向移頻和低頻微波本振,實現(xiàn)了靈活可調(diào)、寬頻帶的光載微波下變頻,實驗驗證了5~40GHz的微波信號下變頻到0.5GHz的中頻信號,只需3~6GHz的微波本振。兩種技術(shù)方案均突破了傳統(tǒng)電光調(diào)制變頻技術(shù)中存在的器件帶寬限制。(2)在基于四波混頻的微波變頻技術(shù)方面:提出了一種基于級聯(lián)四波混頻(Cascaded Four-wave Mixing,CFWM)的諧波下變頻技術(shù)方案,通過MZM級聯(lián)SOA組成的諧波增強單元,實現(xiàn)光學(xué)本振的諧波增強,利用5GHz以內(nèi)的低頻微波本振,實驗驗證了3~40GHz微波信號下變頻到1GHz以內(nèi)的中頻信號,實現(xiàn)了寬頻帶、靈活可調(diào)的光載微波下變頻;在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于循環(huán)FWM的微波下變頻技術(shù)方案,通過循環(huán)FWM反饋回路,獲得譜寬增強至1.5nm(25dB范圍內(nèi))的低頻光學(xué)本振,實驗驗證了5~40GHz微波信號下變頻到2.44GHz以內(nèi)的中頻信號,只需4.88GHz的微波本振。兩種諧波變頻技術(shù)方案,利用低頻本振以及窄帶光電子器件,實現(xiàn)了靈活可調(diào)、寬頻帶的光載微波諧波下變頻。(3)在基于電光混頻的微波變頻測試技術(shù)方面:提出了一種基于級聯(lián)電光調(diào)制的變頻測試技術(shù),通過設(shè)置加載在級聯(lián)光電子器件上的微波信號頻率關(guān)系,實現(xiàn)了直接調(diào)制激光器、MZM和光電探測器各個光電子器件單獨頻率響應(yīng)的自校準(zhǔn)測試,實驗表明該變頻測試技術(shù)能夠節(jié)省一半的輔助器件帶寬或者擴展兩倍的測量頻率范圍,并且利用同一套測試系統(tǒng)實現(xiàn)三合一測試;提出了基于雙移頻的變頻測試,實現(xiàn)了40GHz測量范圍、50kHz測量精度的自校準(zhǔn)光濾波器頻響測試;提出了基于低頻檢測的變頻測試,借助分析固定頻率70±0.5MHz成份,實現(xiàn)了140GHz頻率范圍、50kHz測量精度的光濾波器頻響測試。(4)在基于電光混頻的微波瞬時測頻方面:提出了一種基于電光混頻的交叉互參考微波測頻技術(shù)。通過待測微波信號與兩個重頻不同的光頻梳分別進行電光混頻,獲得兩對下變頻信號,分析彼此之間頻率的交叉互參考關(guān)系,實現(xiàn)了準(zhǔn)確的多音微波信號瞬時測頻,克服了傳統(tǒng)雙頻梳測頻技術(shù)中存在測量盲區(qū)的問題。仿真和實驗表明,利用重頻為2.01GHz和2.047GHz的兩個光頻梳,可實現(xiàn)測量頻率范圍為20GHz、精度為±0.25MHz的多音微波測頻,并具有可擴展性。
【圖文】：

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文利用光域的寬帶資源，通過電光調(diào)制效應(yīng)，將頻率為 fs的其中一個直流光波上，最終經(jīng)過光外差檢測變頻信號。當(dāng)頻，上變頻到頻率為 fs+Δf 的高頻射頻(Radio-frequency, fs時，此時為下變頻，下變頻到頻率為fs-Δf 的中頻(Intermed到兩直流光波相干性差的影響，導(dǎo)致變頻信號的相位噪聲率增加，同時兩直流光波之間的頻率間隔可調(diào)性差，并且寬帶光電探測和鎖相環(huán)線路組成的復(fù)雜反饋系統(tǒng)來維持變發(fā)，，有學(xué)者通過電光調(diào)制的方式，產(chǎn)生靈活、可調(diào)的外差

第一章 緒論省理工學(xué)院林肯實驗室的 R. Helkey 對單片級聯(lián)和分立級聯(lián)比[20]，發(fā)現(xiàn)在分立級聯(lián)調(diào)制之間引入光放大模塊雖然有 3但是，隨著放大光信號功率的增大，系統(tǒng)鏈路噪聲也在增鏈路增益之間，需要一個折中的優(yōu)化方案。此外，這種級著系統(tǒng)鏈路失真的問題。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN15

【參考文獻】

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1 王恒;張尚劍;鄒新海;劉俊偉;張雅麗;李和平;劉永;;基于雙音外差的電光相位調(diào)制器半波電壓自校準(zhǔn)測量方法[J];物理學(xué)報;2015年12期

2 傘海生;溫繼敏;劉戩;謝亮;祝寧華;;基于光外差技術(shù)的超寬帶頻率響應(yīng)測量系統(tǒng)[J];光學(xué)學(xué)報;2005年11期

本文編號：2671295