本文關鍵詞：基于強度和相位調制的微波光子下變頻方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微波光子下變頻是一種新型的降頻技術,現(xiàn)已廣泛應用于信號接收、遠程遙感、相控陣雷達以及衛(wèi)地通信等諸多領域。與傳統(tǒng)的微波下變頻技術相比,微波光子下變頻技術具有帶寬大、抗電磁干擾能力強、傳輸損耗小的性能特點,很好的彌補了微波下變頻技術在處理高頻、寬帶微波信號時,在帶寬和處理速率上的不足。同時,微波光子下變頻技術所需器件的集成度高、熱效應小,在設備成本和體積上也具有優(yōu)勢,符合當下系統(tǒng)小型化的發(fā)展趨勢,具有廣闊的應用前景。本文系統(tǒng)的分析了微波光子技術的發(fā)展和微波光子下變頻技術的研究現(xiàn)狀,對典型的微波光子下變頻方法進行了性能分析。闡述了馬赫曾德強度調制器(MZM)、相位調制器(PM)和光電探測器(PD)的工作原理,分別提出了針對馬赫曾德強度調制器直流和射頻半波電壓的測量方法,并進行了綜合實驗測量；最終提出了基于MZM-PM級聯(lián)結構的微波光子下變頻系統(tǒng),理論分析了其下變頻原理,并利用Opticsystem仿真軟件驗證了該原理的可行性。在實驗室中構建了該結構的微波光子下變頻鏈路系統(tǒng),且進行了性能測試實驗。研究工作的主要內容如下：1.理論推導了MZM、PM和PD的工作原理,得出其輸入和輸出光場表達式。對下變頻系統(tǒng)的主要性能評價參量,系統(tǒng)增益、噪聲系數(shù)和無雜散動態(tài)范圍(SFDR)的基本定義進行了詳細說明,對它們的計算方法進行了簡要推導。2.提出并驗證了MZM的直流半波電壓和射頻半波電壓的測量方法,分析其在不同調制條件下的變化趨勢。對于直流半波電壓的測量,我們通過在待測MZM的偏置電壓端口上輸入低頻三角波信號的方式進行測量,避免了在傳統(tǒng)的極值測量法中,為定位MZM輸出功率的最大值或最小值所帶來的操作難度,降低了設備不穩(wěn)定度對測量結果的影響,提高了測量精度和準確度。針對MZM的工作狀態(tài)會受環(huán)境影響而產生漂移的問題,設計并制作了直流偏置反饋模塊,實驗驗證了反饋模塊的有效性,為射頻半波電壓的測量提供了重要的前提條件。利用光譜分析方法實現(xiàn)射頻半波電壓的測量,利用奇次邊帶間的強度比計算得出待測MZM的射頻半波電壓。由于該方法是在頻域中進行分析計算,所以該方法的抗干擾能力較強,并且可以在不同的調制頻率或功率下,測量MZM的射頻半波電壓。實驗結果表明調制信號的頻率變化對MZM的射頻半波電壓的影響很大,體現(xiàn)為射頻半波電壓隨著調制頻率的增加而明顯增大。3.提出了基于MZM-PM級聯(lián)結構的微波光子下變頻系統(tǒng)。對該系統(tǒng)的變頻原理進行了理論推導和仿真實驗,模擬計算了該系統(tǒng)的下變頻性能參數(shù)。在實驗室中成功搭建了該實驗系統(tǒng),并根據(jù)實際應用條件實現(xiàn)了對高頻信號的下頻率處理,驗證了MZM-PM級聯(lián)結構的下變頻可行性。同時,在該實驗系統(tǒng)上完成了對系統(tǒng)增益和SFDR的性能測試,測得其最大系統(tǒng)增益為-34.65dB,最大SFDR為108.62 dB/Hz2/3,該結果與模擬仿真結果基本吻合�，F(xiàn)實中常規(guī)的微波光子下變頻系統(tǒng)多采用雙MZM級聯(lián)結構,通過搭建該結構的下變頻系統(tǒng)并進行對比實驗,得出基于MZM-PM級聯(lián)結構的下變頻系統(tǒng)在系統(tǒng)增益和SFDR兩方面均優(yōu)于采用MZM-MZM級聯(lián)結構的下變頻系統(tǒng),證實了MZM-PM級聯(lián)結構具備良好的下變頻能力,擁有深厚的發(fā)展?jié)摿Α?br/> 【關鍵詞】：微波光子學 下變頻 相位調制器 馬赫曾德強度調制器
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN015
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 微波光子學概述10-15
• 1.1.1 微波光子學的發(fā)展10-11
• 1.1.2 微波光子鏈路的主要結構和特點11-13
• 1.1.3 微波光子鏈路的應用13-15
• 1.2 微波光子下變頻技術的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 基于直接調制的下變頻技術16-17
• 1.2.2 基于外部電光調制的下變頻技術17-19
• 1.2.3 基于光頻梳的下變頻技術19-20
• 1.3 本論文主要研究內容20-22
• 第2章 微波光子下變頻技術中的關鍵器件和主要參數(shù)22-30
• 2.1 電光調制器的工作原理22-25
• 2.1.1 相位調制器的工作原理22-23
• 2.1.2 馬赫曾德強度調制器的工作原理23-25
• 2.2 光電探測器的工作原理25-26
• 2.3 微波光子鏈路的主要性能參數(shù)26-29
• 2.3.1 系統(tǒng)增益26
• 2.3.2 噪聲特性26-28
• 2.3.3 無雜散動態(tài)范圍28-29
• 2.4 本章小結29-30
• 第3章 對MZM半波電壓的綜合測量30-44
• 3.1 MZM半波電壓的測量原理30-33
• 3.1.1 MZM直流半波電壓的測量原理30-32
• 3.1.2 MZM射頻半波電壓的測量原理32-33
• 3.2 MZM直流半波電壓測量的實驗研究33-35
• 3.3 MZM射頻半波電壓測量的實驗研究35-38
• 3.4 直流偏置穩(wěn)定模塊的設計38-43
• 3.4.1 直流偏置穩(wěn)定模塊的工作原理39-41
• 3.4.2 直流偏置穩(wěn)定模塊的有效性測試41-43
• 3.5 本章小結43-44
• 第4章 基于MZM-PM級聯(lián)結構的微波光子下變頻系統(tǒng)的實驗研究44-58
• 4.1 基于MZM-PM級聯(lián)結構的下變頻原理44-46
• 4.2 基于MZM-PM級聯(lián)結構的下變頻仿真實驗46-51
• 4.2.1 對下變頻可行性的仿真驗證46-49
• 4.2.2 對系統(tǒng)增益的模擬和分析49-50
• 4.2.3 對無雜散動態(tài)范圍的模擬和分析50-51
• 4.3 實驗系統(tǒng)的搭建51-52
• 4.4 實驗系統(tǒng)的性能測試52-56
• 4.4.1 下變頻原理的可行性驗證52-53
• 4.4.2 系統(tǒng)增益的測試53-54
• 4.4.3 無雜散動態(tài)范圍的測試54-55
• 4.4.4 采用MZM-MZM級聯(lián)結構的對比實驗55-56
• 4.5 本章小結56-58
• 結論58-60
• 參考文獻60-66
• 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文66-68
• 致謝68-69

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本文編號：293990