CN106656322B - 利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法 - Google Patents
利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106656322B CN106656322B CN201610846182.3A CN201610846182A CN106656322B CN 106656322 B CN106656322 B CN 106656322B CN 201610846182 A CN201610846182 A CN 201610846182A CN 106656322 B CN106656322 B CN 106656322B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- modulator
- frequency
- branch
- polarization controller
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
- H04B10/075—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal
- H04B10/079—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems using an in-service signal using measurements of the data signal
- H04B10/0795—Performance monitoring; Measurement of transmission parameters
- H04B10/07955—Monitoring or measuring power
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种利用铌酸锂相位调制器实现瞬时频率测量的方法,该发明涉及微波技术领域及光通信技术领域,主要应用于电子侦察领域。所述该方法如附图所示,包括激光器、偏振控制器、相位调制器、标准单模光纤、光分路器、起偏器以及光接收机。利用铌酸锂相位调制器的偏振敏感特性,通过合理调节偏振控制器,可以同时实现相位调制和强度调制,结合光纤的色散特性,可以构造两个变化趋势相反的频率响应函数,因此所得的幅度比较函数在大的频带内有更快速的变化。通过计算上下两支路的功率比值,可以实现对待测微波信号的频率估计。该装置在1.6‑24.6 GHz范围内得到的测量误差小于±0.3 GHz。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域和微波技术领域,尤其涉及一种基于相位调制器的微波信号瞬时频率测量方法。
背景技术
在电子战领域中,为实现截获和识别来自于敌方的雷达或通信***的辐射信息,首先需要估计其电子***的工作频率。通过瞬时测频技术可快速地实现对辐射源频率的估计,以便于实现电子侦察、进攻和防御。
传统的电域瞬时测频***一般通过微波干涉实现对频率估计。采用微波干涉技术的瞬时频率测量***需要使用射频功分器和射频传输线,而这限制了***工作频率的扩展。随着现代雷达***逐渐向更高频段延伸,电域测频***将不再适用。
微波光子技术可以解决传统电子学方法很难甚至无法解决的问题。采用微波光子技术辅助的瞬时频率测量***,可以工作在更高频段,具有更低损耗、更小尺寸和抗电磁干扰等优点。因此,基于微波光子技术的瞬时频率测量技术有望在未来电子战领域发挥重要的作用。
本发明提出了一种结构简单的微波光子辅助瞬时频率测量***。利用铌酸锂相位调制器对TE和TM光模式调制效率不一致的特性,将已调光信号分为上下两个支路,利用单模光纤的色散特性,可以分别在上下两支路构造出变化趋势相反的两个功率衰落函数。通过比较两路信号的功率比值,可以快速的估计出入射微波信号的频率值。该装置结构简单,仅需要一个光源和一个相位调制器,易于实现。
发明内容
本发明的技术解决方案是:利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法,其特征在于:所述方法利用分布反馈激光器、偏振控制器、相位调制器、标准单模光纤、光分路器、起偏器以及光电探测器、矢量网络分析仪。激光器的输出端经过第一偏振控制器与相位调制器相连,相位调制的输出端与标准单模光纤相连,光纤输出端口与光分路器相连,光分路器的第一输出端口与光接收机1相连,光分路器的第二输出端口分别依次连接偏振控制器和起偏器,最后注入光接收机2。
上述相位调制器为Z轴切割相位调制器,对TM光模式的调制效率明显高于TE光模式。
上述光接收机由一个波导集成PIN二极管和一个跨阻放大器构成。
利用相位调制器实现瞬时微波频率测量的方法包括以下步骤:
(1)由激光器输出的波长为λ的线偏振光经过偏振控制器注入到相位调制器中,调节偏振控制器使得入射线偏振光与相位调制器的主轴呈45°;
(2)未知频率的待测微波信号经相位调制器的射频端口加载到相位调制器上,调制输出TM与TE的偏振复用信号;
(3)偏振复用信号经过5km标准单模光纤传输;
(4)利用光分路器将经光纤传输的偏振复用光信号均等分成上下两个支路;
(5)上支路的光信号直接注入光接收机;
(6)下支路的光信号先经过偏振控制器,然后在起偏器处实现TE与TM偏振信号的干涉,经过干涉后的光波为线偏振光,进入光接收机。
(7)通过调节下支路的偏振控制器,可同时改变起偏器的主轴与TE和TM偏振态的夹角,以及TE与TM两个偏振态之间的相对相移,实现上下两支路的频率响应函数具有相反的变化趋势。
(8)通过计算上下两支路的电信号功率比,可以唯一的确定出待测微波信号的频率值。
本发明提出了一种结构简单的微波光子辅助瞬时频率测量方法。该方法利用铌酸锂相位调制器对TE和TM光模式的调制效率不同的特性,将已调光信号分为上下两个支路,利用单模光纤的色散特性,可以分别在上下两支路构造出变化趋势相反的两个频率响应函数,通过比较上下支路的功率,可以构造一个具有较大斜率的幅度比较函数,进而实现更大带宽范围内的高精度瞬时频率测量。
该方法仅需要一个相位调制器,因此不需要偏压控制电路。单激光源的配置使得***不需要光波分复用装置,且测频精度不受光源功率浮动的影响。
该方法不需要射频功分器或电混频器等频率受限的器件,***的测频范围仅受光发射机和光接收机的带宽限制。
附图说明
图1 为本发明基于相位调制器的瞬时频率测量原理图;
图2 为实验测试中,上下两支路的频率响应函数图;
图3 为实验测试中,得到的上下两支路功率比值曲线图;
图 4 为实验测试中,频率测量结果;
图5为实验测试中,频率测量误差结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例:
如图1所示,本实施例中,装置包括:分布反馈激光器、偏振控制器1、矢量网络分析仪、相位调制器、光分路器、偏振控制器2、起偏器、光接收机1和光接收机2。激光器的输出端口与偏振控制器1的输入端口相连,偏振控制器的输出与相位调制器的输入端口相连,射频信号源的输出与相位调制器的射频端口相连。相位调制器的输出端口与光纤的输入端口相连,光纤的输出端口与光分路器的输入端口相连,光分路器的上支路输出直接与光接收机1相连,光分路器的下支路输出分别依次连接偏振控制器2和起偏器,起偏器的输出端口与光接收机的输入端口相连。通过调节两个偏振控制器,上下两支路的频率响应函数具备相反的变化趋势,通过计算功率比值即可估计射频信号的输入功率。
在本实例中,方法的具体实施步骤是:
步骤一、激光器产生工作波长为1552 nm的光载波经偏振控制器1后输入到半波电压为7 V的Z轴切割相位调制器。调整偏振控制器1使得输入的线偏振光与相位调制器的主轴呈45°。矢量网络分析仪的射频输出与相位调制器的射频端口相连,输出射频功率设置为-3 dBm。
步骤二、调制后的偏振复用信号输入到5 km标准单模光纤中,光纤的色散系数为17 ps/nm/km。
步骤三、光纤输出的光信号分为上下两个支路。上支路直接与光接收机1相连,下支路输出依次与偏振控制器2、起偏器和光接收机2相连。调节偏振控制器2使得在两个偏振态之间引入的相对相移为0.8π,偏振方向与起偏器夹角为0.14π。
步骤四、光接收机的输出端与矢量网络分析仪的射频输入端相连。利用矢量网络分析仪可以得到上下两支路的频率响应曲线,如图2所示。
步骤五、根据所得的频率响应曲线,利用上下两支路的功率比值可以构造出幅度比较函数,如图3所示。利用所测得数据建立频率与射频功率比对应的查找表。
步骤六、为了验证测量***的可行性,将输入的射频信号功率改为-20 dBm,改变输入信号的频率,并记录上下两支路的功率。利用已建立的查找表,通过查表搜索实现频率的估计。测量结果如图4所示,对应的测量误差如图5所示,误差小于±0.3GHz。
综上,本发明利用铌酸锂相位调制器实现了对微波信号的瞬时频率测量,该装置结构简单易于实现,价格低廉,不受电子瓶颈影响。此外,由于仅采用了单个激光源,***不需要波分复用装置,且测量精度不受光源功率波动的影响。该方案仅需要一个相位调制器,不存在由环境影响而产生的偏压漂移问题,故不需要复杂的偏压控制电路。通过构造两个变化趋势相反的频率响应函数,该方案可实现大范围高精度的微波频率测量。
总之,以上所述实施方案仅为本发明的实施例,并非仅用于限定本发明的保护范围,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在本发明公开的内容上,还可以做出若干等同变形和替换,相位调制器不限于Z轴切割,光载波波长、光纤的长度、色散值、偏振态等的调整也应视为本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法,其特征在于,所述方法采用了分布反馈激光器、偏振控制器、相位调制器、标准单模光纤、光分路器、起偏器以及光接收机,激光器的输出经过第一偏振控制器与相位调制器相连,未知频率的待测微波信号输入相位调制器的射频端口,相位调制器的输出与光纤相连,光纤输出端口与光分路器相连,光分路器的第一输出端口与第一光接收机相连,光分路器的第二输出端口分别依次连接第二偏振控制器和起偏器,最后注入第二光接收机,通过测量和比较输出的射频功率可以估计待测信号的频率信息,所述相位调制器对于TE和TM光模式的调制效率不同,通过调节第一偏振控制器使得入射线偏振光与相位调制器主轴呈一定角度,经过光纤传输后,光分路器的上支路输出为相位调制信号,调节下支路的第二偏振控制器,经过起偏器后可以实现电光强度调制,考虑到色散效应,上支路和下支路的频率响应函数具有相反的变化趋势,利用矢量网络分析仪可以测得上下两支路的频率响应函数,利用所得数据,计算上支路同下支路的功率比,可以建立起频率-射频功率比的查找表,对于未知频率的待测微波信号,计算上下支路的功率比,通过搜索查找表的方法可以快速估计待测信号的频率信息。
2.根据权利要求1所述的利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法,其特征在于,相位调制器对于TE和TM光模式的调制效率不同,结合偏振控制器和起偏器可以同时实现相位调制和强度调制。
3.根据权利要求1所述的利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法,其特征在于,上下支路的频率响应函数具有相反的变化趋势,通过计算上下两支路的功率比,所得的幅度比较函数在更大的频率范围内有较大的斜率。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610846182.3A CN106656322B (zh) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | 利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610846182.3A CN106656322B (zh) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | 利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106656322A CN106656322A (zh) | 2017-05-10 |
CN106656322B true CN106656322B (zh) | 2019-04-23 |
Family
ID=58854545
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610846182.3A Active CN106656322B (zh) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | 利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106656322B (zh) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107835053B (zh) * | 2017-11-08 | 2020-10-20 | 西安电子科技大学 | 一种高精度瞬时微波频率测量装置 |
CN108226297A (zh) * | 2018-01-15 | 2018-06-29 | 国网江苏省电力公司检修分公司特高压交直流运检中心 | 一种基于光纤光栅的真空管波纹管表面裂纹检测方法 |
CN108449131B (zh) * | 2018-04-16 | 2019-11-08 | 苏州六幺四信息科技有限责任公司 | 一种基于混频的相干光接收机参数测量方法、装置 |
CN110059326B (zh) * | 2018-04-20 | 2023-05-05 | 南方科技大学 | 一种用于调试微波器件的仿真方法和仿真*** |
CN108833006A (zh) * | 2018-06-29 | 2018-11-16 | 中国科学院半导体研究所 | 基于微波光子滤波器的瞬时频率测量装置及方法 |
CN109951227A (zh) * | 2019-02-12 | 2019-06-28 | 中国科学院半导体研究所 | 微波瞬时测频装置、电路和方法 |
CN110632388B (zh) * | 2019-09-27 | 2020-10-02 | 南京航空航天大学 | 一种基于混频的光电探测器频响测量方法及装置 |
CN110988474B (zh) * | 2019-12-26 | 2021-09-28 | 中国科学院国家天文台 | 频谱测量*** |
CN111277325B (zh) * | 2020-01-20 | 2021-05-04 | 北京邮电大学 | 一种基于偏振调制器的测量范围可调的瞬时频率测量方法和*** |
CN112751610A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-04 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种测量smzm调制臂相移函数的方法与*** |
CN115225159B (zh) * | 2022-07-15 | 2023-10-13 | 中国电子科技集团公司第三十四研究所 | 增强光相位调制信号解调光信噪比装置及方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102156221A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-08-17 | 南京航空航天大学 | 一种基于光子集成回路的微波频率瞬时测量装置及方法 |
CN105812053A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-27 | 北京邮电大学 | 瞬时频率测量方法及*** |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7809222B2 (en) * | 2005-10-17 | 2010-10-05 | Imra America, Inc. | Laser based frequency standards and their applications |
-
2016
- 2016-09-19 CN CN201610846182.3A patent/CN106656322B/zh active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102156221A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-08-17 | 南京航空航天大学 | 一种基于光子集成回路的微波频率瞬时测量装置及方法 |
CN105812053A (zh) * | 2016-03-07 | 2016-07-27 | 北京邮电大学 | 瞬时频率测量方法及*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106656322A (zh) | 2017-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106656322B (zh) | 利用相位调制器实现瞬时频率测量的方法 | |
CN107528638B (zh) | 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法 | |
Zhou et al. | Instantaneous microwave frequency measurement using photonic technique | |
Zhang et al. | Instantaneous microwave frequency measurement using an optical phase modulator | |
CN106053938B (zh) | 利用双偏振调制器实现瞬时微波频率测量的装置及方法 | |
CN104020334B (zh) | 一种电光相位调制器半波电压测量***及测量方法 | |
Dai et al. | A simple photonic-assisted microwave frequency measurement system based on MZI with tunable measurement range and high resolution | |
CN103257463B (zh) | 锁定LiNbO3马赫–曾德尔调制器偏置工作点的方法 | |
Tu et al. | A photonic technique for instantaneous microwave frequency measurement utilizing a phase modulator | |
Zhang et al. | High resolution microwave frequency measurement using a dual-parallel Mach–Zehnder modulator | |
CN108616311A (zh) | 一种基于Mach-Zehnder型光滤波器频率测量的装置及方法 | |
CN107835053B (zh) | 一种高精度瞬时微波频率测量装置 | |
Iezekiel | Measurement of microwave behavior in optical links | |
Cao et al. | A filterless photonic approach for DFS and AOA measurement using a push-pull DPol-MZM | |
Wang et al. | Photonic microwave frequency measurement with improved resolution based on bandwidth-reduced stimulated Brillouin scattering | |
Wang et al. | Photonic microwave frequency measurement based on frequency-configurable pilot tones | |
CN113541780A (zh) | 一种基于光功率监控的瞬时频率测量装置 | |
Shang et al. | Tunable frequency-doubled optoelectronic oscillator based on a phase modulator in a Sagnac loop | |
Chen et al. | Photonics-based instantaneous microwave frequency measurement system with improved resolution and robust performance | |
Li et al. | Photonic system for Doppler-frequency-shift and Angle-of-arrival simultaneous measurement using dual-parallel Mach–Zehnder modulator | |
Wang et al. | Photonic-assisted approach for instantaneous microwave frequency measurement with tunable range by using Mach-Zehnder interferometers | |
CN111313983B (zh) | 微波瞬时频率提取和放大方法及瞬时频率测量方法与*** | |
CN113595629A (zh) | 一种基于相移增益比的微波光子频率测量装置 | |
Ni et al. | Photonic angle-of-arrival and time-dif ference-of-arrival measurement based on dual drive 1× 2 MZM | |
Wang et al. | Microwave frequency measurement using Brillouin phase-gain ratio with improved measurement accuracy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |