CN110808789B - 基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法，将同一光源分为两路，一路利用IQ调制器将基带信号调制到光波，另一路利用强度调制器的载波抑制方式将载频信号调制到光波，并通过光滤波器滤出一阶上边带，随后两路光合并送入光电探测器进行拍频，生成频率稳定的宽带射频信号，可用于复杂电磁环境的拟真模拟中。本发明方法解决了多干扰源构成的电磁环境信号的物理模拟问题，可应用于复杂电磁环境拟真模拟中。

Description

基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法
技术领域
本发明属于光子上变频技术领域，尤其涉及一种基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法。
背景技术
电子设备受到复杂电磁环境的影响，其工作性能将会下降。为了对电磁环境效应进行深入研究，物理模拟接近真实的电磁环境是一种重要手段。真实环境下，由于辐射源众多、样式复杂，复杂电磁环境物理模拟面临的最大难点是模拟超宽带的电磁环境信号。受到电子器件带宽限制，超宽带模拟实现难度大，且随着所需模拟的环境信号频率增大，对电子器件的要求会更高。因此，需要通过光学方法来简单高效地线性生成超宽带高频电磁环境信号。其中，光外差法拥有最高的带宽和频率上限，且信噪比较好，是此场景下的首选方案。传统的光外差法利用两个独立光源进行拍频，方案简单，对器件带宽要求低，但两光源间存在随机相位噪声，难以保证频率的稳定。目前通常采取一些辅助手段来解决这些问题，如光注入锁定、光学锁相环、光注入锁相环等。光注入锁定通过给主激光器添加射频驱动，其出射的光波包含了很多对称边带，随后被注入两个频率分别与±n阶边带频率大小相近的从激光器，实现了频率锁定，这种方法带来的相位噪声低，但锁定的带宽范围有限。光学锁相环法将两激光器光波通过光电探测器拍频后得到的信号与一参考信号进行比较，并将误差信息通过环路反馈给其中一个激光器，激光器根据误差信息改变其输出，从而完成频率锁定，这种方法锁定范围广，但对相位噪声的抑制能力较低。光注入锁相环法结合了上述两种方法，有较大的锁定范围及较好的相位噪声抑制能力，但***过于复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法，解决了多干扰源构成的电磁环境信号的物理模拟问题，可应用于复杂电磁环境拟真模拟中。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法，该方法包括以下步骤，步骤一，将连续光波分成至少两路；步骤二，一路将基带信号调制到光波，另一路利用强度调制器的载波抑制方式将载频信号调制到光波；步骤三，两路光合并送入光电探测器处拍频；步骤四，通过滤波器滤除谐波，最终得到射频线性调频信号。
按上述技术方案，连续光波为同一频率为fc的光源产生。
按上述技术方案，所述步骤二中，一路通过该IQ调制器将基带信号调制到光波。
按上述技术方案，所述步骤二中，另一路通过载波抑制模式的MZM将频率为f0的正弦波载频信号调制到光波，获得两个一阶边带并通过光滤波器滤出一阶边带，得到频率为fc+ f0或者fc-f0光波。
按上述技术方案，所述步骤二中，通过使用由两个偏置在最小传输工作点的马赫曾德尔调制器与一个90°相移器构成的IQ调制器，将基带复信号I、Q两路调制到光波上。
本发明产生的有益效果是：解决了多干扰源构成的电磁环境信号模拟问题，可应用于各种复杂电磁环境的拟真模拟中。本发明提出的线性生成方案简单高效，支持超大带宽、超高频率，且频率稳定，具有较强的工程实用性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中超宽带高频电磁环境信号生成方案原理图；
图2是本发明实施例中MZM调制器传输曲线；
图3是本发明实施例中IQ调制器结构示意图；
图4是本发明实施例中激光器输出光谱；
图5是本发明实施例中IQ调制器后的光谱；
图6是本发明实施例中光滤波器后的光谱；
图7是本发明实施例中光电探测器前的光谱；
图8是本发明实施例中电滤波器后的频谱；
图9是本发明实施例中光学方法与电域上变频法得到的射频线性调频信号时域波形对比图的双脉冲波形对比；
图10是本发明实施例中光学方法与电域上变频法得到的射频线性调频信号时域波形对比图的局部放大对比。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，如图1所示为整体生成方案原理图。首先，由同一频率为193.1THz、功率为0dBm的光源产生的连续光波分成两路，一路通过IQ调制器将带宽为2GHz、脉冲宽度为1μs、重复周期为5μs基带线性调频信号调制到光波，另一路通过载波抑制模式的MZM 将10GHz正弦波载频信号调制到光波，获得两个一阶边带并通过光滤波器滤出一阶上边带，得到频率为193.11THz光波。随后两路光合并送入光电探测器处拍频，并通过电滤波器滤除谐波，最终得到10GHz射频线性调频信号，实现了超宽带电磁环境信号地线性生成。
图2所示为典型的MZM传输曲线。马赫曾德尔调制器(MZM)是一种常用的光调制器，通过调整直流偏置电压，可改变调制器的工作状态，从而得到不同的输出信号。
光源输出光波信号与射频驱动信号表达式为：
ECW(t)＝E0exp(j2πfct) (1)
ERF(t)＝sin(2πfst) (2)
其中E0是光波幅度，fc为光波频率，fs为射频信号频率。调整直流偏置电压，使MZM处于最小传输工作点，则MZM输出信号为：
Figure BDA0002269786560000031
其中，Jn为n阶第一类贝塞尔函数，κ＝πVDC/Vπ，VDC和Vπ分别为MZM的直流偏置电压和半波电压。可以看出，当MZM处于最小传输工作点时，只产生奇数阶边带，偶数阶边带被抑制。相邻边带间的频率间隔为2fs，且随着边带阶数增加，边带功率减小，在小信号情况下可忽略高阶边带，只考虑两个一阶边带，即载波抑制(OCS)模式。
图3所示为IQ调制器结构示意图，由两个都偏置在功率传输函数最低点的MZM与一个90°相移器构成。基带线性调频信号I、Q两路信息可经由IQ调制器调制到光波。
图4-图8所示为方案中各点的光谱/频谱图。
图9、图10所示为本发明发法与电域上变频方法得到的射频线性调频信号时域波形对比图，其中，灰色代表本方案得到的信号，黑色代表电域上变频得到的信号，由两波形的相似性可见本方案可线性地将超宽带基带信号上变频到射频。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于光外差技术的超宽带高频电磁环境信号生成方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，步骤一，将连续光波分成至少两路；步骤二，一路将基带信号调制到光波，另一路利用强度调制器的载波抑制方式将载频信号调制到光波；步骤二中，另一路通过载波抑制模式的MZM将频率为f0的正弦波载频信号调制到光波，获得两个一阶边带并通过光滤波器滤出一阶边带，得到频率为fc+ f0或者fc- f0光波；一路通过IQ调制器将基带信号调制到光波，通过使用由两个偏置在最小传输工作点的马赫曾德尔调制器与一个90°相移器构成的IQ调制器，将基带复信号I、Q两路调制到光波上；步骤三，两路光合并送入光电探测器处拍频；步骤四，通过滤波器滤除谐波，最终得到射频线性调频信号；连续光波为频率为fc的光源产生。
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