CN113949458A - 一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置及方法，装置包括激光器、偏振复用调制器、光滤波器、1/4波片、1/2波片、起偏器、光电探测器，由激光器发出的光波进入偏振复用调制器中，微波信号加载到偏振调制器上的一个子调制器上，偏振复用调制器输出的光信号滤波后依次输入到1/4波片以及各个通道的1/2波片、起偏器和光电探测器中，在光电探测器输出端得到移相后的微波信号。本发明移相方法通过使1/4波片旋转角度为45°，然后通过调节各通道1/2波片主轴的角度差，即可在保持微波信号幅度的恒定的条件下，对微波信号实现多通道移相。相较于现有的三环偏振控制器，本发明具有大带宽、多通道、结构简单、易于实现等优点。

Description

一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置及方法
技术领域
本发明涉微波技术领域和光子技术领域，主要涉及一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置及方法。
背景技术
微波信号的相位调控是正交解调***中的一个关键单元，目前的压控微波信号相位调控单元在频率为30GHz左右的相位精度典型值仅为±10°左右，较差的相位精度严重影响到了正交解调器后信号的误码率等。
相较于传统电域微波信号相位调控单元，光子辅助的微波信号相位调控是将微波信号调制到光载波上，利用偏振控制、电光效应、FBG滤波、SOA快慢光等原理实现光信号相位的调节，最后经过光电转换，完成微波信号的相位调控。利用宽带信号在光域窄带化的特点，实现了大带宽、幅度高平坦的微波信号相位调控。其中，基于光子偏振控制的微波信号相位调控在带宽、幅度平坦度方面可充分发挥光子辅助的技术优势，并在相控阵天线、基于正交解调的零中频接收机等***中得到了初步的技术验证。
目前已经报道了多种基于光子偏振控制的微波信号相位调控方案，但其在带宽、多通道、操作简便等方面均存在问题。如其中的偏振控制都是基于手动三环偏振控制器来实现，存在相位值无法对应的问题，难以应用于实际的微波***中。虽然已存在商用偏振控制器，但商用偏振控制器都需要三级或四级反馈才可实现偏振的稳定控制，偏振控制***结构复杂、成本高。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的问题，本发明提出了一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置及方法。通过光边带偏振复用结合1/4波片、1/2波片与起偏器级联的方式，先通过调节1/4波片，然后分路至不同通道中，分别连接1/2波片与起偏器，通过调节1/2波片的旋转角度，可在保持微波信号幅度恒定的条件下，实现各通道中微波信号相位的调节，具有大带宽、多通道、结构简单、易于实现等优点。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置，包括激光器、偏振复用调制器、光滤波器、1/4波片、光分路器、1/2波片、起偏器、光电探测器，激光器发出的光载波进入偏振复用调制器中，微波信号加载到偏振复用调制器的其中一个子调制器上，偏振复用调制器输出的光信号输入到光滤波器中；光滤波器滤出光载波和微波信号的一个光边带，形成偏振复用光信号；偏振复用光信号经过1/4波片，然后分路至m个通道，在每个通道中，分路过来的信号依次通过一个1/2波片、一个起偏器和一个光电探测器，通过调节1/4波片、1/2波片的旋转角度，在每个光电探测器输出端得到移相后的微波信号。
激光器输出的光载波为线偏光。
偏振复用调制器由两个马赫增德尔子调制器偏振复用组成，微波信号加载到其中一个直流偏置在最小点的马赫增德尔子调制器上，形成上下两个光边带；另一个马赫增德尔子调制器不加载微波信号，直流偏置在最大点。
偏振复用光信号由两个偏振方向正交的光信号组成，其中一个偏振方向上为光载波，另一个偏振方向上为微波信号的光边带。
激光器、偏振复用调制器、光滤波器、1/4波片、1/2波片、起偏器以及光电探测器通过保偏光纤相连。
一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置的移相方法，包括如下步骤：
旋转1/4波片，使其主轴与偏振复用光信号偏振方向成45°的夹角；
旋转各通道中1/2波片，使旋转后第n个通道中1/2波片的主轴与1/4波片主轴的角度差为βn，即可实现在保持微波信号幅度恒定的条件下，对微波信号移相2θpol+π/2-4βn，其中θpol为起偏器固定的起偏角度；n∈[1,m]。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
Figure BDA0003231556260000031
相比于现有电域微波信号移相方法，本发明提出的光子辅助的微波信号移相方法具有工作频段宽的优势。
Figure BDA0003231556260000032
相比于已有光子辅助微波移相方案，本发明提出的光子辅助的微波信号移相方法可实现多通道微波信号的移相，满足多通道移相***应用需求；
Figure BDA0003231556260000033
相比于已有光子辅助微波移相方案，本发明提出的光子辅助的微波信号移相方法将调解参量数降低至一个，***工作简单、易于实现。
附图说明
图1是本发明提供的一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置框图；
图2是本发明提供的不同相位操控下微波信号的波形；
图3是本发明提供的不同相位操控下微波信号的功率；
图4是本发明提供的不同频率下移相后微波信号的功率。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本实施例中包括：激光器、偏振复用调制器、光滤波器、1/4波片、1/2波片、起偏器、光电探测器组成。
由激光器发出的光载波(线偏光)进入偏振复用调制器中，微波信号加载到偏振调制器上，偏振复用调制器由两个马赫增德尔子调制器偏振复用组成，微波信号加载到其中一个工作在最小点的马赫增德尔子调制器上形成上下两个光边带。另一个马赫增德尔子调制器的不加载微波信号，工作在最大点。然后利用光滤波器滤出偏振复用的光信号，偏振复用光信号由两个偏振方向正交的光信号组成，其中一个偏振方向上为光载波，另一个偏振方向上为微波信号的光边带。
偏振复用光信号依次经过1/4波片，然后分路至不同通道，在各通道中依次输入1/2波片、起偏器和光电探测器中，最后在光电探测器输出端得到移相后的微波信号。其中1/4波片、1/2波片的旋转角度可任意调节，起偏器的起偏方向固定。
一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相方法，步骤如下：
先旋转1/4波片，直至观察到光电探测器后微波信号的幅功率最大，此时1/4波片与偏振复用光信号成45°的夹角α；
在1/4波片与偏振复用光信号成45°的夹角条件下，再旋转各通道中1/2波片角度，使旋转后第n个通道中1/2波片的主轴与1/4波片主轴的角度差为βn，即可在保持微波信号幅度的恒定的条件下，对微波信号移相2θpol+π/2-4βn，其中θPol为起偏器固定的起偏角度。
本发明利用波片级联结合起偏器的结构，通过先固定1/4波片的角度，然后仅需要旋转1/2波片角度即可实现微波信号的移相，具有操作简便、易于实现的优势。
本发明发明通过在1/2波片后进行分路，分别连接1/2波片与起偏器，即可在不影响多通道的幅频响应情况下，实现微波信号的多通道移相。
图2为当θpol＝-π/4时，1/2波片的主轴与1/4波片主轴的角度差依次为0°、11.25°、22.5°、45°时微波信号的波形，如图2所示，此时微波信号相位分别为0°、45°、90°、180°，由此可知，该方案可实现微波信号相位的调节。
图3为微波信号的功率随移相变化曲线，如图3所示，当1/4波片旋转角度为45°时，不同移相角度下，微波信号的功率基本不变。由此可知，该方案在实现微波信号的连续调节的情况下，对微波信号的幅度不会产生影响。
图4为微波信号的功率随频率变化曲线，如图4所示，该方法可实现9-40GHz微波信号的移相，不同频率下，微波信号的功率基本不变。由此可知，该方案具有工作频段宽的优势。
相比已有微波信号移相技术，本发明具有如下优点：
Figure BDA0003231556260000051
除宽带光滤波外，本发明不需要其他滤波器件，而宽带光滤波不会影响到***幅频、相频响应，本发明提出的光子辅助的微波信号移相方法具有工作频段宽的优势；
Figure BDA0003231556260000052
相比于已有光子辅助微波移相方案，本发明通过在各通道中调节1/2波片角度，在各通道分别获得不同的相移，可实现多通道微波信号移相；
Figure BDA0003231556260000053
相比于已有光子辅助微波移相方案，本发明提出的光子辅助的微波信号移相方法将调解参量数降低至一个，***工作简单、易于实现。
相较于现有的三环偏振控制器，本发明方法只需要调节一个变量，即可实现微波信号相位的调节，具有大带宽、多通道、结构简单、易于实现等优点。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置，其特征在于：包括激光器、偏振复用调制器、光滤波器、1/4波片、光分路器、1/2波片、起偏器、光电探测器，激光器发出的光载波进入偏振复用调制器中，微波信号加载到偏振复用调制器的其中一个子调制器上，偏振复用调制器输出的光信号输入到光滤波器中；光滤波器滤出光载波和微波信号的一个光边带，形成偏振复用光信号；偏振复用光信号经过1/4波片，然后分路至m个通道，在每个通道中，分路过来的信号依次通过一个1/2波片、一个起偏器和一个光电探测器，通过调节1/4波片、1/2波片的旋转角度，在每个光电探测器输出端得到移相后的微波信号。
2.根据权利要求1所述的一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置，其特征在于：激光器输出的光载波为线偏光。
3.根据权利要求1所述的一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置，其特征在于：偏振复用调制器由两个马赫增德尔子调制器偏振复用组成，微波信号加载到其中一个直流偏置在最小点的马赫增德尔子调制器上，形成上下两个光边带；另一个马赫增德尔子调制器不加载微波信号，直流偏置在最大点。
4.根据权利要求1所述的一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置，其特征在于：偏振复用光信号由两个偏振方向正交的光信号组成，其中一个偏振方向上为光载波，另一个偏振方向上为微波信号的光边带。
5.根据权利要求1所述的一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置，其特征在于：激光器、偏振复用调制器、光滤波器、1/4波片、1/2波片、起偏器以及光电探测器通过保偏光纤相连。
6.权利要求1所述一种宽频段多通道光子辅助微波信号移相装置的移相方法，其特征在于包括如下步骤：
旋转1/4波片，使其主轴与偏振复用光信号偏振方向成45°的夹角；
旋转各通道中1/2波片，使旋转后第n个通道中1/2波片的主轴与1/4波片主轴的角度差为βn，即可实现在保持微波信号幅度恒定的条件下，对微波信号移相2θpol+π/2-4βn，其中θpol为起偏器固定的起偏角度；n∈[1,m]。
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