大動態(tài)范圍微波光子鏈路的研究.pdf

1、微波光子鏈路是指將微波電信號調(diào)制到光載波上，通過光纖進行傳輸?shù)逆溌贰Ｅc全電鏈路相比，微波光子鏈路具有損耗低、帶寬大、尺寸小、質(zhì)量輕以及抗電磁干擾的優(yōu)點，因此被廣泛地應用于光載無線、射電天文和雷達系統(tǒng)等領域。目前，雷達及電子戰(zhàn)系統(tǒng)亟需大動態(tài)范圍的微波光子鏈路，如抗干擾雷達要求微波光子鏈路的無雜散動態(tài)范圍（Spurious-Free Dynamic Range，SFDR）須達到120～130dB·Hz2/3。而最常見的基于馬赫-曾德爾調(diào)制器

2、的外調(diào)制微波光子鏈路，其無雜散動態(tài)范圍一般只能達到110dB·Hz2/3左右。因此，大動態(tài)范圍微波光子鏈路是微波光子技術的關鍵技術，是目前微波光子學研究的熱點和重點之一。另外，本振信號的遠傳也要求微波光子鏈路具有很低的殘余相噪。本文研究重點為微波光子鏈路的動態(tài)范圍和殘余相噪，具體工作概況為以下幾部分:
　　(1)綜述了微波光子技術的發(fā)展、微波光子鏈路的應用及其國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。介紹了基于馬赫-曾德爾調(diào)制器(Mach-Zehnder

3、 Modulator, MZM)外調(diào)制微波光子鏈路的基本結(jié)構(gòu)和主要器件，建立了該鏈路的理論模型，并推導了該鏈路的主要性能參數(shù)與元器件參數(shù)之間的關系。分析了光纖損耗、色散與布里淵散射對鏈路性能的影響。
　　(2)提出了一種改善外調(diào)制鏈路動態(tài)范圍的雙波長雙并聯(lián)調(diào)制線性化方法。對該線性化方法進行了理論與實驗研究。實驗測得該線性化鏈路的SFDR達到了122.5dB·Hz4/5。采用MZM低偏置技術進一步優(yōu)化該線性化鏈路，其SFDR可達到1

4、27.6dB·Hz4/5。
　　(3)提出了一種測量長距離微波光子鏈路殘余相位噪聲的雙音互相關方法。該方法可以有效抑制參考源引入測量系統(tǒng)的相位噪聲，從而使長距離鏈路殘余相噪的測量成為可能。建立了雙音互相關殘余相噪測量方法的理論模型并對該測量方法進行了實驗研究?；谠摲椒y量了1m、2km和6km微波光子鏈路的殘余相噪，結(jié)果顯示6km鏈路的殘余相噪比1m鏈路惡化了10dB。
　　(4)基于雙音互相關方法對光電探測器的殘余相噪進

5、行了實驗研究。結(jié)果表明:探測器反偏電壓越大，其殘余相噪越小;探測器工作在線性區(qū)時，增大輸入光功率，其殘余相噪幾乎不變，探測器工作在飽和非線性區(qū)時，增大輸入光功率，其殘余相噪隨之增大;探測器非線性越嚴重，其殘余相噪越大。
　　(5)研制了激光器的電流驅(qū)動與恒溫控制電路以及MZM的偏置控制電路，并制作了微波光子收發(fā)模塊。實驗測試顯示，12小時內(nèi)激光器輸出光功率漂移≤0.2％，由光功率漂移引起的鏈路增益變化不足0.02dB;無顫音MZM

6、偏置控制電路在15～35℃反復變化的環(huán)境下工作4.6小時，MZM輸出光功率漂移1.4％，偏置角漂移小于0.8°，由工作點漂移引起的鏈路增益衰減小于0.001dB;無電放大器的微波光子收發(fā)模塊的增益為-18.4dB、噪聲系數(shù)為35.6dB、SFDR為109.3dB·Hz2/3;含前置電放大器并結(jié)合MZM低偏置技術的微波光子鏈路的增益為2.5dB，噪聲系數(shù)為6.7dB，SFDR為112.3dB·Hz2/3。
　　(6)提出了一種測量相

7、位調(diào)制器半波電壓的新方法，通過測量相位調(diào)制-干涉儀解調(diào)鏈路的輸入1dB增益壓縮點和馬赫-曾德爾干涉儀的時延差，可直接得到相位調(diào)制器的半波電壓。與傳統(tǒng)光譜儀測量方法相比，該方法所需驅(qū)動功率小、無需在每個頻率點手動調(diào)節(jié)微波功率，且可以測得低頻率處的半波電壓;與電域的鏈路增益法相比，該方法在測量前不需校準激光器輸出光功率、光插損、探測器響應度?；谠摲椒▽崪y了Covega LN53相位調(diào)制器的半波電壓，測量誤差小于0.2V，測量結(jié)果與廠家提供