微波光子信號(hào)處理中若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、微波光子學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，其研究范圍包括微波信號(hào)的光子學(xué)發(fā)生、微波光子信號(hào)處理、基于光子技術(shù)的微波頻率測(cè)量、微波光子傳輸鏈路、工作于微波頻率的光電子器件、以及光控微波器件等。與傳統(tǒng)的微波系統(tǒng)相比，微波光子系統(tǒng)具有帶寬大、損耗低、結(jié)構(gòu)緊湊及抗電磁干擾等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以有效的解決“電子瓶頸”的限制。很多在傳統(tǒng)微波系統(tǒng)中很難實(shí)現(xiàn)的功能都可以利用微波光子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。因此，微波光子學(xué)近年來受到了國際研究人員的廣泛關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用于軍事、醫(yī)療

2、、通信及航空航天等諸多領(lǐng)域。
　　 本文首先介紹了微波光子學(xué)的發(fā)展歷史、主要應(yīng)用方向及主要器件，然后針對(duì)微波光子信號(hào)處理中的三個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究，分別為基于光子學(xué)的微波任意波形發(fā)生、基于光子學(xué)的微波頻率測(cè)量及光單邊帶調(diào)制和可調(diào)諧微波分?jǐn)?shù)階希爾伯特變換器，論文主要的創(chuàng)新點(diǎn)和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下：
　　 1、提出并實(shí)驗(yàn)論證了兩種基于電光調(diào)制器和光纖布拉格光柵(FBG)的頻率大范圍可調(diào)諧相位編碼微波/毫米波信號(hào)發(fā)生的方案。實(shí)驗(yàn)中分別

3、成功獲得了22-27 GHz和40-50 GHz的相位編碼射頻信號(hào)，并使用偽隨機(jī)二進(jìn)制序列作為編碼信號(hào)驗(yàn)證了所得相位編碼信號(hào)的抗噪聲壓縮性能，壓縮比分別達(dá)到了67.5和128。兩種方案的頻率可調(diào)諧范圍在理論上分別可以達(dá)到12.5-100 GHz和40-110 GHz，如此大的可調(diào)諧頻率范圍使用傳統(tǒng)的電子學(xué)方法是難以實(shí)現(xiàn)的。
　　 2、用理論研究和數(shù)值仿真的方法詳細(xì)研究了基于相位調(diào)制器的時(shí)域脈沖整形(TPS)系統(tǒng)中三階色散和色散不

4、匹配引起的脈沖失真。首先對(duì)基于相位調(diào)制器的TPS系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，然后用數(shù)值仿真的方法驗(yàn)證了理論分析的正確性，其中，匹配三階色散的存在會(huì)使系統(tǒng)輸出脈沖展寬，且越高階脈沖展寬就越嚴(yán)重；二階色散不匹配會(huì)對(duì)各個(gè)輸出脈沖引起同樣的展寬；三階色散不匹配則會(huì)使輸出脈沖產(chǎn)生振蕩衰減拖尾。最后，提出了用調(diào)制信號(hào)預(yù)失真技術(shù)來補(bǔ)償三階色散引起的脈沖展寬的方法，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　 3、提出并實(shí)驗(yàn)論證了三種基于微波頻率到功率比映射方法的微

5、波光子瞬時(shí)頻率測(cè)量方案。其中，前兩種方案基于微波頻率到光功率比映射的方法，實(shí)驗(yàn)得到了10 GHz的測(cè)量帶寬。方案一使用了定標(biāo)-查表的方法，這種方法對(duì)FBG的形狀無嚴(yán)格要求，可以消除方案二中由形狀誤差引起的測(cè)量誤差，這使得方案一的測(cè)量誤差在0.08 GHz以內(nèi)。方案二構(gòu)造了微波頻率到光功率比的線性映射關(guān)系，這一方面使得測(cè)頻系統(tǒng)在最大的測(cè)量范圍內(nèi)得到了一個(gè)恒定的分辨率，另一方面，與方案一相比，系統(tǒng)在功率比函數(shù)斜率較小的低頻段的分辨率在理論上

6、得到了提高，但由于方案二對(duì)FBG頻譜形狀的精確度要求較高，因此測(cè)量誤差在0.2GHz左右。方案三使用了微波頻率到微波功率比線性映射的方法，測(cè)頻范圍為0.5-40 GHz，其中一路利用了正弦傳遞函數(shù)的線性段，但由于線性段存在固有誤差且功率較低，這使得噪聲的影響相對(duì)較大，系統(tǒng)的測(cè)頻誤差在0.5 GHz左右。
　　 4、用理論分析和數(shù)值仿真的方法提出并論證了一種基于光頻梳和波分復(fù)用器的可重構(gòu)微波光子信道化接收機(jī)。仿真中用兩個(gè)串聯(lián)的強(qiáng)度

7、調(diào)制器產(chǎn)生了11根均勻譜線，這些譜線被用作11個(gè)光載波，而多個(gè)信道則是通過使用自由頻譜范圍(FSR)與相鄰光載波的頻率間隔稍有不同的多通道光濾波器實(shí)現(xiàn)的。仿真中對(duì)系統(tǒng)測(cè)頻精度的可調(diào)諧性進(jìn)行了較詳細(xì)的分析和論證，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行了分析，并證明了使用優(yōu)化的濾波器可以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。
　　 5、提出并論證了一種利用基于FBG的光希爾伯特變換器和馬赫曾德爾干涉儀結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)光單邊帶調(diào)制的新方案。實(shí)驗(yàn)中，在6-15 GHz工作頻率范

8、圍得到了約20 dB的邊帶抑制比，所得到的光單邊帶信號(hào)在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖中傳輸了45.6km，并成功克服了色散引起的射頻功率衰減效應(yīng)。
　　 6、提出并實(shí)驗(yàn)論證了兩種分別基于等間隔和不等間隔抽頭微波光子延遲線濾波器的階數(shù)連續(xù)可調(diào)分?jǐn)?shù)階希爾伯特變換器(FHT)。其中，基于等間隔抽頭微波光子濾波器的FHT利用了偏振調(diào)制器互補(bǔ)的相位調(diào)制特性和檢偏器偏振調(diào)制到強(qiáng)度調(diào)制轉(zhuǎn)換的特性，成功得到了負(fù)抽頭，并通過調(diào)節(jié)中心抽頭的系數(shù)實(shí)現(xiàn)了FHT分?jǐn)?shù)階的