基于微波光子学的宽范围高精度微波频率测量方法及装置与流程
本发明属于微波光子学技术领域，具体涉及一种基于微波光子学的宽范围高精度微波频率测量方法及装置。
背景技术：
随着信息技术的高速发展，传统的电学微波频率测量技术由于“电子瓶颈”的制约，电子系统的频带宽度将会越来越难提高，而且电子系统具有大的体积和重量，高昂的高速器件成本，这些都限制了其在实际中的应用。基于微波光子技术的瞬时频率测量(ifm)应用于通讯、导航、雷达、电子战等系统中，受到广泛的关注和研究。微波光子学结合光子学理论和微波理论，兼顾了微波和光子学的优势，基于微波光子学的微波频率测量技术具有损耗低、工作带宽大、系统体积小、可重构性好、抗电磁干扰等固有优点，因此，利用微波光子学技术构建的微波频率测量系统能够很好地解决传统的电学微波频率测量系统存在的问题。
利用光子辅助技术实现微波频率测量得到了飞速发展，这些技术主要分为：频率到微波功率或光功率的映射、频率到时间的映射、四波混频效应以及受激布里渊效应等。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于受激布里渊增益谱损耗谱相抵消和相移谱的微波频率测量方法及装置。
本发明所述的微波光子频率测量装置的结构如图1所示，由可调激光器、耦合器、相位调制器、强度调制器1、强度调制器2、滤波器、矢量网络分析仪、隔离器、单模光纤1、单模光纤2、环形器1、环形器2、微波信号源1、微波信号源2、直流稳压电源1、直流稳压电源2、光电转换器组成。
可调激光器输出的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二两个支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，相位调制器输出的信号经过隔离器进入单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的探测光；隔离器具有单向传输特性，光信号从相位调制器到单模光纤2传输方向的衰减比较小，而从单模光纤2到相位调制器传输方向的衰减则很大，所以从单模光纤2到相位调制器传输方向的光信号经过隔离器后通过的光信号很少，不会对相位调制器产生影响，保证相位调制器处于稳定的工作状态；耦合器输出的第二支路的光信号由1端口输入到环形器1(环形器1的工作方向如图1中所示，即光信号从1端口输入2端口输出，从2端口输入从3端口输出)中，再从2端口输出到单模光纤1中，在单模光纤1中发生受激布里渊散射效应，然后从2端口输入到环形器1中，再由3端口输出进入到强度调制器1中；待测频率为fx的微波信号由微波信号源1输出，并作为强度调制器1的微波信号输入；强度调制器1的直流偏置端与直流稳压电源1相连接，通过直流稳压电源1给强度调制器1施加直流偏置电压，使强度调制器1工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；强度调制器1输出的载波抑制的双边带调制光信号通过滤波器滤掉下边带，实现抑制载波的单边带调制；然后进入到强度调制器2中，固定频率为vb(vb为布里渊频移)的微波信号由微波信号源2输出，作为强度调制器2的微波信号输入，强度调制器2的直流偏置端与直流稳压电源2相连接，通过直流稳压电源2给强度调制器2施加直流偏置电压，使强度调制器2工作在最小传输点，实现载波抑制双边带调制；调制后的光信号通过环形器2的1端口输入2端口输出，进入单模光纤2中，作为受激布里渊散射效应的泵浦光；当泵浦光与探测光之间的频率间隔为布里渊频移量vb时，受激布里渊散射效应发生，使探测光的幅度发生增益或者衰减，相位也发生相应的变化，探测光的边带平衡被打破，实现相位调制到强度调制的转换；经受激布里渊散射效应处理的探测光从2端口进入到环形器2，再从3端口输出经过光电转换器拍频之后输入到矢量网络分析仪中去，由矢量网络分析仪测量出幅频特性曲线与相频特性曲线，进而实现未知信号频率的粗略测量和精确测量。
系统连接好之后，打开所有的仪器设备开关，使所有的设备处于工作状态，可调激光器输出频率为fc的光信号进入到耦合器中，耦合器将光信号分为第一支路和第二支路；第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪输出的一系列包含频率为fs的扫频微波信号调制，这些扫频信号的频率间隔设置为
为了实现精确测量需要分段构建相移-频率特性曲线，分段的相移-频率特性曲线的构建方法如下：使微波信号源1从图1所示装置能够测量的最小频率f0开始，以微小步进(1mhz～5mhz)增加至频率为f1＝f0+1/2δvb(如图3(1)所示)，通过图1所示装置在矢量网络分析仪中得到一系列与第一微波信号源1输出信号对应的相频特性数据，建立当扫频信号fs＝f0-vb+1/4δvb时的微波信号源1输出信号频率fx与相频特性数据的相移-频率曲线(如图3(2)所示)；然后再使微波信号源1的输出信号频率从f1变化到f1+1/2δvb，同样建立扫频信号fs＝f1-vb+1/4δvb时微波信号源1输出信号频率fx与相频特性数据的相移-频率曲线；之后重复上述步骤，依次建立其它频带(如从f1+1/2δvb变化到f1+δvb、f1+δvb变化到f1+3/2δvb……)相移-频率曲线，进而得到多个频带的相移-频率曲线。
进行正式测量时，通过微波信号源1输入未知信号fx，根据网络分析仪上的幅频特性曲线第一峰值的频率值加上布里渊频移量vb粗略地得到未知信号的频率fx′，从而确定精确测量时对应的相移-频率曲线的频带，根据网络分析仪上读出的fs的相移数值，在对应频带的相移-频率曲线获得未知信号fx的精确频率。
本发明选用波长为1530nm～1565nm的可调谐激光器作载波光源；耦合器为5:5的耦合器；强度调制器1、2的带宽为20ghz；相位调制器的带宽为38ghz；单模光纤1、2长度为500m～2000m，受激布里渊频移量vb为9ghz～11ghz；隔离器的隔离度大于40db；光电转换器的带宽为40ghz；矢量网络分析仪的频率范围为50mhz～40ghz；微波信号源1、2的输出频率范围为1ghz～70ghz；直流稳压电源1、2的输出电压的幅度在1v～20v可调；可调光滤波器的可调带宽为50pm-800pm。
本发明所述的装置的特点：
(1)采用两个泵浦光，实现增益谱损耗谱抵消，增加多频测量范围。
(2)基于布里渊散射相频特性构建相移-频率函数曲线，通过相移-频率函数曲线得到待测微波信号的频率值，提高了测量的精度。
附图说明
图1：微波信号频率测量装置示意图；
图2：微波信号频率测量装置的频谱处理图；
图3：微波信号频率测量装置的原理图；
图4：单频测量时矢量网络分析仪测得的幅频特性和相频特性；
图5：待测微波信号频率为12.00ghz～12.05ghz范围内的相移-频率函数曲线；
图6：多频测量时矢量网络分析仪测得的幅频特性；
具体实施方式
实施例1：
可调激光器为santec公司的tsl-510可调激光器，激光器的波长范围为1510nm～1630nm；耦合器为5:5的耦合器；强度调制器1和强度调制器2均采用photline公司的mxan-ln-20，带宽为20ghz，实验前测得最小工作点偏置电压为6.7v；相位调制器为photline公司的mpz-ln-40带宽为38ghz；隔离器的隔离度大于40db；单模光纤1和单模光纤2采用相同的长飞科技有限公司的单模光纤，长度为14km，在光载波波长为1550nm时，受激布里渊频移量vb＝10ghz，测得受激布里渊增益谱线宽测量为δvb＝100mhz；微波信号源1、微波信号源2采用安捷伦公司的微波信号发生器e8257d，输出频率范围为100khz～70ghz；光电转换器是optilab公司的pd-40-m，带宽为40ghz；安立公司的矢量网络分析仪anritsu37269c，输出微波信号频率范围为40mhz～40ghz；直流稳压电源为固纬公司的gps-4303c，输出电压幅度在1v～20v可调；第一环形器和第二环形器均为深圳市智源光通讯技术公司的cir-3-1550-900um-1m-fc/apc；可调光滤波器为yenista公司的yenistaxtm-50，可调带宽为50pm-800pm。
系统连接好之后，打开所有的仪器设备开关，使所有设备处于工作状态，首先可调谐激光器输出频率为fc＝193.414thz(对应波长为1550nm)的光信号，光信号经过5：5耦合器被分为第一支路和第二支路，第一支路的光信号输入到相位调制器中，被矢量网络分析仪发出的一系列等频率间隔的扫频微波信号调制，这一系列扫频信号中包含频率为fs的信号，矢量网络分析仪输出的扫频微波信号频率间隔设置50mhz(为
同理频率为fx1＝15ghz，fx2＝25ghz，fx3＝35ghz，fx4＝45ghz的频率同时输入，实现多频测量结果如图6所示。然后，取网络分析仪上第一个峰值，粗略地计算未知信号的频率，获得相应的频带信息，利用相应的相移-频率曲线实现精确频率测量。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！