本发明涉及一种微波光子变频移相的方法，更具体地说，涉及到微波光子下变频和微波光子移相技术的结合。
背景技术：
近年来，微波光子学是国内外发展迅速的一门学科领域，微波光子学研究微波和光波的相互作用，即利用光子技术生成、处理、控制和传输微波/毫米波信号，以及由此建立起来的各种传输链路和信息处理技术微波光子链路具有传输容量大，抗电磁干扰，没有传统的电学瓶颈等优势。微波光子学在通信，传感，国防等领域都有着非常重要的应用。在相控阵波束成形网和相位编码雷达系统中，实现360度相移控制是其中一个重要的功能。相应的，收到的射频信号也需要下变频到中频信号才能进行下一步的处理。
目前已经提出好几种微波光子下变频的方案，Gopalakrishnan教授采用串联两个马赫-曾德尔调制器来实现下变频。采用串联相位调制器和布拉格光纤光栅滤波器的方式，通过控制本振信号可以使下变频系统更具线性化。用相位调制器结合萨格奈克循环结构可以使得下变频具有较高的转换效率。采用双向相位调制器和平衡光电探测器，可以实现了高载噪比的下变频。
所有上面提到的方案都只是单单实现下变频或移相其中的一个功能，目前还没有提出过下变频和相移同时实现的方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提出一种同时实现微波光子下变频和移相的方法。该方法可用于相控阵波束成形网、相位编码雷达系统和矢量解调中。
根据本发明，提供了一种可同时变频和移相的方法。所谓同时实现变频和移相，指的是通过利用DMZM和FBG等器件在实现下变频的过程中，利用DMZM的调制特性，同时实现移相的功能。
本发明的实现过程具体包括：射频信号和本振信号分别加载到DMZM的上下两臂的微波信号接口，直流偏压加载在直流接口。FBG反射射频信号和本振信号的一阶边带。经过PD后，中频信号可以得到恢复，通过调整DMZM的偏压或控制激光器的波长实现中频信号相位0度到360度的精准相移操作。
附图说明
通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的目的和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出微波光子变频移相系统结构图；
图2示出系统经过FBG前后的光谱图；
图3示出系统经过探测器(PD)后的波形图，(a)加不同偏压，(b)加不同波长；
图4示出不同直流偏压下的相位响应图；
图5示出不同相移下中频信号强度响应图；
图6示出相移随时间的变化图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
图1展示了微波光子变频移相系统结构图，其中S101为可调谐激光器，输入光载波到双驱动马赫-曾德尔调制器S102，S102的每个臂都可以看做一个相位调制器，S103射频信号和S104本振信号分别加在S102两臂的微波接口处，S105直流偏置电压加在S102的直流接口处，从S102输出的光信号通过S106光环行器进入S107布拉格光纤光栅，由于S107的透射和反射作用，光载波和无用的光学边带被滤除掉，反射回信号的一阶边带，最后经过S108探测器得到中频信号。
系统的理论分析如下：加载在S102双驱动马赫-曾德尔调制器上的S103射频信号和S104本振信号的光信号表达式为：
其中，P0代表S101激光器的功率，w0代表光载波的频率，为S102的上臂调制深度，为S102的下臂调制深度，VRF和VLO代表S103射频信号和S104本振信号的幅度，Vπ是S102的半波电压。ωRF和ωLO为S103和S104的频率，θ是上下臂的相位差。S102的输出光信号的表达式为：
根据贝塞尔(Jacobi-Anger)展开式，可以表示为：
由于下变频后的中频信号的频率组成ωIF＝ωRF-ωLO，只和S103和S104的一阶边带有关，所以该方法通过S106光环行器和S107布拉格光纤光栅滤掉光载波和其他无关的边带，并将信号的一阶边带反射回去，射频信号和本振信号的一阶边带表达式为：
然后反射的一阶边带经过S108探测器拍频，输出的信号可以表示为：
I(t)＝P0RJ1(β1)J1(β2)cos(ωIFt+θ)
可以看到信号由射频信号变化到中频信号。更重要的是通过调整θ可以达到中频信号相位0度到360度的变化。相位的调节可以表示为：
其中，VDC是S102的直流偏置电压。通过固定光载波，调节VDC可以改变θ。由于θ和激光器波长成正比，也可以通过固定VDC，调节激光器波长来改变θ。
图2显示了信号通过布拉格光纤光栅S107前后的光谱图，图中S201为通过S107前的光谱图，S202为通过后的光谱图。微波信号的频率设置为15.5GHz，本振信号的频率设为16GHz。将S107的中心波长调整到1550.23nm，只有微波信号和本振信号的一阶边带被反射回链路，光载波和其它边带被抑制了36dB。微波信号和本振信号的相位差对应着输出中频信号的相位，是可以通过调节直流偏压和激光器波长来改变的。
图3(a)显示了实验中对S102加载不同直流偏置电压下的波形图，可以明显的看出下变频和移相同时得到实现。通过调整偏置电压从0变化到2Vπ，能成功的得到相位0度到360度的变化。固定偏置电压，不同的相移也可以通过改变激光器的波长来实现。图3(b)显示了通过调整S101激光器的波长，同样可以得到0度到360度的相移变化。
图4显示了相位在不同频率下的响应情况，可以很清楚看到频率为12GHz到20GHz时，相位是很稳定的。通过调整S102的直流偏置电压，中频信号的相位可以从0度变化到360度，误差范围小于2度。
图5显示出当中频信号的相位变化时，中频信号随射频信号频率变化的强度响应。图5(b)为中频信号在相移为45度时，随不同频率的强度变化；图5(d)为中频信号在相移为135度时，随不同频率的强度变化；图5(f)为中频信号在相移为225度时，随不同频率的强度变化；图5(h)为中频信号在相移为315度时，随不同频率的强度变化；表明接收信号的强度随相位的变化并未发生很大的波动，小于1dB，是可以接受的。
图6显示了相位随时间的稳定性，将射频信号设置在15.5GHz，本振信号设置在16GHz。通过调整偏压让相位发生45度的变化，让系统在实验室环境中运行一段时间，我们可以清楚地看到相位波动量很小，表明系统有非常好的稳定性。从图6中我们能发现系统的转换效率，也就是输出中频信号和输入射频信号的功率比值，对应着贝塞尔函数中的β2参数。通过调节本振信号可以观察到来转换效率的变化，实验测量结果表明β2＝1.84的时候，系统的转换效率达到最大。