光学产生微波相位编码信号的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波技术领域及光通信技术领域，尤其涉及一种光学产生微波相位编码信号的装置。
【背景技术】
[0002]随着雷达技术的迅猛发展，对雷达的作用距离、分辨能力和测量精度等的要求也越来越高。雷达的分辨理论表明:在保证一定信噪比并实现最佳处理的前提下，测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频谱结构，它要求信号具有大的带宽；测速精度和速度分辨力取决于信号的时间结构，它要求信号具有大的时宽。因此，要使雷达系统作用距离远，又具有高的测距、测速精度和好的距离、速度分辨力，首先发射信号必须是大带宽、长脉冲的形式，即雷达信号应具有大的时宽带宽乘积。单载频矩形脉冲雷达信号的带宽是时宽的倒数，其时宽带宽积是一个常量(约为I)，大时宽和大带宽往往不可兼得。
[0003]脉冲压缩雷达通过发射宽脉冲以提高发射信号的平均功率，保证足够的最大作用距离，同时保证其测速精度和速度分辨力，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高测距精度和距离分辨力，从而较好地解决了作用距离和分辨能力之间的矛盾。脉冲压缩技术产生的脉冲信号时宽带宽积可以远大于1，基于脉冲压缩技术的脉冲压缩雷达同时具有作用距离远、高测距、测速精度和好的距离、速度分辨力，成为了现代雷达的首选技术。具有大时宽带宽积的信号通常被称作脉冲压缩信号，相位编码或频率调制的微波信号是脉冲压缩雷达系统中最常用的脉冲压缩信号。
[0004]随着雷达技术的不断发展，现代雷达系统的工作频率也在向更高的频段不断发展，如 Ka 波段(27-40GHZ)、U 波段(40_60GHz)、V 波段(60_80GHz)和 W 波段(80_100GHz)甚至更高(至300GHz)。传统的电域生成相位编码或频率调制的微波信号方式受电子器件速率瓶颈和带宽的限制，对于高频信号的生成成本极高或者不能生成，且时宽带宽积受限，系统的可重构性和频率可调性差，不能很好的满足实际需求。通过光学方法生成相位编码或频率调制的微波信号，可以克服电域生成方法的缺点，生成极高频率的信号的同时达到极大的时宽带宽积，且系统具有可重构性和频率可调性。
[0005]已经有很多研究成果涉及到通过微波光子方法生成相位编码微波信号。早期的基于空间光调制器的方法具有很高的灵活性和可重构性，但由于光在自由空间传输，系统十分复杂且损耗很高。为了克服这些缺点，出现了基于马赫曾德尔干涉仪和萨格纳克干涉仪的全光纤方案，但由于使用了干涉仪结构，会造成系统稳定性的下降。基于保偏光纤和偏振调制器的方案系统稳定，利用保偏光纤使经强度调制器调制的两个光边带偏振正交，再通过偏振调制器对两个正交的光边带进行相位调制，经光电探测器拍频检测后就可以生成相位编码信号，但是对于特定长度的保偏光纤，正交的两个光边带的波长间隔是固定的，这就使其频率不可调，限制了应用范围。通过使用保偏光纤布拉格光栅替代保偏光纤，可以实现相位编码信号的生成，且具有一定的频率可调范围，但其频率可调范围受到保偏光纤布拉格光栅带宽的限制。为了进一步提高频率可调范围，出现了基于级联偏振调制器和单个偏振调制器的方案，这些方案产生微波相位编码信号的频率可调范围只受到偏振调制器带宽的限制。以上方法均只能产生二进制相位编码信号，为了产生多进制相位编码信号，一种基于光电振荡器的任意波形生成系统被提出，该方法可以生成频率可调的二进制和四进制相位编码信号，但该方案的频率可调范围受到系统中使用的相移光纤布拉格光栅的限制，且由于系统频率调谐是通过改变光信号波长实现的，其长期工作稳定度受光源波长稳定度的限制。
【发明内容】
[0006]为了解决【背景技术】中所存在的问题，本发明提出了一种光学产生微波相位编码信号的装置，利用该装置可以产生二进制、四进制或者多进制的相位编码微波信号，产生的相位编码微波信号的频率可调范围大，只受到双平行马赫-曾德尔调制器带宽的限制，且生成的相位编码信号具有极大的时宽带宽积。
[0007]本发明的技术解决方案是:光学产生微波相位编码信号的装置，其特征在于:所述的装置包括激光器、双平行马赫-曾德尔调制器、相位调制器、光分路器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、第三偏振控制器、电分路器、电移相器、偏振合束器、起偏器以及光电探测器；激光器的输出端口与光分路器相连，经分光后上路输出光信号与双平行马赫-曾德尔调制器的输入端口相连，下路输出光信号与相位调制器的输入端口相连，输入微波信号与电分路器输入端相连，电分路器的一个输出端与双平行马赫-曾德尔调制器的一个射频输入端口相连，电分路器的另一个输出端与电移相器的输入端相连，电移相器的输出端与双平行马赫-曾德尔调制器的另一个射频输入端口相连，输入的编码信号与下路相位调制器的射频输入端口相连，双平行马赫-曾德尔调制器的输出端口通过第一偏振控制器与偏振合束器的一个输入端口相连，相位调制器的输出端口通过第二偏振控制器与偏振合束器的另一个输入端口相连，偏振合束器的输出端口通过第三偏振控制器与起偏器的输入端口相连，起偏器的输出端口与光电探测器的输入端相连。
[0008]上述双平行马赫-曾德尔调制器包括三个马赫-曾德尔调制器，其中一个马赫-曾德尔调制器作为主调制器，另外两个马赫-曾德尔调制器作为子调制器嵌在主调制器中。
[0009]上述子调制器具有相同的结构和性能。
[0010]上述子调制器具有独立的射频信号输入端口和偏置端口 ；另外还有一个主偏置端口，可用来调节两个子调制器的输出。
[0011]利用马赫-曾德尔调制器和相位调制器产生相位编码微波信号的方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:
1)从激光器发出的波长为λ的光波经过光分路器；上路注入到双平行马赫-曾德尔调制器中，下路注入到相位调制器；
2)频率为QsK微波信号经电分路器分成功率相同的两路，一路驱动双平行马赫-曾德尔调制器的上臂子调制器MZM-a，另一路经过电移相器移相π /2后驱动双平行马赫-曾德尔调制器的下臂子调制器MZM-b ；
3)通过直流偏置电压使双平行马赫-曾德尔调制器的两个子调制器MZM-a和MZM-b都工作在最小偏置点，主调制器工作在正交偏置点。光信号经过双平行马赫-曾德尔调制器调制，实现了对入射光载波的移频。双平行马赫-曾德尔调制器的输出通过第一偏振控制器输入偏振合束器的一个输入端口，调节第一偏振控制器，使双平行马赫-曾德尔调制器输出的光信号的偏振态与偏振合束器的一个主轴对齐；
4)编码信号s(t)驱动下路的相位调制器并且通过第二偏振控制器调整其偏振态，并输入偏振合束器的另一个输入端口，使其偏振态与偏振合束器的另一个主轴对齐；
5)偏振合束器输出的两个偏振正交的光信号通过第三偏振控制器输入起偏器，通过调节第三偏振控制器使起偏器的偏振方向与偏振合束器的一个主轴成45°夹角。
6)起偏器输出的光信号通过光电探测器拍频得到频率为相位编码信号，相位编码信号的进制数由输入编码信号s (t)的码型决定，当输入编码信号为N电平阶梯信号时，可以生成N进制相位编码信号。
【附图说明】
[0012]图1为本发明采用双平行马赫-曾德尔调制器和相位调制器光学生成相位编码微波信号的装置原理图；
图2为本发明中输入微波信号频率为1GHz时，双平行马赫-曾德尔调制器输出光信号的光谱图；
图3为本发明中相位调制器输出光信号的光谱图；
图4为本发明中输入微波信号频率为1GHz时，起偏器输出光信号的光谱图；
图5为本发明中输入微波信号频率为10GHz，编码信号为二进制方波时，生成的(a) 二进制相位编码微波信号波形图，和(b)由该波形恢复出的相位信息(实线)和输入的编码信号(虚线)；
图6为本发明中输入微波信号频率为10GHz，编码信号为二进制方波时，(a)生成二进制相位编码信号的自相关，和(b)生成二进制相位编码信号与加入高斯白噪声的二进制相位编码信号的互相关；
图7为本发明中输入微波信号频率为10GHz，编码信号为四电平阶梯信号时，生成的(a)四进制相位编码微波信号波形图，和(b)由该波形恢复出的相位信息(实线)和输入的编码信号(虚线)；
图8为本发明中输入微波信号为频率10GHz，编码信号为四电平阶梯信号时，(a)生成四进制相位编码信号的自相关，和(b)生成四进制相位编码信号与加入高斯白噪声的四进制相位编码信号的互相关；
图9为本发明中输入微波信号频率为20GHz时，双平行马赫-曾德尔调制器输出光信号的光谱图；
图10为本发明中输入微波信号频率为20GHz时，起偏器输出光信号的光谱图；
图11为本发明中输入微波信号频率为20GHz，编码信号为二进制方波时，生成的(a) 二进制相位编码微波信号波形图，和(b)由该波形恢复出的相位信息(实线)和输入的编码信号(虚线)；
图12为本发明中输入微波信号频率为20GHz，编码信号为二进制方波时，(a)生成二进制相位编码信号的自相关，和(b)生成二进制相位编码信号与加入高斯白噪声的二进制相位编码信号的互相关； 图13为本发明中输入微波信号频率为20GHz，编码信号为四电平阶梯信号时，生成的(a)四进制相位编码微波信号波形图，和(b)由该波形恢复出的相位信息(实线)和输入的编码信号(虚线)；
图14为本发明中输入微波信号频率为20GHz，编码信号为四电平阶梯信号时，(a)生成四进制相位编码信号的自相关，和(b)生成四进制相位编码信号与加入高斯白噪声的四进制相位编码信号的互相关。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体