本申请涉及微波光子，特别是涉及一种相位域锁模光生微波装置及方法。
背景技术：
1、微波振荡源是微波系统的心脏，已广泛应用于通信、雷达、导航、成像和测量仪表等领域。新一代高速通信、智能感知和高灵敏测量仪表等领域技术的飞速发展，对微波振荡源的频谱纯度和稳定性提出了日益严苛的要求。当前，高频谱纯度微波信号主要由电学方法产生，会受到电子瓶颈的限制，关键性能随着频率的提高而恶化。
2、光电振荡器因工作频率高、相位噪声低，且相位噪声性能与频率无关等特性而受到广泛关注。传统光电振荡器产生的振荡信号为单频正弦信号，为了拓展光电振荡器产生微波信号的类型，近几年来，一些具有新型结构的光电振荡器系统被提出。如傅里叶锁模技术光电振荡器中，利用电信号驱动半导体激光器产生的线性扫频光，结合级联的相位调制器和相移光纤光栅在环腔内构造了快速扫频的微波光子滤波器。当微波光子滤波器的扫频周期满足傅里叶锁模建立条件时，光电振荡器可以产生大带宽、低相位噪声的线性调频信号。由于光电振荡环路中所使用的光纤光栅的带宽较宽导致最终所产生的线性调频信号的线性度较差，同时光纤光栅的温度敏感特性也降低了系统的稳定度。通过对光电振荡环路的增益进行周期性调制的主动锁模光电振荡器可以产生重复频率可调、高载波频率的宽带脉冲信号，该信号可应用于脉冲多普勒雷达系统当中。然而，随着射频微波系统朝着多功能一体化的方向发展，单格式的微波信号产生方案将无法满足该类应用场景的需求，这就使得光电振荡器需要具备产生任意波形微波信号的能力。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种相位域锁模光生微波装置及方法，可以实现频率可调谐的低相位噪声、任意波形微波信号的产生。其具体方案如下：
2、一种相位域锁模光生微波装置，包括：周期性基带信号发生器，以及包含与所述周期性基带信号发生器电性连接的相位控制器的光电振荡环路；
3、所述周期性基带信号发生器，用于产生周期性基带信号；
4、所述相位控制器，用于根据所述周期性基带信号，周期性调节所述光电振荡环路的相位，当所述光电振荡环路的延时等于所述光电振荡环路的相位变化周期整数倍时，所述光电振荡环路中将激发多模式稳定振荡，实现相位域锁模，以产生稳定的低相位噪声微波信号，微波信号波形为恒包络波形且可通过所述周期性基带信号进行任意编辑。
5、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，所述相位控制器由电移相器或微波光子移相器组成。
6、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，所述光电振荡环路还包含用于电光发射模块，与所述电光发射模块输出端连接的高q值光储能器件，与所述高q值光储能器件输出端连接的光电探测器，与所述光电探测器电性连接的带通滤波器，与所述带通滤波器电性连接的微波放大器，以及分别与电光发射模块和所述微波放大器电性连接的电功分器。
7、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，任意波形微波信号的中心频率由所述带通滤波器的带通中心频率决定；任意波形微波信号的最大带宽由所述带通滤波器的带宽决定；
8、当所述带通滤波器为单通带滤波器时，微波信号为一个频段的任意波形微波信号；
9、当所述带通滤波器为双通带滤波器时，微波信号为两个不同频段的任意波形微波信号；所述双通带滤波器为单个具有双通带特性的滤波器或由两个不同滤波通带的滤波器并联组成；
10、当所述带通滤波器为中心频率可调谐滤波器时，微波信号为中心频率可调谐的任意波形微波信号。
11、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，所述高q值光储能器件包括但不限于低损耗长光纤或高q值光子微腔。
12、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，所述光电振荡环路的延时等于所述周期性基带信号周期的整数倍。
13、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，所述光电振荡环路最终生成的任意波形微波信号的周期为所述光电振荡环路延时的整分数，且最大周期为所述光电振荡环路的延时。
14、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置中，任意波形微波信号的每个频率分量均满足巴克豪森振荡准则，且任意波形微波信号和所述周期性基带信号的频率均为所述光电振荡环路自由频谱范围的整数倍。
15、本发明实施例还提供了一种本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置的光生微波方法，包括：
16、利用周期性基带信号发生器产生周期性基带信号；
17、根据所述周期性基带信号，利用光电振荡环路中的相位控制器周期性调节所述光电振荡环路的相位，当所述光电振荡环路的延时等于所述光电振荡环路的相位变化周期整数倍时，所述光电振荡环路中将激发多模式稳定振荡，实现相位域锁模，以产生稳定的低相位噪声微波信号，微波信号波形为恒包络波形且可通过所述周期性基带信号进行任意编辑。
18、优选地，在本发明实施例提供的上述相位域锁模光生微波装置的光生微波方法中，还包括：
19、对所述光电振荡环路中的调制光信号经电功分器功分后进行边带操作处理，处理后的光信号再经过光电转换，输出频率为振荡信号二倍或者更高次倍频的微波信号。
20、从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种相位域锁模光生微波装置，包括：周期性基带信号发生器，以及包含与周期性基带信号发生器电性连接的相位控制器的光电振荡环路；周期性基带信号发生器，用于产生周期性基带信号；相位控制器，用于根据周期性基带信号，周期性调节光电振荡环路的相位，当光电振荡环路延时等于环路的相位变化周期整数倍时，光电振荡环路中将激发多模式稳定振荡，实现相位域锁模，从而产生稳定的低相位噪声微波信号。微波信号波形为恒包络波形且可以通过周期性基带信号进行任意编辑。这样可以产生任意恒包络波形，具有产生信号相噪低、系统结构简单、成本低等特点，可广泛应用于无线通信、雷达探测、智能感知识别等领域。此外，本发明还针对相位域锁模光生微波装置提供了相应的光生微波方法，进一步使得上述装置更具有实用性，该方法具有相应的优点。
技术特征：1.一种相位域锁模光生微波装置，其特征在于，包括：周期性基带信号发生器，以及包含与所述周期性基带信号发生器电性连接的相位控制器的光电振荡环路；
2.根据权利要求1所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，所述相位控制器由电移相器或微波光子移相器组成。
3.根据权利要求2所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，所述光电振荡环路还包含用于电光发射模块，与所述电光发射模块输出端连接的高q值光储能器件，与所述高q值光储能器件输出端连接的光电探测器，与所述光电探测器电性连接的带通滤波器，与所述带通滤波器电性连接的微波放大器，以及分别与电光发射模块和所述微波放大器电性连接的电功分器。
4.根据权利要求3所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，任意波形微波信号的中心频率由所述带通滤波器的带通中心频率决定；任意波形微波信号的最大带宽由所述带通滤波器的带宽决定；
5.根据权利要求3所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，所述高q值光储能器件包括但不限于低损耗长光纤或高q值光子微腔。
6.根据权利要求1所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，所述光电振荡环路的延时等于所述周期性基带信号周期的整数倍。
7.根据权利要求6所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，所述光电振荡环路最终生成的任意波形微波信号的周期为所述光电振荡环路延时的整分数，且最大周期为所述光电振荡环路的延时。
8.根据权利要求7所述的相位域锁模光生微波装置，其特征在于，任意波形微波信号的每个频率分量均满足巴克豪森振荡准则，且任意波形微波信号和所述周期性基带信号的频率均为所述光电振荡环路自由频谱范围的整数倍。
9.一种如权利要求1至8任一项所述相位域锁模光生微波装置的光生微波方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的相位域锁模光生微波装置的光生微波方法，其特征在于，还包括：
技术总结本申请涉及微波光子技术领域，公开了一种相位域锁模光生微波装置及方法，包括：周期性基带信号发生器，以及包含与周期性基带信号发生器电性连接的相位控制器的光电振荡环路；周期性基带信号发生器，用于产生周期性基带信号；相位控制器，用于根据周期性基带信号，周期性调节光电振荡环路的相位，当光电振荡环路延时等于环路的相位变化周期整数倍时，光电振荡环路中将激发多模式稳定振荡，实现相位域锁模，以产生稳定的低相位噪声微波信号，微波信号波形为恒包络波形且可通过周期性基带信号进行任意编辑。这样可以产生任意恒包络波形，具有产生信号相噪低、系统结构简单、成本低等特点，广泛应用于无线通信、雷达探测、智能感知识别等领域。
技术研发人员：潘时龙,刘世锋,杜长龙,刘铭圳,杨丽,朱丹,张亚梅,何吉骏,王祥传,许向前,楼佩煌,刘鸿飞
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：技术公布日：2024/6/11