一种复用变频系统

1.本发明涉及微波光子和微波变频技术领域，特别涉及一种变频系统。


背景技术：

2.微波变频方法采用超外差技术，通过与本振信号混频改变待变频信号 的频率，便于信号的空间辐射传输和接收，其核心是变频器设计。根据工 程需要，微波变频方法可分为上变频方法和下变频方法。上变频方法为将 中频信号通过混频提高到指定的射频频点，实现高增益发射和传输；下变 频方法为将空间射频信号通过混频滤波搬移到固定的中频频点，方便信号 处理电路进行采样和处理。
3.微波变频方法通常会引入众多的组合频率干扰，例如杂散、交调、镜 像频率干扰等。因此，存在对微波变频技术进行优化的需要。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种复用变频系统，以期至少 部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
5.为了实现上述目的，作为本发明的一个方面的实施例，提供了一种复 用变频系统，包括：
6.输入输出调理电路，适用于对中频发射信号进行调理，得到第一调理 信号，以及对射频接收信号进行调理，得到第二调理信号；
7.光电混合信号源，适用于发出光本振信号、上变频本振信号和高本振 信号；
8.微波上变频链路，适用于根据上变频本振信号和待处理信号得到上变 频信号，待处理信号为第一调理信号或者第二调理信号；
9.微波光子变频链路，适用于根据上变频信号、高本振信号和光本振信 号，得到指定变频频点的微波信号；
10.其中，指定变频频点的微波信号输入至输入输出调理电路进行调理， 得到最终变频信号。
11.根据本发明的实施例，在待处理信号为第一调理信号的情况下，最终 变频信号为射频发射信号；
12.在待处理信号为第二调理信号的情况下，最终变频信号为中频接收信 号。
13.根据本发明的实施例，中频发射信号、中频接收信号为固定频点的信 号；
14.射频接收信号、射频发射信号的频率在预设频率范围内。
15.根据本发明的实施例，输入输出调理电路包括：
16.第一滤波器，适用于对中频发射信号进行滤波，得到第一调理信号；
17.第一滤波器组，适用于对根据第一调理信号得到的指定变频频点的微 波信号进行滤波，得到第二滤波信号，以及对射频接收信号进行滤波，得 到第三滤波信号；
18.第一电放大器，适用于对第二滤波信号的功率进行放大，得到射频发 射信号；
19.第一自动增益控制电路，适用于对第三滤波信号的功率进行控制，得 到第二调理信号；
20.第二滤波器，适用于对根据第二调理信号得到的指定变频频点的微波 信号进行滤波，得到中频接收信号。
21.根据本发明的实施例，微波上变频链路包括：
22.微波上变频链路混频器，适用于将上变频本振信号与待处理信号混频， 得到混频信号；
23.微波上变频链路滤波器组，适用于对混频信号进行滤波，得到第四滤 波信号；
24.第二自动增益控制电路，适用于对根据第二调理信号得到的第四滤波 信号的功率进行控制，得到上变频信号；以及
25.第二电放大器，适用于对根据第一调理信号得到的第四滤波信号的功 率进行放大，得到上变频信号。
26.根据本发明的实施例，微波光子变频链路包括：
27.功合器，适用于将上变频信号与高本振信号进行合束，输出合束信号；
28.调制器，适用于将合束信号调制到光本振信号上，得到光调制信号；
29.光功率放大器，适用于放大光调制信号，得到放大的光调制信号；以 及
30.探测器，适用于使放大的光调制信号发生拍频，得到指定变频频点的 微波信号。
31.根据本发明的实施例，调制器的调制带宽大于等于上变频信号与高本 振信号两者中频率的最大值，小于上变频信号与高本振信号两者中频率最 小值的二倍，且调制器工作在载波抑制状态。
32.根据本发明的实施例，光功率放大器用于补偿调制器进行电光转换的 功率损失；放大的光调制信号的功率小于等于探测器的饱和输入光功率。
33.根据本发明的实施例，光电混合信号源包括：连续激光源，适用于发 出光本振信号；以及频率综合器，适用于发出上变频本振信号和高本振信 号。
34.根据本发明的实施例，探测器的工作带宽大于等于预设频率范围的最 大值，且与指定变频频点的微波信号的频率的最大值的差小于预设阈值。
35.根据本发明的实施例提供的复用变频系统，将利用微波变频方法的微 波上变频链路和利用微波光子变频方法的微波光子变频链路相融合，即结 合了微波光子变频方法的宽带特性和微波变频方法的精细滤波处理可以 产生高质量的变频信号，使得到的信号质量好，具有较少的杂散。此外， 根据本发明的实施例提供的复用变频系统，在产生高质量的宽带变频信号 的同时，还能实现两路待变频信号的(中频发射信号和射频接收信号变频 信号)分时复用或者使该两路待变频信号能独立变频的效果，本发明的实 施例的变频系统具有多功能、体积小、功耗低的特点，可应用于雷达、通 信、导航、汽车电子、电子对抗等多个产品领域。
附图说明
36.图1示意性示出了根据本发明的实施例提供的复用变频系统的结构框 图；
37.图2示意性示出了利用图1的复用变频系统将1.8ghz的中频发射信 号变频到15ghz的射频信号时各开关的连接状态；
38.图3示意性示出了利用图1的复用变频系统将15ghz的射频接收信 号变频为1.8ghz的中频接收信号时各开关的连接状态；
39.图4示意性示出了根据本发明的实施例的复用变频装置的拍频频谱实 测结果截图；
40.图5示意性的示出了根据本发明的实施例提供的复用变频系统的拍频 频谱图。
[0041][0042]
附图标记说明：
[0043]
1输入输出调理电路
[0044]
11第一滤波器
[0045]
12第一滤波器组
[0046]
13第一电放大器
[0047]
14第一自动增益控制电路
[0048]
15第二滤波器
[0049]
2光电混合信号源
[0050]
21连续激光源
[0051]
22频率综合器
[0052]
3微波上变频链路
[0053]
31微波上变频链路混频器
[0054]
32微波上变频链路滤波器组
[0055]
33第二自动增益控制电路
[0056]
34第二电放大器
[0057]
4微波光子变频链路
[0058]
41功合器
[0059]
42调制器
[0060]
43光功率放大器
[0061]
44探测器
具体实施方式
[0062]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0063]
图1示意性示出了根据本发明的实施例提供的复用变频系统的结构框 图。
[0064]
如图1所示，复用变频系统，包括：输入输出调理电路1、光电混合 信号源2、微波上变频链路3和微波光子变频链路4。
[0065]
输入输出调理电路1适用于对中频发射信号进行调理，得到第一调理 信号，以及对射频接收信号进行调理，得到第二调理信号。
[0066]
光电混合信号源2适用于发出光本振信号、上变频本振信号和高本振 信号。
[0067]
微波上变频链路3，适用于根据上变频本振信号和待处理信号得到上 变频信号，待处理信号为第一调理信号或者第二调理信号；
[0068]
微波光子变频链路4，适用于根据上变频信号、高本振信号和光本振 信号，得到指
定变频频点的微波信号；
[0069]
其中，指定变频频点的微波信号输入至输入输出调理电路进行调理， 得到最终变频信号。
[0070]
根据本发明的实施例，在待处理信号为第一调理信号的情况下，最终 变频信号为射频发射信号。在待处理信号为所述第二调理信号的情况下， 最终变频信号为中频接收信号。中频发射信号、中频接收信号为固定频点 的信号；射频接收信号、射频发射信号的频率在预设频率范围内。
[0071]
根据本发明的实施例，中频发射信号为固定频点的信号，例如1.8ghz 的中频发射信号，根据中频发射信号得到的指定变频频点的微波信号可以 为0.8ghz～18ghz的射频发射信号。射频接收信号的频率可以为 0.8ghz～18ghz，根据射频接收信号得到的指定表频频点的微波信号可以 为1.8ghz的中频接收信号。
[0072]
根据本发明的实施例，输入输出调理电路1包括：第一滤波器11、第 一滤波器组12、第一电放大器13、第一自动增益控制电路14、第二滤波 器15。
[0073]
第一滤波器11适用于对中频发射信号进行滤波，得到第一调理信号。 第一滤波器组12，适用于对根据第一调理信号得到的指定变频频点的微波 信号进行滤波，得到第二滤波信号，以及对射频接收信号进行滤波，得到 第三滤波信号。第一电放大器13，适用于对第二滤波信号的功率进行放大， 得到射频发射信号。第一自动增益控制电路14，适用于对第二滤波信号的 功率进行控制，得到第二调理信号。第二滤波器15，适用于对根据第二调 理信号得到的指定变频频点的微波信号进行滤波，得到中频接收信号。
[0074]
根据本发明的实施例，上变频本振信号的频率可以为22ghz，高本振 信号的频率调整范围可以为21ghz～38.2ghz。
[0075]
根据本发明的实施例，光电混合信号源包括：连续激光源21和频率 综合器22。连续激光源21适用于发出光本振信号，频率综合器22，适用 于发出上变频本振信号和高本振信号。
[0076]
根据本发明的实施例，微波上变频链路3包括：微波上变频链路混频 器31、微波上变频链路滤波器组32、第二自动增益控制电路33、第二电 放大器34。
[0077]
微波上变频链路混频器31适用于将所述上变频本振信号与所述待处 理信号混频，得到混频信号。微波上变频链路滤波器组32适用于对所述 混频信号进行滤波，得到第四滤波信号。第二自动增益控制电路33适用 于对根据所述第二调理信号得到的所述第四滤波信号的功率进行控制，得 到所述上变频信号。以及第二电放大器34适用于对根据所述第一调理信 号得到的所述第四滤波信号的功率进行放大，得到所述上变频信号。
[0078]
根据本发明的实施例，微波光子变频链路包括：功合器41、调制器 42、光功率放大器43、探测器44。
[0079]
功合器41适用于将上变频信号与高本振信号进行合束，输出合束信 号。调制器42适用于将合束信号调制到光本振信号上，得到光调制信号。 光功率放大器43适用于放大光调制信号，得到放大的光调制信号。以及 探测器44适用于对放大的光调制信号进行拍频，得到指定变频频点的微 波信号。
[0080]
根据本发明的实施例，调制器42的调制带宽大于等于上变频信号与 高本振信号两者中频率的最大值，小于上变频信号与高本振信号两者中频 率最小值的二倍，且调制器
42工作在载波抑制状态。
[0081]
根据本发明的实施例，光功率放大器43用于补偿调制器进行电光转 换的功率损失，放大的光调制信号的功率小于等于探测器43的饱和输入 光功率。
[0082]
根据本发明的实施例，探测器44的工作带宽大于等于预设频率范围 的最大值，且与指定变频频点的微波信号的频率的最大值的差小于预设阈 值，预设阈值可以为2ghz，且越小越好。例如实施例的预设频率范围为 0.8～18ghz，指定变频频点的微波信号的频率的最大值为18ghz，探测器 44的工作带宽可以为20ghz。
[0083]
参考图1，以下列举两个具体实施例对本发明的实施例提供的复用变 频系统进行说明。其中，调制器42选用马赫-曾德调制器(mzm)，其工 作带宽为40ghz，探测器44的响应度为0.5a/w，工作带宽为18ghz，光 放大器43选用掺铒光纤光放大器(edfa)，工作电流为100ma，edfa 的放大倍数设计为20db。连续激光源21输出的光本振信号波长为1550nm， 功率为5dbm。
[0084]
根据本发明的第一个具体实施例，将工作频点为1.8ghz的中频发射 信号变频到指定的变频频点，本例中指定的变频频点为15ghz。此时，开 关k2接通第一滤波器11与微波上变频链路3的微波上变频链路混频器 31，开关k5接通微波上变频链路滤波器组32与第二电放大器34，开关 k6接通功合器41与第二电放大器34，开关k1接通探测器44与开关k7， 开关k7处于闭合状态，开关k3连接第一滤波器组12与开关k7，开关 k4连接第一电放大器13和第一滤波器组12。
[0085]
具体步骤如下：
[0086]
步骤1：将经过第一滤波器11处理的1.8ghz中频发射信号，与频率 综合器22发出的频率为22ghz的上变频本振信号在微波上变频链路混频 器31中混频，通过微波上变频链路滤波器组32滤波与第二电放大器34 放大后得到频率为20.2ghz下边带的上变频信号。
[0087]
步骤2：输出的20.2ghz上变频信号与频率综合器22所发射出的 35.2ghz的高频本振信号通过功合器41混合，随后输入到调制器(mzm) 42中与连续激光源21发出的光本振信号形成光调制信号。其中，高频本 振信号的频率可以根据发射工作频点进行调整，获得不同的发射射频信号 频点，mzm的输入光信号功率≥5dbm，其工作在载波抑制状态。
[0088]
步骤3：采用光放大器34(edfa)对光调制信号进行功率补偿放大， 得到放大的光调制信号，edfa的放大倍数设计为20db。
[0089]
步骤4：放大的光调制信号输入到探测器44进行拍频，输出频率为 15ghz的下边带信号，而频率为55.4ghz的上边带信号受到探测器44工 作带宽的限制而被抑制。
[0090]
步骤5：将探测器输出的15ghz射频发射信号输入到第一滤波器组 12进行滤波处理，获得高质量的15ghz射频发射信号，完成宽带信号的 上变频处理。
[0091]
根据本发明方法，只需要改变高频本振的频点，就可以完成1.8ghz 中频信号到0.8ghz～18ghz射频信号的变频处理。
[0092]
根据本发明的第二个具体实施例，将0.8ghz～18ghz范围内的射频接 收信号，经过变频处理，变频为工作频点1.8ghz、瞬时带宽1ghz的中频 接收信号。本例中射频接收信号频率为15ghz。此时，15ghz射频接收信 号通过开关k3接通第一滤波器组12，开关k4接通第一滤波器组11与第 一自动增益控制电路14，开关k2接通第一自动增益控制电路14与微波 上变频链路混频器31，开关k5接通微波上变频链路滤波器组32与第二 自动增益控制电
路33，开关k6接通第二自动增益控制电路33与功合器 41，开关k1接通探测器44与第二滤波器15。
[0093]
具体步骤如下：
[0094]
步骤1：将经过第一滤波器组12与第一自动增益控制电路14处理的 15ghz射频接收信号，与频率综合器22所发射出的频率为22ghz的上变 频本振信号在微波上变频链路3的微波上变频链路混频器31中混频，通 过微波上变频链路滤波器组32滤波与第二自动增益控制电路33放大后得 到上边带37ghz上变频信号。
[0095]
步骤2：输出的37ghz上变频信号与频率综合器22所发射出的 35.2ghz高频本振信号通过功合器41混合，随后输入到调制器(mzm) 42中形成光调制信号。其中，高频本振信号可以根据发射工作频点进行调 整，获得不同的发射射频信号频点，mzm的输入光信号功率≥5dbm，其 工作在载波抑制状态。
[0096]
步骤3：采用光功率放大器43(edfa)对光调制信号进行功率补偿 放大，edfa的放大倍数设计为20db。
[0097]
步骤4：放大后的光调制信号输入到探测器44进行拍频，输出频率为 1.8ghz的下边带信号，而频率为72.2ghz的上边带信号受到探测器44工 作带宽的限制而被抑制。
[0098]
步骤5：将探测器输出的1.8ghz中频接收信号输入到第二滤波器15 进行滤波处理，获得高质量的中频接收信号，完成宽带信号的下变频处理。
[0099]
根据上述方法，只需要改变高频本振的频点，就可以完成 0.8ghz～18ghz射频信号到1.8ghz中频信号的变频处理。
[0100]
本发明提出的宽带微波光子变频模块，在上、下变频过程中，采用了 相同的光本振和微波本振，以及相同的微波光子链路，保证系统全相参。
[0101]
图4示意性的示出了根据本发明的实施例提供复用变频系统的拍频频 谱图。
[0102]
如图4所示，在1550nm中心载波(光本振信号)两边会出现两对边 带信号，由于mzm工作在载波抑制状态，所以中心载波被抑制至与边带 信号相当。图中横坐标表示频率，纵坐标表示为光信号功率。
[0103]
图5示意性示出了根据本发明的实施例的复用变频装置的拍频频谱实 测结果截图。
[0104]
如图5所示，对于上变频过程，f1代表20.2ghz高频信号，f2代表 35.2ghz高频本振信号，经过拍频后会出现差频15ghz信号、合频55.4ghz 信号以及谐波、高阶交调信号，由于合频、谐波及高阶交调信号处于探测 器带宽之外或者十分微弱，拍频后的信号经后接滤波器处理便只剩下差频 15ghz信号。对于下变频过程，f1代表35.2ghz高频本振信号，f2代表 37ghz高频信号，经过拍频后会出现差频1.8ghz信号、合频72.2ghz信 号以及谐波、高阶交调信号，由于合频、谐波及高阶交调信号处于探测器 带宽之外或者十分微弱，拍频后的信号经后接滤波器处理便只剩下差频 1.8ghz信号。这样便实现了宽带条件下的高质量变频。
[0105]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已， 并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、 等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。