一种基于微波光子技术的相位编码信号产生装置

1.本发明涉及一种多波段相位编码信号产生装置，尤其涉及一种基于微波光子技术的相位编码信号产生装置。


背景技术：

2.相位编码信号作为一种常用的雷达信号，具有良好的脉冲压缩特性，可以同时兼顾距离分辨率和作用距离。然而，传统基于电子学的方法，由于受制于电子器件的瓶颈，无法产生高频、大带宽的信号。为了解决上述传统电学方法的问题，光子学方案能够有效地解决这些问题，同时由于复杂光电调制器的使用，通过合理调谐直流偏置点，可以产生多波段相位编码信号，在多任务、多功能雷达系统中具有广泛的应用，因此在微波信号产生领域得到了广泛的研究。
3.在2013年，n.h.zhu提出了一种基于光学外调制的宽带可调谐的无基带调制信号的相位编码雷达脉冲产生装置，之后的很多结构也都在此结构的基础上进行了修改。为了更加精确的控制编码信号的相移，在2021年，lig等研究人员提出了基于复杂光电调制器的方法，该结构主要由双平行双偏振马赫曾德尔调制器组成，通过合理的设置直流偏置点，使得相移取决与编码信号的极性，并且可以直接产生脉冲形式下的雷达信号。为了适应多功能多任务雷达，在2021年，fanx等提出了一种多波段多任务的相位编码信号产生装置，该结构由偏振调制器和双平行双偏振马赫曾德尔调制器组成，具有灵活的调制特性，可以产生三个波段的相位编码信号，同时可以消除基带调制信号，相移由编码信号的极性决定。而且，偏振调制器价格昂贵，限制了该装置的进一步研究和应用。


技术实现要素：

4.本发明提供一种基于微波光子技术的相位编码信号产生装置，可以产生三个波段的相位编码信号，同时可以消除基带调制信号以及单频信号，可以直接产生脉冲形式下的雷达信号。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种基于微波光子技术的相位编码信号产生装置，包括：光源，用于提供光载波；
6.调制模块，其包括一个马赫曾德尔调制器和一个双平行双偏振马赫曾德尔调制器，用于将射频信号调制在所述光载波上以及对特定频率信号进行相位编码；
7.偏振分离模块，用于将所述双平行双偏振马赫曾德尔调制器输出的两路光信号中的两个正交偏振态分离出来；
8.平衡探测模块，包括两个慢速平衡光电探测器，用于分别对分离出的两路水平和两路垂直偏振态光信号进行平衡探测，产生相位编码信号，消除基带调制信号和单频分量；
9.微波源，用于调节所述调制模块输入的微波信号功率，发出微波信号；
10.任意波形发生器，用于发出基带信号，该基带信号包括基带线性调频信号和基带编码控制信号；
11.所述调制模块将激光器输入的光信号、微波源输入的微波信号、任意波形发生器输入的基带信号进行信号调制产生相互正交的光频梳信号和加载基带信号的光信号，并将调制后的信号合成一路输入至探测模块。
12.优选的，所述光源的输出端与所述调制模块第一输入端，即左侧的马赫曾德尔调制器输入端相连，通过射频信号对光载波进行调制。
13.优选的，所述调制模块包括串联的马赫曾德而调制器、第一偏振控制器、双平行双偏振马赫曾德尔调制器和第二偏振控制器；
14.所述双平行双偏振马赫曾德尔调制器由并列连接的第一光电调制器、第二光电调制器和90
°
偏振旋转器组成；
15.所述第一光电调制器由第一和第三子调制器并联组成；
16.所述第二光电调制器由第二和第四子调制器并联组成；
17.所述第一光电调制器构成该双平行双偏振马赫曾德尔调制器的第一串联支路，第二光电调制器的输出端与90
°
偏振旋转器的输入端相连构成该双平行双偏振马赫曾德尔调制器的第二串联支路，所述第一串联支路与第二串联支路并联接入第二偏振控制器的输入端；
18.通过设置光电调制器的直流偏置点，可以消除基带调制信号以及单频信号；
19.通过调整两个光电调制器的工作状态可以产生三个波段的相位编码信号。
20.优选的，所述平衡探测模块包括并列连接的慢速平衡光电探测器，所述慢速平衡光电探测器的输入端与偏振分离模块的输出端分别对应相连；
21.通过平衡光电探测器对两路垂直偏振光的拍频，可以直接产生脉冲形式的相位编码信号。
22.一种基于微波光子技术的多波段相位编码信号产生装置，包括所述基于微波光子技术的相位编码信号产生装置。
23.因此，本发明采用上述一种基于微波光子技术的相位编码信号产生装置，具有以下有益效果：
24.(1)本发明突破了传统电学方法限制，可以产生高频，大带宽的微波信号；
25.(2)本发明实现了更多波段的微波信号的产生，通过调节直流偏置点可以产生三个波段的相位编码信号的产生；
26.(3)本发明中避免使用偏振调制器，同时产生了无基带调制干扰的相位编码信号，降低了系统成本。
27.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
28.图1是本发明多波段相位编码信号产生装置的基本结构示意图；
29.图2是调制模块的实施例示意图；
30.图3是调制模块的一个输出端，在正交偏振态上光脉冲受调制的示意图；
31.图4是产生的三波段相位编码信号频谱图。
具体实施方式
32.以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
33.除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
34.本发明利用两个光电调制器进行级联，通过在马赫曾德尔调制器上进行最大点或者最小点传输，然后在双平行双偏振马赫曾德尔调制器上分别对第一和第三的子调制器实现最小点传输，在第二和第四子调制器实现最大点调制，然后用偏振分束器将两个正交偏置的光信号分离，进入平衡光电探测器进行拍频，产生三波段的相位编码信号。
35.具体而言，本发明所提出基于微波光子技术的相位编码信号产生装置，包括：
36.光源，用于提供光载波；
37.调制模块，其包括一个马赫曾德尔调制器和一个双平行双偏振马赫曾德尔调制器，用于将射频信号调制在光载波上以及对特定频率信号进行相位编码；
38.偏振分离模块，用于将双平行双偏振马赫曾德尔调制器输出的两路光信号中的两个正交偏振态分离出来；
39.平衡探测模块，包括两个慢速平衡光电探测器，用于分别对分离出的两路水平和两路垂直偏振态光信号进行平衡探测，产生相位编码信号，消除基带调制信号和单频分量；
40.微波源，用于调节所述调制模块输入的微波信号功率，发出微波信号；
41.任意波形发生器，用于发出基带信号，该基带信号包括基带线性调频信号和基带编码控制信号；
42.所述调制模块将激光器输入的光信号、微波源输入的微波信号、任意波形发生器输入的基带信号进行信号调制产生相互正交的光频梳信号和加载基带信号的光信号，并将调制后的信号合成一路输入至探测模块。
43.实施例一
44.本发明装置的基本结构如图1所示，包括光源、调制模块(马赫曾德尔调制器、双平行双偏振马赫曾德尔调制器)、偏振分离模块、平衡探测模块。其中，光源用于提供光载波；调制模块，其包括一个马赫曾德尔调制器和一个双平行双偏振马赫曾德尔调制器，用于将射频信号调制在光载波上以及对特定频率信号进行相位编码；偏振分离模块，用于将双平行双偏振马赫曾德尔调制器输出的两路光信号中的两个正交偏振态分离出来；平衡探测模块，包括两个慢速平衡光电探测器，用于分别对分离出的两路水平和两路垂直偏振态光信号进行平衡探测，产生相位编码信号，消除基带调制信号和单频分量。
45.图2显示了调制模块的一个具体实施例，如图2所示，该调制模块由一个马赫曾德而调制器和一个双平行双偏振马赫曾德尔调制器构成，光载波进入马赫曾德尔调制器，通过射频信号对其进行调制，调制信号进入双平行双偏振马赫曾德尔调制器，分别在第一个
和第三个子调制器上加载另一个由微波源发出的射频信号，在第二个和第四个子调制器上加载由任意波形发生器发出的编码信号。
46.如图3所示，为调制模块的一个输出端示意图，经过调制后的输出端为两个偏振态正交的信号，这两个偏振态正交的信号所包含的频率分量中，除了编码信号的极性相反，其余频率分量的极性均相同，从而可以在经过平衡探测器后可以消除基带调制信号和单频信号。
47.为便于公众理解，下面对本发明技术方案的基本原理做进一步详细说明：
48.由激光器发射光载波，所输出的光载波可以写为：
[0049][0050]
其中a为光载波幅度，f0为光载波的频率。
[0051]
当第一个马赫-曾德尔调制器偏置在最小传输点：
[0052][0053]
对于双平行双偏振马赫曾德尔调制器进行直流偏置，任意波形发生器产生两个极性相反的编码信号s(t)和分别加载在双平行双偏振马赫曾德尔调制器的第二和第四个子调制器上，mzm1和mzm3处于最小偏置点，mzm2 和mzm4处于最大偏置点，可得上下臂得输出分别为：
[0054][0055][0056]
双平行双偏振马赫曾德尔调制器输出为：
[0057]edp-dpmzm
＝e
up
+e
down
[0058]
经过探测器拍频后得输出为：
[0059][0060]
激光器输出光信号频率为发f0，rf1信号频率为frf1，rf2信号频率为 frf2。经偏振分束器后，将两个偏振态为正交的信号分开。信号的光谱信息如图3所示。它包含六个频率分量，f1为f0-frf1-frf2，f2为f0-frf1，f3为 f0-frf1+frf2，f4为f0+frf1-frf2，f5为f0+frf1，f6为f0+frf1+frf2。通过bpd拍频。得到的基带调制信号的三个频带频率分别为frf2、2frf1
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frf2、2frf1+frf2的相位编码信号。当s(t)》0或者《0时，微波信号发生π相移。当s(t)为三电平编码信号(s(t)＝0、1、-1)时，系统可直接产生脉冲形式的多波段雷达信号。此外，还消除了基带调制信号和单频信号。
[0061]
通过一个实验验证了该相位编码信号产生装置的可行性，产生了三波段的相位编码信号，如图4所示，产生的多波段相位编码信号的相移由编码信号的极性控制，可以准确的产生π相移。
[0062]
因此，本发明采用上述一种基于微波光子技术的多波段相位编码信号的产生装置，可以产生三个波段的相位编码信号，同时可以消除基带调制信号以及单频信号，可以直接产生脉冲形式下的雷达信号。
[0063]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。