基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法及系统

本发明涉及微波光子，尤其涉及一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法及系统。

背景技术：

1、矢量网络分析仪器是微波毫米波测试仪器领域中最重要、应用最广泛的一种高精度智能化测试仪器，主要用于被测网络散射参量双向s参数的幅频、相频以及群时延等特性信息的测量。其中最重要的功能是s21参数的测量，即待测器件的幅度响应特性和相频响应特性。

2、传统的高频段大带宽频响特性测量方案大多采用将矢量网络分析仪添加扩频模块进行多级倍频、混频的技术，并且需要根据所测量频段安装不同的扩频模块，结构较为复杂。尽管目前全球顶尖设备通过分频段扩频已经能达到超过数百ghz的测量范围，其存在体积庞大，工艺、结构复杂，成本高昂的不足，同时进一步扩频已经陷入瓶颈。

技术实现思路

1、本发明提供一种于光锁相环的微波器件频响特性测量方法及系统，用以解决现有高频段大带宽频响特性测量结构复杂度、成本高的问题。

2、本发明提供一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，包括：

3、获取两个超窄线宽可调谐激光器的输出光，两个激光器分别作为光锁相环的主激光器和从激光器；

4、基于主激光器的输出光和从激光器的输出光获取拍频微波信号，并基于所述拍频微波信号构建反馈回路完成主激光器和从激光器相参；

5、基于相参后的主激光器和从激光器改变主激光器波长同时向预设的锁相环寄存器中写入指令，改变锁相环分频倍数，从而控制主激光器和从激光器拍频微波信号频率，产生系列等频率间隔连续波信号作为频率响应测量的参考信号源和测量信号源；

6、在测量信号通过待测器件后，参考信号和测量信号使用光锁相环中的主激光器和从激光器进行光电下变频，将高频参考信号和测量信号下变频至固定频率的中频信号进行采样后处理，得到待测器件在不同频点处的幅度响应和相位响应。

7、根据本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，所述获取两个超窄线宽可调谐激光器的输出光，两个激光器分别作为光锁相环的主激光器和从激光器，具体包括：

8、所述主激光器为通过加热微环和直波导调谐波长的热调超窄线宽激光器，获取作为扫频光源的主激光器输出光；

9、所述从激光器为基于压电陶瓷应力调谐的激光器，获取作为锁相光源的从激光器输出光。

10、根据本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，所述基于主激光器的输出光和从激光器的输出光获取拍频微波信号，并基于所述拍频微波信号构建反馈回路完成主激光器和从激光器相参，具体包括：

11、将主激光器的输出光和从激光器的输出光经过预设的耦合器进行耦合后输入预设光电探测器，生成拍频微波信号；

12、将所述拍频微波信号输入至预设的锁相环路，产生反馈信号；

13、将所述反馈信号作为锁相光源的调谐电压构建反馈回路，完成主激光器和从激光器相参。

14、根据本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，

15、基于相参后的主激光器和从激光器改变主激光器波长同时向预设的锁相环寄存器中写入指令，改变锁相环分频倍数，从而控制主激光器和从激光器拍频微波信号频率，产生系列等频率间隔连续波信号作为频率响应测量的参考信号源和测量信号源，具体包括：

16、改变主激光器微环和直波导加热电极上的电压，同时向锁相环寄存器中写入指令；

17、基于所述指令改变锁相环分频倍数，控制拍频连续波信号的频率；

18、连续改变主激光器波长和锁相环分频倍数，产生一系列等频率间隔拍频连续波信号作为扫频微波源；

19、其中，扫频微波源分辨率由锁相环路最小分辨率决定。

20、根据本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，在测量信号通过待测器件后，参考信号和测量信号使用光锁相环中的主激光器和从激光器进行光电下变频，将高频参考信号和测量信号下变频至固定频率的中频信号进行采样后处理，具体包括：将扫频微波信号通过功分器分为两路，分别作为参考信号和测量信号，将所述测量信号通过待测器件以携带待测器件在不同频点处的频响特性信息；

21、将所述测量信号和参考信号通过相位调制器调制到所述从激光器的输出光上；

22、所述从激光器的输出光在频域中经调制后负一阶边带与主激光器的输出光具有相同频率。

23、根据本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，

24、所述主激光器的输出光通过预设的声光调制器移频后进入预设的一分二耦合器，生成上路输出光和下路输出光；

25、所述上路输出光与参考微波信号调制的从激光器的输出光输入上路平衡探测器中；

26、所述下路输出光与通过待测器件的测量微波信号调制的从激光器的输出光输入下路平衡探测器中。

27、根据本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法，所述将所述主激光器的输出光进行一分二耦合生成两路信号，之后包括：

28、将上路平衡探测器输出的中频信号与下路平衡探测器输出的携带待测频率响应信息的中频信号输入双通道采集卡采集并后处理即可得到幅度、相位受到传输函数作用的变化量。

29、本发明还提供一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量系统，所述系统包括：

30、输出光获取模块，用于获取两个超窄线宽可调谐激光器的输出光，两个激光器分别作为光锁相环的主激光器和从激光器；

31、激光器相参模块，用于基于主激光器的输出光和从激光器的输出光获取拍频微波信号，并基于所述拍频微波信号构建反馈回路完成主激光器和从激光器相参；

32、扫频连续波信号生成模块，用于基于相参后的主激光器和从激光器改变主激光器波长同时向预设的锁相环寄存器中写入指令，改变锁相环分频倍数，从而控制主激光器和从激光器拍频微波信号频率，产生系列等频率间隔连续波信号作为频率响应测量的参考信号源和测量信号源；

33、光电下变频模块，用于在测量信号通过待测器件后，参考信号和测量信号使用光锁相环中的主激光器和从激光器进行光电下变频，将高频参考信号和测量信号下变频至固定频率的中频信号进行采样后处理，得到待测器件在不同频点处的幅度响应和相位响应。

34、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法。

35、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法。

36、本发明提供的一种基于光锁相环的微波器件频响特性测量方法及系统，通过可调谐的超窄线宽激光拍频结合光锁相环技术可以组成高频宽带、低相噪、低杂散、可精确控制的扫频微波合成器。基于光锁相环的微波源具有小尺寸的特点，并且产生微波的高频谱纯度降低了测量误差；利用光锁相环中的两个光源进行下变频，将激励信号下变频至固定频率中频信号，降低了对电子后端的要求，只需要窄带光电探测器和采集卡即可采集携带测量信息的信号；并且除了在锁相环前加入分频器外，无需其他结构上的改变即可扩展测量范围；由于光不易受电磁干扰的性质，基于微波光子的频响特性测量系统还具有巨大的集成潜力，未来可大大降低矢量网络分析仪的体积和功耗。