基于光頻率梳的信道化信號(hào)處理技術(shù)

孫文惠　方高升

摘 要：本文基于光學(xué)頻率梳和光外差技術(shù)產(chǎn)生了信道化接收機(jī)中的信道化多本振源。實(shí)驗(yàn)中利用兩個(gè)重復(fù)頻率不同的光學(xué)頻率梳通過(guò)拍頻產(chǎn)生了2.5GHz、5GHz、7.5GHz、10GHz和12.5GHz信道化本振源，本振信號(hào)信噪比達(dá)到40dB以上。

關(guān)鍵詞：光學(xué)頻率梳；光外差；信道化；電子對(duì)抗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.126

1 引言

信道化接收機(jī)是目前電子對(duì)抗系統(tǒng)中一種非常有前途的測(cè)頻接收機(jī)體制，在雷達(dá)抗干擾措施中也有廣泛應(yīng)用[1， 2]。光波作為信息載體，具有極高的時(shí)間-空間帶寬積、高度的并行性和抗干擾性，在信息高速傳送和處理時(shí)具有功率損耗低、干擾小等優(yōu)點(diǎn)?；谖⒉ü庾蛹夹g(shù)的信道化接收機(jī)系統(tǒng)利用微波光子技術(shù)產(chǎn)生多本振源，將不同頻段、不同帶寬及不同信號(hào)格式的微波信號(hào)調(diào)制到光載波上，利用光鏈路的低損耗、寬帶及抗電磁干擾等特性，在光域進(jìn)行處理和靈活交換.。因此基于微波光子技術(shù)的信道化本振產(chǎn)生技術(shù)是新一代高頻段、多波束、大容量信道化接收機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 工作原理

光的頻率很高，兩束光波長(zhǎng)間的微小差異所對(duì)應(yīng)的頻差就可以達(dá)到很寬的頻率范圍。因此光生微波技術(shù)具有寬帶、快速可調(diào)諧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、抗電磁干擾等有點(diǎn)。光生微波將波長(zhǎng)相近但頻率不同的兩束光波同時(shí)投射到高速響應(yīng)探測(cè)器上，由于光探測(cè)器具有平方率電場(chǎng)檢測(cè)特性，根據(jù)諧波疊加原理，就能產(chǎn)生拍頻電信號(hào)。拍頻信號(hào)的線寬特性主要取決于兩束光的頻率相干特性而不單純依賴于它們各自的線寬。信號(hào)的相位噪聲決定于兩光束的相位相關(guān)性[1， 2]。

3 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

基于上述雙光學(xué)頻率梳的多微波本振信號(hào)產(chǎn)生原理，利用光外差技術(shù)產(chǎn)生多微波本振源，提出一種基于光學(xué)頻率梳的多微波本振源產(chǎn)生的系統(tǒng)方案，如圖1所示。激光光源輸出分成兩路，一路經(jīng)過(guò)移頻（FS）后光載波輸出給F-P腔相位調(diào)制器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳2（OFC2），一路是直接輸入給F-P腔相位調(diào)制器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳1（OFC1）。兩個(gè)F-P腔相位調(diào)制器的調(diào)制頻率存在由F-P腔相位調(diào)制器的自由光譜范圍決定，我們系統(tǒng)中為2.5GHz。經(jīng)過(guò)F-P腔相位調(diào)制器調(diào)制后的光邊帶的功率的理論表達(dá)式如下：

（1）

從式（1）可以看出，經(jīng)過(guò)F-P腔相位調(diào)制器產(chǎn)生光學(xué)頻率梳的光梳梳齒的強(qiáng)度并不能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)平坦，而是指數(shù)形式衰減，所以我們實(shí)驗(yàn)中利用中心載波附近的幾根梳齒實(shí)現(xiàn)變頻?；蛘吆罄m(xù)加入與光梳梳齒功率衰減互補(bǔ)的光放大器，實(shí)現(xiàn)后期功率均衡。光學(xué)頻率梳1和2的表達(dá)式如式（2）和式（3）所示。

（2）

（3）

經(jīng)過(guò)光電探測(cè)器光電轉(zhuǎn)換，得到的差頻光電流頻率為：

（4）

圖2（a）給出了經(jīng)過(guò)光波分復(fù)用器信道化后的光譜輸出，其中包含上下兩路光頻梳的兩根梳齒。圖2（b）給出了信道化后的光信號(hào)經(jīng)過(guò)光電變換后的電信號(hào)經(jīng)過(guò)頻譜儀檢測(cè)得到的頻域上輸出，頻譜范圍設(shè)置在1.5GHz，電信號(hào)的信噪比能夠達(dá)到40dB之上。

我們測(cè)試了不同信道化的光譜輸出以及其經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后的電譜輸出分別是5GHz、7.5GHz、10GHz和12.5GHz。需要說(shuō)明的是目前所做的信道化得到的電信號(hào)結(jié)果為沒(méi)有進(jìn)行移頻后的結(jié)果，僅僅是兩路光學(xué)頻率梳各自的調(diào)制頻率為25GHz和22.5GHz。所以信道化后的電信號(hào)就是2.5GHz的整數(shù)頻率輸出。

4 結(jié)論

本文利用該光學(xué)頻率梳，搭建了多微波本振源系統(tǒng)，產(chǎn)生了從2.5GHz到12.5GHz的多個(gè)本振頻率。為了產(chǎn)生寬范圍可調(diào)諧的本振源，提出了對(duì)進(jìn)入F-P腔相位調(diào)制器之前對(duì)光載波利用雙平衡強(qiáng)度調(diào)制器實(shí)現(xiàn)連續(xù)移頻。從而我們可以得到從C到Ka頻段的連續(xù)變頻。該項(xiàng)技術(shù)為電子對(duì)抗系統(tǒng)中光信道化接收機(jī)提供了可靠的技術(shù)解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2]付永慶，李裕.基于多相濾波器的信道化接收機(jī)及其應(yīng)用研究[J]. 信號(hào)處理，2004，20（05）.