全光微波信號處理技術(shù)的研究.pdf

1、隨著人們對寬帶無線通信需求的增長,無線通信向高頻的微波頻段拓展。然而由于處理速率的限制,傳統(tǒng)的電子技術(shù)對于高速微波信號的處理顯得捉襟見肘。同時,隨著頻率的提高,微波信號在空氣中的傳輸損耗也增加,因此微波信號無法進行長距離的傳輸。光子具有天然的帶寬巨大的優(yōu)勢,因此采用光子技術(shù)處理高速的微波信號可以擺脫電子技術(shù)處理速率瓶頸的限制。并且,光纖具有低損耗長距離傳輸?shù)哪芰?因此可以借助光纖通信技術(shù)來實現(xiàn)微波信號的長距離傳輸,如光纖無線電(RoF)

2、、光纖超寬帶(UWBoverfiber)技術(shù)等等。此外,采用光子技術(shù)處理微波信號還具有極強的抗電磁干擾能力,因而微波光子技術(shù)在軍事、民用通信等方面均具有重要的應(yīng)用價值。
　　本論文基于電光調(diào)制器、光學(xué)濾波器以及半導(dǎo)體光放大器(SOA)開展了微波光子技術(shù)方面的研究,主要的研究內(nèi)容包括微波光子濾波器、光學(xué)產(chǎn)生及調(diào)制超寬帶(UWB)信號以及光學(xué)產(chǎn)生相位編碼的微波信號。本論文的貢獻主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
　　(1)利用光學(xué)帶通濾波

3、器對相位調(diào)制的光信號進行失諧濾波,得到功能新穎的微波光子濾波器。提出了基于相位調(diào)制和兩個可調(diào)光學(xué)濾波器(TOBF)實現(xiàn)可切換的微波光子濾波器,通過控制TOBF對相位調(diào)制的光信號失諧方向,在光域內(nèi)實現(xiàn)微波信號的相加或相減,得到在帶通濾波和帶阻濾波之間相互切換的微波光子濾波器;同時對方案進行改進,提出了采用陣列波導(dǎo)光柵(AWG)的兩個信道對相位調(diào)制的兩列光信號分別進行反向失諧濾波,得到通帶更加平坦以及阻帶頻率選擇性更強的微波光子帶阻濾波器;

4、提出了采用延時干涉儀(DI)結(jié)合TOBF同時得到微波帶通與微波帶阻濾波器,利用DI的兩個輸出端口的傳遞函數(shù)反相的特點,在DI的兩個輸出端口分別得到微波帶通濾波器和微波帶阻濾波器,實現(xiàn)對微波信號的路由功能。
　　(2)提出了采用法布里-珀羅半導(dǎo)體光放大器(FP-SOA)對相位調(diào)制的光信號失諧濾波來得到微波光子濾波器。通過簡單的調(diào)節(jié)FP-SOA的偏置電流改變FP-SOA的增益譜來改變FP-SOA的增益譜與光載波之間的頻率關(guān)系,在0~4

5、0GHz的范圍內(nèi)分別得到Q值為184的單通帶微波光子濾波器和形狀因子為1.26的平通帶、邊沿陡峭的微波光子濾波器,并可實現(xiàn)微波濾波器通帶中心頻率可調(diào)。
　　(3)提出了利用級聯(lián)的馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)產(chǎn)生UWB脈沖。采用兩個馬赫-曾德爾調(diào)制器(MZM)級聯(lián)產(chǎn)生UWBmonocycle脈沖,當(dāng)兩個調(diào)制器均工作在推挽狀態(tài)時產(chǎn)生單波長無啁啾的monocycle脈沖。同時對級聯(lián)三個或四個MZM產(chǎn)生doublet或triplet脈沖進

6、行了模擬驗證。
　　(4)利用MZM和SOA的非線性效應(yīng)產(chǎn)生UWB脈沖。提出將MZM和1個半導(dǎo)體光放大器(SOA)級聯(lián),利用SOA的增益飽和效應(yīng)對光脈沖進行非均勻放大得到兩個極性相反的monocycle脈沖,同時提出采用電的方法切換MZM的偏壓點實現(xiàn)對產(chǎn)生的monocycle脈沖的雙相位調(diào)制并進行仿真驗證;提出采用MZM和兩個SOA級聯(lián),通過兩次利用SOA的增益飽和效應(yīng)產(chǎn)生一對極性相反的doublet脈沖;為簡化系統(tǒng),提出了將MZ

7、M和FP-SOA級聯(lián),利用FP-SOA中FP腔的反饋作用和SOA的增益飽和效應(yīng)產(chǎn)生一對極性相反的UWB脈沖,并對產(chǎn)生的UWB脈沖在光纖和空氣中的傳輸也進行了實驗研究。
　　(5)利用頻率上轉(zhuǎn)換將厘米波段UWB脈沖經(jīng)過頻率上轉(zhuǎn)換為毫米波段UWB脈沖。在實驗中采用延時干涉儀(DI)對相位調(diào)制的光信號進行失諧濾波得到厘米波段monocycle脈沖,結(jié)合MZM的載波抑制調(diào)制將厘米波段monocycle脈沖進行頻率上轉(zhuǎn)換得到毫米波段mono