光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统技术方案

本发明专利技术公开了光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统，属于微波光子技术领域，包括微波光子射频前端、数字阵列模块、频率源、时钟本振光分配网络、校正/监测分机和供电模块；所述校正/监测分机用于为校正、测试和监测工作提供有源收发通道；所述频率源用于产生收发通道正交调制解调所需要的相参本振信号，还用于产生信号处理、数据处理、波束与时序控制所需要的各种参考同步时钟信号；所述时钟本振光分配网络用于保证时钟信号与本振光信号的相参性。本发明专利技术利用微波光子学技术在光载波上实现下变频和正交调制解调，可规避变频器、混频器的性能限制，以及降低对ADC、DAC的采样速率要求，能够很好地对超宽带信号进行处理。

Optical Quadrature Modem System and Digital Integrated Radio Frequency System Based on the System

【技术实现步骤摘要】
光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统
本专利技术涉及微波光子
，具体涉及光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统。
技术介绍
综合射频系统通过一套公用的软件和硬件平台，将多频段、多制式、宽带的多功能业务集中一体化处理，实现统一管控、灵活调配和资源共享。不但节省了空间、减小了设备冗余、提升了效率、降低了维护成本，而且会带来更好的性能提升。因此，综合射频系统架构被广泛用于舰载、航空、天文、通信、空间载荷等应用中。综合射频系统的信号包括雷达、电子战、通信、导航等多频率、多形式、大容量、宽带且复杂的射频信号。对于所述数字化综合射频系统，其工作带宽要求覆盖几十MHz到几十GHz频率范围，且对于宽带应用场景，瞬时带宽可达几个GHz。从目前国内外研究动态来看，实现超宽瞬时带宽射频信号的收发，主要有纯微波和微波光子结合的两种实现方式。纯微波的实现方式：受限于变频器、ADC、DAC等器件性能的限制，需要采用分段多次变频或分段模拟正交调制解调的方式实现，其缺点是模拟收发通道比较复杂，频带内指标不易保证；微波光子实现方式：目前多采用光波束形成网络，配合多次模拟变频、ADC和DAC或高速光采样和光信号产生实现。其缺点是受光波束形成网络中光波分数量的限制，高速光采样系统也比较复杂，难以在大阵列中应用。雷达中的模拟正交鉴相的原理图如图1所示，输入的中频实信号可表示为：S(t)＝a(t)cos[ωit+φ(t)]其中a(t)和φ(t)分别为信号的幅度和相位调制函数，ωi是载波频率。S(t)与两路相干本振信号(I路cosωit，Q路sinωit)经混频处理，低通滤波去掉高次项可得：I路：Q路：如要取振幅函数a(t)，则为如要取相位函数φ(t)，则为通过模拟正交鉴相可分别提取所接收到信号的幅度信息和相位信息。然而，受限于变频器、ADC、DAC等器件性能的限制，对于超宽带的射频信号，需要将接收的信号按频率分成多个频段，分别进行模拟正交调制解调的方式实现。导致模拟收发通道比较复杂，频带内指标不易保证；微波光子技术利用光子学宽带、高速、低功耗、抗电磁干扰、频率响应平坦和并行处理能力强等优点来实现宽带微波信号的产生、传输、处理和控制。目前关于微波光子技术在综合射频系统中的应用主要集中在以下几方面的研究：利用微波光子技术实现更低噪声的微波本振源，以及通过光纤组建低损耗、大范围的本振分布网络；利用电光调制器作为宽带混频器，实现宽带变频；利用微波光子技术实现大动态范围、轻量化的射频传输；利用光开关对光载射频信号进行路由和切换，实现资源调度分配。目前，采用微波光子技术实现本振产生、频率变换、信号传输、资源调配等功能已经在国内外的一些大型项目中付诸应用。然而，对于超宽带的数字化综合射频系统而言，宽带射频信号的正交解调受限于变频器、ADC、DAC等器件性能的问题并未得到解决。利用微波光子学技术在光子上实现下变频和正交解调，可规避变频器、混频器的性能限制，以及降低对ADC、DAC的性能要求。微波光子学技术中，关于微波信号光正交解调的研究，主流的解决方案是利用90°光混频器实现信号的正交解调。90°光混频器的工作流程如图2所示，加载射频信号的信号光场与加载本振信号的本振光场从两个输入端口进入90°光混频器。通过两个耦合器，将信号光和本振光分别分为两路，在其中一路信号光场上额外引入的相移。将得到的两路正交的信号光与两路本振光分别通过两个耦合器进行混频，耦合器输出的光信号通过双平衡探测器抑制直流分量和共模噪声并转为两路正交的射频信号输出。取信号光和本振光分别为：Esig＝Esigexp(jω0t)exp(jvsig)ELO＝ELOexp(jω0t)exp(jvLO)其中，ω0为光载波频率，vsig与vLO分别为信号光与本振光场上的相位调制。则双平衡探测器输出的两路光电流大小有如下关系：I路：Q路：上式中，η为光电探测器PD的光电转换效率。由上式可看出，90°光混频器经光电转换输出的两路电信号之间存在正交的关系。基于90°光混频器的方案中，主要实现正交解调功能的器件为通信中已经广泛使用的90°光混频器，其结构设计与工艺均较成熟，然而该方案需要提取单边带调制的光信号输入到90°光混频器中。常见的单边带光调制方案有基于I/Q调制器实现单边带调制以及通过光滤波器实现单边带调制两种方式。采用光滤波器实现单边带调制的难点在于光滤波器带宽通常在5GHz以上，窄带的光滤波器难以实现，且需要精确控制输入光载波的中心波长，对于较低频段的微波信号难以通过光滤波器实现单边带调制。采用I/Q调制器实现单边带调制的难点在于需要对加载到I/Q调制器上的微波信号进行90°移相处理才能实现单边带载波抑制调制的效果。对于宽带信号很难实现精准的90°移相处理，因而对于宽带信号，I/Q调制器的单边带调制效果较差，输出信号中干扰较严重。因此使用90°光混频器进行正交调制解调处理的方案，难以处理宽频段、大瞬时带宽的应用场景，如本专利技术所关注的超宽带综合射频系统
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：如何解决数字化综合射频系统中超宽带信号处理的困难。本专利技术提供了光正交调制解调系统、基于该系统的数字化综合射频系统。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本专利技术包括接收解调子系统与发射调制子系统；所述接收解调子系统与发射调制子系统均包括微波光子射频前端与基于光正交调制解调的数字阵列模块；所述接收解调子系统用于接收射频信号并将其解调为数字基带信号；所述发射调制子系统用于产生雷达波形基带信号并将其调制为射频信号；所述微波光子射频前端与数字阵列模块均用于完成对雷达波形基带信号以及射频信号的调制解调工作；所述微波光子射频前端与数字阵列模块电连接。光正交解调方法，包括以下步骤：S101：输入本振信号，通过电光调制器将本振信号加载到光载波上，将加载本振信号的光载波分为两路；S102：通过可调光延迟线在光载波上对其中一路本振信号进行90°移相；S103：与射频信号混频后，实现微波信号的光正交解调。光正交调制方法，包括以下步骤：S101：输入本振信号，将本振信号分成两路；S102：通过可调光延迟线在光载波上对其中一路本振信号进行90°移相；S103：将I、Q两路信号通过电光调制器加载到光载波上，分别与两路本振信号进行混频；S104：将混频后的两路正交信号合为一路，从而实现微波信号的光正交解调。基于光正交调制解调系统的数字化综合射频系统，包括微波光子射频前端、数字阵列模块、频率源、时钟本振光分配网络、校正/监测分机和供电模块；所述校正/监测分机用于为校正、测试和监测工作提供有源收发通道；所述频率源用于产生收发通道正交调制解调所需要的相参本振信号，还用于产生信号处理、数据处理、波束与时序控制所需要的各种参考同步时钟信号；所述时钟本振光分配网络用于保证时钟信号与本振光信号的相参性；所述供电模块用于为射频系统内部组件供电；所述微波光子射频前端、数字阵列模块、频率源、时钟本振光分配网络、校正/监测分机均与供电模块电连接。优选的，所述频率源为基于OEO(光电振荡器)的频率源或基于传统微波技术的频率合成器。优选的，所述收发通道分为接收通道与发射通道，所述接收通道用于完成回波信号的接收、放大、滤波、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光正交调制解调系统，其特征在于：包括接收解调子系统与发射调制子系统；所述接收解调子系统与发射调制子系统均包括微波光子射频前端与基于光正交调制解调的数字阵列模块；所述接收解调子系统用于接收射频信号并将其解调为数字基带信号；所述发射调制子系统用于产生雷达波形基带信号并将其调制为射频信号；所述微波光子射频前端与数字阵列模块均用于完成对雷达波形基带信号以及射频信号的调制解调工作；所述微波光子射频前端与数字阵列模块电连接。

【技术特征摘要】
1.光正交调制解调系统，其特征在于：包括接收解调子系统与发射调制子系统；所述接收解调子系统与发射调制子系统均包括微波光子射频前端与基于光正交调制解调的数字阵列模块；所述接收解调子系统用于接收射频信号并将其解调为数字基带信号；所述发射调制子系统用于产生雷达波形基带信号并将其调制为射频信号；所述微波光子射频前端与数字阵列模块均用于完成对雷达波形基带信号以及射频信号的调制解调工作；所述微波光子射频前端与数字阵列模块电连接。2.光正交解调方法，采用了权利要求1中所述的接收解调子系统，其特征在于，包括以下步骤：S101：输入本振信号，通过电光调制器将本振信号加载到光载波上，将加载本振的光信号分成两路；S102：通过可调光延迟线在光载波上对其中一路本振信号进行90°移相；S103：与射频信号混频后，实现微波信号的光正交解调。3.光正交调制方法，采用了权利要求1中所述的发射调制子系统，其特征在于，包括以下步骤：S101：输入本振信号，将本振信号分成两路；S102：通过可调光延迟线在光载波上对其中一路本振信号进行90°移相；S103：将I、Q两路信号通过电光调制器加载到光载波上，分别与两路本振信号进行混频；S104：将混频后的两路正交信号合为一路，从而实现微波信号的光正交解调。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰，崇毓华，梅理，朱宇鹏，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34