一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电子侦察技术领域，特别涉及一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置及方法。本发明专利技术中相位调制器的输出光经分束器后均分为2路，一路光通过第一MZI后与第一光电探测器连接，另一路光通过第二MZI后与第二光电探测器连接，第一光电探测器和第二光电探测器与信号处理模块连接，其中第一MZI、第二MZI的差分延时分别为τ1和τ2。本发明专利技术具有器件少、无需偏压控制也可实现微波信号瞬时测频等特点。偏压控制也可实现微波信号瞬时测频等特点。偏压控制也可实现微波信号瞬时测频等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置及方法


[0001]本专利技术涉及电子侦察
，特别涉及一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置及方法。

技术介绍

[0002]在现代化电子战中，对敌方的干扰、诱骗等都需要首先侦知对方的电磁辐射信息。而战场上电磁脉冲密度极高，现代电子支援侦察系统已具备在每秒百万脉冲的信号环境下工作能力。瞬时测频就是为满足电子战支援系统对高截获概率、大瞬时带宽和脉冲快速测量的需求而产生的一项重要技术。传统的瞬时测频接收机基于电子学的方法，可完成一定带宽信号的频率测量，但其体积庞大、结构复杂、造价昂贵且易受电磁干扰。面对日益复杂的电磁环境，特别是高频、大带宽信号频率测量，传统的电子学测频方法由于自身瓶颈面临极大的挑战，无法满足现代电子战的需求。由于光纤的大带宽、低损耗、小尺寸、轻重量和抗电磁干扰等优势，基于光子辅助的瞬时频率测量技术备受关注。
[0003]光子辅助瞬时测频系统主要是将截获的微波信号调制到光波上，通过一定的光学处理，产生一个与待测信号频率有关的映射关系，如构建一个与频率f有关的幅度比较函数(ACF)。目前常规的方法中不可避免的需要使用马赫
‑
曾德尔强度调制器，但基于强度调制的链路存在以下问题：(1)需采用偏置电路进行偏置点控制，如常用的正交偏置点，而有时不得不面临苛刻的工作环境中，使其无法保持在所需的偏置点从而严重影响系统的工作，(2)工作于正交偏置点的强度调制器具有本征的3dB损耗，因而未能有效利用输入光功率，降低了信号强度，(3)强度调制链路中光强在变化，因而在传输过程中易受到非线性效应的影响。这些因素限制了基于强度调制链路的使用场景，特别是军用场合。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种简易的基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置。本专利技术仅需常规、简单、且数量较少的器件即可搭建瞬时测频装置，且无需偏压控制也可实现微波信号的瞬时测频。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置，包括激光器、相位调制器、分束器、MZI、光纤和光电探测器，相位调制器的电输入接口与待测信号相连；相位调制器的光输入接口与激光器相连；其特征在于：相位调制器的输出光经分束器后均分为2路，一路光通过第一MZI后与第一光电探测器连接，另一路光通过第二MZI后与第二光电探测器连接，第一光电探测器和第二光电探测器与信号处理模块连接，其中第一MZI、第二MZI的差分延时分别为τ1和τ2，且τ1≠τ2。
[0006]根据如上所述的一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置，其特征在于：信号处理模块根据公式计算待测信号频率f，其中P
rf1
和P
rf2
分别为为第一和第二光电探测器输出的电信号强度，τ1和τ2分别为第一和第二MZI的差分延时。
[0007]本专利技术还公开了一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0008]步骤一、激光器发射的激光(光载波)入射到相位调制器后，相位调制器将待测微波信号调制到光载波，输出被调制的光波信号(调制光)，调制光的光场为其中ν为激光的频率，l
p
为相位调制器的损耗系数，P
o
为与光场E
o
对应的平均光功率，A为光纤纤芯截面积，μ为光纤纤芯的磁导率，ε为光纤纤芯的介电常数，φ(t)为相位调制器的相移，它与待测信号V
i
(t)＝V
rf
sin(ωt)之间的关系为其中V
rf
待测信号的幅度，ω为待测信号的圆频率，ω＝2πf，f为待测信号的频率，V
π
为相位调制器的半波电压；
[0009]步骤二、分束器将调制光等分为两路，两路光分别经过MZI后进入光电探测器，将调制光信号转换为电信号以解调出待测信号的信息；两个MZI的差分延时不同，两支路的电信号强度理论值分别为和其中对应链路的直流光电流，为光电探测器的响应度，l
b
为分束器的光损耗系数，l
m
为MZI额外引入的光损耗系数，g
o
为链路的净增益，P为光电探测器的入射光功率，Z
i
、Z
o
分别为链路的输入与输出阻抗，H
pd
为光电探测器的频率响应函数；；
[0010]步骤三、信号处理模块读取两路光电探测器输出的电信号强度P
rf1,s
和P
rf2,s
并进行处理，得到2支路的幅度比较函数而由上面的分析推导可得ACF的理论值为将二者联立得到公式中待测信号频率f与两支路的电信号强度P
rf1,s
、P
rf2,s
及两个MZI的差分延时τ1、τ2有关，而τ1、τ2为已知，P
rf1,s
、P
rf2,s
为测量值，由该公式通过反演计算即可得到待测信号频率f。
[0011]根据如上所述的一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频方法，其特征在于：两光电探测器性能相同。
[0012]根据如上所述的一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频方法，其特征在于：还包括步骤四、信号处理模块可多级相连扩展使用，第一级处理模块测量精度最低(粗测量)，用于频率的初步定位，后面的用于精确测量。
[0013]本专利技术的有益效果是：相较于常规的基于强度调制方法，采用基于相位调制的非平衡双臂MZI的光链路具有以下优点：(1)无本征3dB光损耗，从而可有效利用输入光功率，提高信号强度，(2)相位调制信号的强度不变，因而在传输中不易受到非线性效应的影响，(3)无需采用偏置电路进行偏置点控制(强度调制链路需要)，这使得系统的前端可得到极大地简化，因而可对其灵活设计和部署使用，故此在军事应用中具有很好的潜力。
附图说明
[0014]图1为基于非平衡双臂MZI瞬时测频装置的结构示意图。
[0015]图2为基于非平衡双臂MZI链路第一支路的响应(τ1＝100ps)。
[0016]图3为基于非平衡双臂MZI链路第二支路的响应(τ2＝375ps)。
[0017]图4为基于非平衡双臂MZI链路的幅度比较函数(ACF)随信号频率f的变化关系。
[0018]图5为基于非平衡双臂MZI瞬时测频装置的测频结果。
[0019]图6为基于非平衡双臂MZI瞬时测频装置的测频误差。
[0020]图7为基于非平衡双臂MZI瞬时测频装置结构的远程连接示意图。
[0021]名称解释：MZI——马赫
‑
曾德尔干涉仪。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0023]如图1所示，本专利技术的一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置包括激光器、相位调制器、分束器、MZI、光纤和光电探测器。相位调制器的电输入接口与待测信号相连，相位调制器的光输入接口与激光器相连；相位调制器将待测信号的信息调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置，包括激光器、相位调制器、分束器、MZI、光纤、光电探测器和信号处理模块，相位调制器的电输入接口与待测信号相连；相位调制器的电输入接口与激光器相连；其特征在于：相位调制器的输出光经分束器后均分为2路，一路光通过第一MZI后与第一光电探测器连接，另一路光通过第二MZI后与第二光电探测器连接，第一光电探测器和第二光电探测器与信号处理模块连接，其中第一MZI、第二MZI的差分延时分别为τ1和τ2，且τ1≠τ2。2.根据权利要求1所述的一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频装置，其特征在于：信号处理模块根据公式计算待测信号频率f，其中P
rf1
和P
rf2
分别为第一路和第二路光电探测器输出的电信号强度，τ1、τ2分别为第一和第二MZI的差分延时参数。3.一种基于非平衡双臂MZI的瞬时测频方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、激光器发射的激光入射到相位调制器上，相位调制器将待测微波信号调制到光载波上，输出被调制的光波信号，调制光的光场其中ν为激光的频率，l
p
为相位调制器的损耗系数，P
o
为与光场E
o
对应的平均光功率，A为光纤纤芯截面积，μ为光纤纤芯的磁导率，ε为光纤纤芯的介电常数，φ(t)为相位调制器的相移，它与待测信号V
i
(t)＝V
rf
sin(ωt)之间的关系为其中V
rf
待测信号的幅度，ω为待测信号的圆频率，ω＝2πf，f为待测信号的频率，V
π
为相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：李悰，张建明，康玉胜，王进军，沈小川，
申请(专利权)人：武汉滨湖电子有限责任公司，
类型：发明
国别省市：