一种基于级联调制器的线性调频信号四倍频方法技术

本发明专利技术公开了一种基于级联调制器的线性调频信号四倍频方法，该方法涉及雷达、光通信和微波技术领域。所述方法如说明书附图1所示，由LD产生的光载波送入IF

【技术实现步骤摘要】
一种基于级联调制器的线性调频信号四倍频方法


[0001]本专利技术涉及雷达
、光通信
和微波
，主要涉及利用光子学技术产生四倍频率和带宽的线性调频信号。

技术介绍

[0002]随着探测环境的日益复杂，雷达探测要求也随之越来越高。当雷达系统探测目标时，探测距离和距离分辨率是同时需要考虑的指标，为增大探测距离，需提升发射平均功率，探测信号的脉冲宽度需比较大；为提升距离分辨率，探测信号需具有大的带宽，这对于一般的信号是相互矛盾的，因此脉冲压缩信号应运而生。线性调频信号在现代雷达系统中起着重要的脉冲压缩作用，几十年来越来越受到人们的关注。为满足日益增长的长距离和高分辨率检测要求，线性调频信号将具有更高的载频、更大的带宽和时
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带宽乘积(TBWP)。传统的电气器件通常面临工作带宽窄、载频低、采样率差的问题，因此难以在电气领域产生TBWP大的线性调频信号。采用光子辅助的线性调频信号产生具有带宽大、损耗小、抗电磁干扰能力强的线性调频信号，是一种极具发展前景的信号产生技术。
[0003]微波光子具有大带宽、高灵敏度、高分辨率、抗电磁干扰、可以并行处理多个信息点的优势，因而线性调频信号的光学生成逐渐成为了研究的热点。
[0004]为了获得具有大TBWP的线性调频信号，出现了各种各样的光子辅助线性调频信号产生方案。建立了一个以频时映射为基础的自由空间光学系统，以获得大TBWP的线性调频信号，但该系统存在着体积大、损耗大的缺点。另外，还有几种利用线性啁啾光纤布拉格光栅产生大的线性调频信号的方法。然而，所得到的线性调频信号的频率可调谐性较差，这是受线性啁啾光纤布拉格光栅带宽的限制。需要注意的是，利用高阶光学边带的方案只能利用窄带的线性调频信号，对于带宽较大的线性调频信号，其功率谱密度往往较低。大带宽线性调频信号很难通过调制器激发高阶光学边带。当调制器偏置在最大传输点时，可以得到偶阶边带。然而，由于光载波占用了大部分的光功率，导致了低功率的高阶边带。当调制器偏置在最小传输点时，可以得到奇阶边带，而高阶边带由于低调制指数而得到低功率。线性调频信号发生器是雷达系统的一个迫切需求。

技术实现思路

[0005]为了解决技术背景中所存在的问题，本专利技术提出了一种基于光子的产生四倍频带宽和载频的线性调频信号的方法。该方法使用两个级联的强度调制器，均工作在最小传输点，最终实现边带有轻微偏移的两倍带宽和载频。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：所述装置包括1激光器LD、2两个级联强度调制器IM1和IM2、3任意波形发生器AWG、4掺铒光纤放大器EDFA、5光纤布拉格光栅FBG、6光电探测器PD。其特征在于：由激光器LD产生的光载波被送入由中频线性调频(IF
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LFM)信号驱动的IM1中，IM1在最小传输点MITP工作，实现载波抑制双边带(CS
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DSB)调制，然后通过掺铒光纤放大器EDFA对IM1的输出信号进行放大，再送入IM2进行二次调制，IM2也在
MITP工作，由相同的中频线性调频信号进行驱动。此时，可以得到两倍带宽的边带和载频。需要注意的是，由于两个调制器的时延，所有边带都有轻微的频移。然后将IM2的输出信号注入FBG中滤去啁啾的频率分量，最后将通过FBG后的光信号送入PD完成光电转换。
[0007]本专利技术所有的信号处理操作都是在模拟域完成的，并且提出的方案不包含光环，使得系统能够在更大的时间跨度内完成线性调频信号的倍频操作。此外，通过避免刺激高阶光学边带且不使用电子设备，所提出的方案易于完成较大带宽的线性调频信号的倍频运算。
[0008]本专利技术在工作时包括以下步骤：(1)由任意波形发生器(AWG)提供的中频
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线性调频信号可以表示为：V(t)＝V
LFM
sin(ω
IF
t+πkt2)其中V
LFM
为线性调频信号的幅度，ω
IF
为中频信号角频率，k是AWG提供的参数。(2)由激光二极管(LD)产生的光载波被送入由IF
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LFM信号驱动的IM1中。IM1在MITP工作，实现载波抑制双边带(CS
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DSB)调制。CS
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DSB调制后的光信号可以表示为：其中E0和ω0分别是光载波的幅度和角频率，m＝πV
LFM
/V
π
是IF
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LFM的调制指数，V
π
是调制器的半波电压，J
n
(
·
)是第一类n阶贝塞尔函数。(3)然后通过掺铒光纤放大器(EDFA)对IM1的输出信号进行放大，然后送入IM2进行二次调制。IM2也在MITP工作，由相同的IF
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LFM信号驱动。IM2的输出信号可以描述为：其中，G是EDFA的增益，二次调制后，在频率处分别在kτ和
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kτ产生两个边带，τ是两个调制器之间的时延。此时，可以得到两倍带宽和载频的边带。需要注意的是，由于两个调制器的时延，所有边带都有轻微的频移。(4)再将IM2的输出信号注入FBG以抑制去啁啾的频率分量。光纤光栅后的光信号表示为：(5)最后，将FBG后的光信号送入PD完成光电转换，输出电信号表示为：
[0009]本专利技术提出了一种基于光子的产生四倍频率和带宽的线性调频信号的方法，经过两次调制后，产生了接近载频的单音信号。同时，通过光电转换，还可以得到两倍带宽和载频的边带，以得到四倍载频和带宽的线性调频信号。
[0010]本专利技术提出的线性调频信号发生器结构简单、稳定性好。该系统不含任何电气装置，将大大提高系统的频率调谐性能。且整个光链路不包含环路，使得系统可以在较长的持续时间内完成线性调频信号的倍频操作。也可以在该方案中应用两个偏压控制器，以使得调制器的偏置电压更加稳定。此外，由于链路结构简单，本专利技术更适合集成。
附图说明
[0011]图1为四倍带宽和载波频率的线性调频信号发生器的原理图。图2(a)为从IM1输出的信号光谱图，图2(b)为从IM2输出的信号光谱图。图3点线为IM1输出信号的光谱图、点划线为IM2输出信号的光谱图、实线为FBG输出信号的光谱图、虚线为FBG的频率响应曲线。图4为带宽0.5GHz、载频3GHz的IF
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LFM信号从PD输出的四倍频载波和宽带的信号电谱图。图5(a)为带宽0.5GHz、载频3GHz的IF
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LFM信号产生四倍频载波和带宽的线性调频信号的波形图、图5(b)为带宽0.5GHz、载频3GHz的IF
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LFM信号产生四倍频载波和带宽的线性调频信号的时频图、图5(c)为带宽0.5GHz、载频3GHz的IF
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LFM信号产生四倍频载波和带宽的线性调频信号的自相关结果图。图6为带宽1GHz、载频5GHz的IF
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LFM信号从PD输出的四倍频载波和宽带的信号电谱图。图7(a)为带宽本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于级联调制器的线性调频信号四倍频方法，包括激光器LD、两个级联的强度调制器IM、任意波形发生器AWG、掺铒光纤放大器EDFA、光纤布拉格光栅FBG和光电探测器PD；其特征在于：由激光器LD产生的光载波被送入由中频线性调频IF
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LFM信号驱动的第一强度调制器IM1中，IM1在最小传输点MITP工作，实现载波抑制双边带CS
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DSB调制，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭萌，文爱军，门渊，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：