一种制造技术

本发明专利技术涉及射频谱分析领域，特别涉及一种

【技术实现步骤摘要】
一种100
％
捕获率的超高速大带宽射频谱仪


[0001]本专利技术涉及射频谱分析领域，特别涉及一种超大带宽射频谱仪，更具体是一种
100
％捕获率的超高速射频谱仪
。

技术介绍

[0002]射频谱分析是指将时域信号变换至频域加以分析的方法，它是对场的幅度包络进行傅里叶变换得到的频谱强度
。
随着电磁环境的日益复杂，雷达
、
无线通信等领域通常要求射频谱分析仪具有实时分析能力，其主要参数包括分辨率
、
带宽
、
帧频
、
捕获率等
。
分辨率是指能恰好分辨两个频率的最小频率间隔
。
带宽指该系统能够工作的频率范围
。
帧频描述了该系统每秒能捕获的频谱数量，是系统测量速率的体现
。
捕获率则指对连续信号采集的程度
。
当前
Keysight
公司的型号为
N9041B
的商用电谱仪，尽管其可实现
Hz
量级分辨率，最大带宽能到
110GHz
，但是其刷新速率仅在
Hz
‑
kHz
量级
。
[0003]基于时域光学的射频谱分析仪克服了电谱仪测量速度低的缺点，它利用联合时频分布，能够直观
、
快速地求解给定高速时域信号的频域特性，实现实时射频谱分析
。
但是，基于时域光学的射频谱分析仪受限于映射机理，帧频通常在
10MHz
量级，带宽受限于系统失真通常在
40GHz
以下，同时，由于时间分析窗口不重叠，即窗口之间存在间隙，连续的时间信号会被不连续的时间分析窗口截断，因此这种方案的信号捕获率通常在
50
％以下，最终导致部分时间信号丢失
。
[0004]为克服基于时域光学的射频谱分析仪的不足，将色散延迟线设计为满足关于脉冲采样率的整数倍的泰伯自成像条件，能够将连续且严重重叠的时间信号的频谱在系统输出端良好分辨，分辨率为
340MHz
，且实现了
100
％捕获率
(S.R.Konatham,et al.,Real
‑
time gap
‑
free dynamic waveform spectral analysis with nanosecond resolutions through analog signal processing,Nature Communications,11,3309(2020))。
然而受限于时域泰伯效应机理，该方案的系统带宽仅有不到
3GHz
，其适用场景非常受限
。
因此当前技术很难同时实现
100
％信号捕获率
、
百
MHz
以上帧频的超高速和几十
GHz
以上的大带宽，导致在相关雷达等应用场景存在技术空白
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提出一种
100
％捕获率的超高速大带宽射频谱仪，以弥补当前技术在信号捕获率及帧频上的不足，扩大射频分析的应用范围
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的
100
％捕获率的超高速大带宽射频谱仪，包括由光纤连接的锁模光纤激光器
、
带通型光学滤波器
、
第一啁啾布拉格光栅
、
第二啁啾布拉格光栅
、
调制器和光电探测器；
[0007]所述锁模光纤激光器，用于产生百
MHz
以上重复频率的光脉冲作为泵浦信号；
[0008]所述光学滤波器，用于接收所述锁模光纤激光器发出的超高重复频率的光脉冲信号，然后滤出部分光谱用作分析窗口；
[0009]所述第一个啁啾布拉格光栅与第二啁啾布拉格光栅形成串行结构，第一啁啾布拉格光栅提供大量的二阶色散并累积少量的三阶及以上高阶色散，而第二啁啾布拉格光栅提供相反的少量二阶色散和相反的大量三阶及以上高阶色散，从而实现提供大量二阶色散的同时消除三阶及以上高阶色散；
[0010]所述调制器，用于将任意待测射频信号加载到具有大量二阶色散的同时消除三阶及以上高阶色散后的光脉冲信号上；
[0011]所述光电探测器，用于采集第二啁啾布拉格光栅的正向端口输出的脉冲信号，将该光脉冲射频信号转换成相应的电射频信号输出
。
[0012]进一步的，第一个啁啾布拉格光栅与第二啁啾布拉格光栅形成串行结构，具体为，所述第一个啁啾布拉格光栅的正向端口，将光滤波后的该光脉冲信号进行色散拉伸，色散拉伸后的光脉冲信号进入所述第二啁啾布拉格光栅的反向端口；所述第二啁啾布拉格光栅的反向端口，将光脉冲信号进行第一次三阶及以上高阶色散补偿，第一次三阶及以上高阶色散补偿后被加载待测射频信号的光脉冲信号进入所述第一啁啾布拉格光栅的反向端口；所述第一个啁啾布拉格光栅的反向端口，将调制后的光脉冲信号进行色散压缩，色散压缩后的光脉冲信号进入所述第二啁啾布拉格光栅的正向端口；所述第二啁啾布拉格光栅的正向端口，将色散压缩后的光脉冲信号进行再次三阶及以上高阶色散补偿
。
[0013]更进一步的，所述第一个啁啾布拉格光栅将光脉冲信号进行色散拉伸，并使某个时间分析窗口内的连续时间信号的频谱信息不与相邻时间分析窗口发生混叠
。
[0014]优选的，本专利技术的
100
％捕获率的超高速大带宽射频谱仪，具有下列参量特性：
[0015][0016]其中，
T
r
为光脉冲信号的时域周期，
Φ
为光脉冲信号的总色散量，
Δω
p
为带通型光学滤波器的频谱宽度，
Δω
r
为射频谱仪的工作带宽，
T
rmin
为激光器时域周期的最小值
。
[0017]另优选的，本专利技术的
100
％捕获率的超高速大带宽射频谱仪，具有下列参量特性：
[0018][0019]其中，光脉冲信号的重复频率为
f
rep
＝
1/T
r
，
f
repmax
为激光器重复频率的最大值
。
[0020]优选的，所述滤波器为带通型光学滤波器
。
[0021]本专利技术的具体原理如下：
[0022]1)
超高重复频率的锁模光纤激光器输出脉冲信号，设其时域周期为
T
r
，则其重复频率为
f
rep
＝
1/T
r
，设带通型光学滤波器具有
Δω
p
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
100
％捕获率的超高速大带宽射频谱仪，其特征在于，包括由光纤连接的锁模光纤激光器
、
带通型光学滤波器
、
第一啁啾布拉格光栅
、
第二啁啾布拉格光栅
、
调制器和光电探测器；所述锁模光纤激光器，用于产生百
MHz
以上重复频率的光脉冲作为泵浦信号；所述光学滤波器，用于接收所述锁模光纤激光器发出的超高重复频率的光脉冲信号，然后滤出部分光谱用作分析窗口；所述第一个啁啾布拉格光栅与第二啁啾布拉格光栅形成串行结构，第一啁啾布拉格光栅提供大量的二阶色散并累积少量的高阶色散，而第二啁啾布拉格光栅提供相反的少量二阶色散和相反的大量三阶及以上高阶色散，从而实现提供大量二阶色散的同时消除三阶及以上高阶色散；所述调制器，用于将任意待测射频信号加载到具有大量二阶色散的同时消除三阶及以上高阶色散后的光脉冲信号上；所述光电探测器，用于采集第二啁啾布拉格光栅的正向端口输出的脉冲信号，将该光脉冲射频信号转换成相应的电射频信号输出
。2.
根据权利要求1所述的
100
％捕获率的超高速大带宽射频谱仪，其特征在于，第一个啁啾布拉格光栅与第二啁啾布拉格光栅形成串行结构，具体为，所述第一个啁啾布拉格光栅的正向端口，将光滤波后的该光脉冲信号进行色散拉伸，色散拉伸后的光脉冲信号进入所述第二啁啾布拉格光栅的反向端口；所述第二啁啾布拉格光栅的反向端口，将光脉冲信号进行第一次三阶及以上高阶色散补偿，第一次三阶及以上高阶色散补偿后被加载待测射频信号的光脉冲信号进入所述第一啁啾布拉格光栅的反向端口；所述第一个啁啾布拉格光栅的反向端口，将调制后的光脉冲信号进行色散压缩，色散压缩后的光脉冲信号进入所述第二啁啾布拉格光栅的正向端口；所述第二啁啾布拉格光栅的正向端口，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燎，张新亮，杜禺璠，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：