高速可調(diào)諧微波光子濾波器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微波器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種高速可調(diào)諧微波光子濾波器。適用于解決在跳頻通信、認(rèn)識(shí)無線電中高頻、超高頻率微波信號(hào)的高速動(dòng)態(tài)信號(hào)處理，如高速開關(guān)、動(dòng)態(tài)濾波。
【背景技術(shù)】
[0002]微波光子濾波器是通過光子系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)微波的濾波器，相比傳統(tǒng)的微波濾波器，微波光子濾波器具有低損耗、寬帶寬、可調(diào)諧性大，不受電磁干擾等優(yōu)勢(shì)，可以用于高頻、超高頻率微波的信號(hào)處理，適用于雷達(dá)、無線電等系統(tǒng)中。同時(shí)，隨著認(rèn)知無線電概念的提出，即認(rèn)知無線電指的是無線電信號(hào)可以根據(jù)無線電頻譜的占有度來自適應(yīng)地選擇空閑頻段進(jìn)行通信，因此快速可調(diào)微波光子濾波器逐漸成為人們研宄的熱點(diǎn)。
[0003]目前，微波光子濾波器技術(shù)主要可以分為兩種:一種是有限脈沖響應(yīng)濾波器(FIR)，一種是基于光相位調(diào)制的濾波器。有限脈沖響應(yīng)濾波器的主要原理是對(duì)微波信號(hào)的多個(gè)副本進(jìn)行加權(quán)、延時(shí)疊加來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)光源的不同，有限脈沖響應(yīng)濾波器又可以分為基于單光源和多波長(zhǎng)光源或梳狀濾波后的寬帶光源兩種，前者結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但是可調(diào)諧范圍上受到限制，主要用于實(shí)現(xiàn)梳狀或帶通濾波；后者已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)任意的濾波函數(shù)?；诠庀辔徽{(diào)制的微波光子濾波器，是通過結(jié)合受激布里淵效應(yīng)和光濾波器來實(shí)現(xiàn)。主要用于產(chǎn)生非周期的超窄帶微波光子濾波器。上述兩種技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微波光子濾波器靜態(tài)上的多參數(shù)可調(diào)諧，但是對(duì)于動(dòng)態(tài)(或高速)微波光子濾波器技術(shù)的發(fā)展還處于萌芽階段?，F(xiàn)有的動(dòng)態(tài)微波光子濾波器主要是基于微電機(jī)械系統(tǒng)(大于300微秒的切換速度)，以及自然雜志最新報(bào)道的基于快速光延時(shí)線的系統(tǒng)(大于40納秒的切換速度)。
[0004]上述微波光子濾波器的方案，主要都是針對(duì)靜態(tài)可調(diào)諧微波光子濾波器進(jìn)行的研宄，盡管高速可調(diào)諧的微波光子濾波器的研宄已經(jīng)開始，但是在基于快速光延時(shí)線的方案中是采用的多波長(zhǎng)光源(頻率梳)來實(shí)現(xiàn)的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高速可調(diào)性有限，制約了高速動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知無線電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種高速可調(diào)諧微波光子濾波器。
[0006]本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種高速可調(diào)諧微波光子濾波器，由光源100，光分路器101，強(qiáng)度調(diào)制器102，雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器103，光帶通濾波器104，偏振合束器105，光電探測(cè)器106構(gòu)成，其特征在于，光信號(hào)經(jīng)光分路器101分為兩支路，支路一由雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器103和光帶通濾波器104在微波信號(hào)Ae ω t和數(shù)字信號(hào)的作用下產(chǎn)生相位編碼信號(hào)Aej [ Θ (t) + ω t]，其中光帶通濾波器104用于濾除調(diào)制后光信號(hào)的一個(gè)邊帶；支路二由強(qiáng)度調(diào)制器102將微波信號(hào)調(diào)制到光信號(hào)上；將兩路信號(hào)由偏振合束器105放在正交的兩個(gè)偏振態(tài)合為一路以避免相干光干涉。
[0008]本發(fā)明的高速可調(diào)諧微波光子濾波器是基于有限脈沖響應(yīng)微波光子濾波器提出的。光信號(hào)經(jīng)光分路器101分為兩支路，一路由強(qiáng)度調(diào)制器102將微波信號(hào)調(diào)制到光信號(hào)上，另外一路由雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器103和光帶通濾波器104在微波信號(hào)Aeut和數(shù)字信號(hào)的作用下產(chǎn)生相位編碼信號(hào)AeW (t)+ut]，其中光帶通濾波器104用于濾除調(diào)制后光信號(hào)的一個(gè)邊帶。為了避免相干光干涉，將兩路信號(hào)由偏振合束器105放在正交的兩個(gè)偏振態(tài)合為一路。由于電延時(shí)的存在，兩路信號(hào)在光電探測(cè)器上拍頻時(shí)存在時(shí)間差(Λ τ)，同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)偏振合束器前的偏振控制器來調(diào)節(jié)兩路信號(hào)的功率比。在以上條件下，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)兩抽頭的高速可調(diào)諧的梳狀微波光子濾波器，其傳輸函數(shù)為
[0009]Η(ω) = l+eJ0(t).e卞 Δτ
[0010]值得注意的是兩路信號(hào)的時(shí)間差需要小于控制信號(hào)的切換時(shí)間，此時(shí)本發(fā)明濾波器的傳輸函數(shù)為三角函數(shù)，通過調(diào)節(jié)兩路信號(hào)的時(shí)間差可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明濾波函數(shù)的自由頻譜距離的可調(diào)諧，通過調(diào)節(jié)控制信號(hào)的幅度可以控制三角傳輸函數(shù)的相位。若把本發(fā)明用于高速微波開關(guān)，可去掉光帶通濾波器104，采用合適幅度的二進(jìn)制控制信號(hào)，即能實(shí)現(xiàn)相位差為180°的兩三角函數(shù)之間的切換，可應(yīng)用于波分復(fù)用信號(hào)的開關(guān)或者實(shí)現(xiàn)幅度、頻率鍵位調(diào)制。
[0011]此外，本發(fā)明中并行兩條支路都可以采用103所在支路的結(jié)構(gòu)，通過兩個(gè)任意的相位調(diào)制信號(hào)在光電探測(cè)器上進(jìn)行拍頻，可以實(shí)現(xiàn)傳輸函數(shù)的切換可以更加高速多樣化。在本發(fā)明中，通過正交偏振態(tài)來實(shí)現(xiàn)103和102支路的非相干疊加，與此同時(shí)可以通過多個(gè)不同波長(zhǎng)光源與雙驅(qū)動(dòng)馬赫曾德爾調(diào)制器103連接來構(gòu)成多個(gè)任意相位調(diào)制信號(hào)的疊加，然后在光電探測(cè)器106之前添加色散介質(zhì)來產(chǎn)生時(shí)延差，從而實(shí)現(xiàn)多抽頭的高速可調(diào)微波光子延時(shí)線。
[0012]采用如上的結(jié)構(gòu)，濾波器的傳輸函數(shù)為多路任意相位調(diào)制信號(hào)疊加產(chǎn)生的可調(diào)諧時(shí)變函數(shù)(即不同的傳輸函數(shù)根據(jù)控制信號(hào)信息在時(shí)間上快速切換)；控制信號(hào)可直接加載在光調(diào)制器上實(shí)現(xiàn)切換控制。
[0013]相比多抽頭延時(shí)線微波光子濾波器，本發(fā)明也是采用的加權(quán)、延時(shí)、疊加的原理來實(shí)現(xiàn)的微波光子濾波函數(shù)，在兼容了該類濾波器的可調(diào)性的基礎(chǔ)上，本發(fā)明通過將高速的數(shù)字控制信號(hào)加載在光調(diào)制器上實(shí)現(xiàn)濾波傳輸函數(shù)的高速切換。與基于可調(diào)光延時(shí)線的快速可調(diào)微波光子濾波器相比，其最高切換速度僅為毫秒級(jí)，本發(fā)明是基于調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)傳輸函數(shù)的切換，具有皮秒級(jí)的切換速度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，易于集成，可用于作為高速微波開關(guān)、跳頻信號(hào)發(fā)生器等。
【附圖說明】
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[0014]圖1為本發(fā)明的高速可調(diào)諧微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明的原理和功能示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明擴(kuò)展的高速可調(diào)諧微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖:(a)兩路任意相位調(diào)制信號(hào)疊加產(chǎn)生的兩抽頭濾波器；(b)多路任意相位調(diào)制信號(hào)疊加產(chǎn)生的多抽頭濾波器;
[0017]圖4為本發(fā)明的自由頻譜范圍(FSR)可調(diào)三角傳輸函數(shù)的微波光子濾波器實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖:(a) FSR = 200MHz，(b)FSR =