基于微波光子技术的可重构雷达系统

针对传统电学雷达系统难以在一套硬件设备上实现宽频段范围内工作波段切换的问题,文中提出了一种可重构微波光子去调频雷达成像系统方案.该方案在发射机中利用级联电光调制器结构实现雷达发射波形的可重构,通过调整本振信号的频率使雷达的发射频段能够灵活改变.在接收机中利用平行结构马赫增德尔调制器实现雷达回波信号的去调频接收.通过逆合...     

基于光子混频的微波频率测量技术

提出了一种基于光子混频的光子学微波频率测量 方法。方法采用可调微波延时线控制射频(RF)通道与光通道之间延时,利用两个级联马赫曾 德调制器(MZM)进行 光子混频,进而建立微波频率与直流光功率之间关系。通过仿真与分析,合理 设计RF通道与光通道之间 延时,优化了系统频率测量范围。仿真结果表明,光通道延时与RF通道1的延时 差Δτ₁选取在15ps附近,两个RF通 道之间延时差Δτ选择在20ps附近时,对于 1～6GHz范围的频率测量较为合适。实验中,采用矢量网络分析仪对延时进行 测量, 得到Δτ₁为17.7ps,Δτ为16. 9ps。测试结果表明,在1～6GHz频率下,系统测量精 度在±0.2GHz以内。系统的测量误差主要来自于矢量网络分析仪对 相位测量的不 确定度,以及激光器输出光功率的波动,通过采取相应的措施可以提高系统测量 精度。本文方法为微波频率测量提供了一种低成本光子学解决手段。     

基于光子混频的微波频率测量技术

提出了一种基于光子混频的光子学微波频率测量方法。方法采用可调微波延时线控制射频(RF)通道与光通道之间延时,利用两个级联马赫曾德调制器(MZM)进行光子混频,进而建立微波频率与直流光功率之间关系。通过仿真与分析,合理设计RF通道与光通道之间延时,优化了系统频率测量范围。仿真结果表明,光通道延时与RF通道1的延时差Δτ1选取在15ps附近,两个RF通道之间延时差Δτ选择在20ps附近时,对于1~6GHz范围的频率测量较为合适。实验中,采用矢量网络分析仪对延时进行测量,得到Δτ1为17.7ps,Δτ为16.9ps。测试结果表明,在1~6GHz频率下,系统测量精度在±0.2GHz以内。系统的测量误差主要来自于矢量网络分析仪对相位测量的不确定度,以及激光器输出光功率的波动,通过采取相应的措施可以提高系统测量精度。本文方法为微波频率测量提供了一种低成本光子学解决手段。     

基于光子芯片的微波光子混频器 （特邀）

提出了一种由光生本振单元和波长分离调制单元组成的微波光子混频方法,并在绝缘体上硅材料上设计实现了上述波长分离调制芯片。该芯片集成了硅基相位调制器、微环滤波器、光电探测器、光耦合器和光栅耦合器。实验搭建了基于该波长分离调制芯片的微波光子次谐波混频系统,结果表明,该微波光子混频器可以将6~16 GHz的RF信号变频到33~23 GHz。此外,针对实验系统中残留的混频杂散,分别提出了增加微环滤波器抑制比降低泄露光生本振强度和引入光移相器修正泄漏光生本振相位两种解决方案。通过仿真验证可知,引入光移相器的方法更为简单,更适合于光子集成芯片。     

基于微波光子的灵活有效载荷系统研究

目前卫星载荷的设计寿命一般在15年左右,期间通信技术已发生了日新月异的变化。现有多频段、多波束卫星在入轨以后,其单端口的技术状态基本固定,一旦投入使用,针对不同波束业务需求,难以灵活地对卫星工作频率和带宽等资源进行重新分配。针对传统微波技术在多频段通用、可重构的技术瓶颈,探讨宽可调谐本振及分发技术、全光变频技术、光控波束形成技术和射频光交换技术等关键技术在一体化、通用化和在轨可重构卫星转发器方面的潜在应用价值。     

高分辨率任意可重构微波光子滤波器EI北大核心CSCD

提出了一种能够实现任意滤波形状的高分辨率可重构微波光子滤波器方案。利用可编程光滤波器完成抽头系数的独立灵活配置,配合使用相干探测技术实现滤波器的正负抽头,从而可以完成滤波形状的任意可重构。研究表明一个大梳齿数量的平坦光频梳被作为光源可提高抽头数量,从而实现高分辨率的滤波器的重构。除此之外,通过预先引入色散,响应中的杂散也被有效地抑制。经仿真验证,该滤波器具有93 MHz的高分辨率,杂散抑制40 dB以上,创新性地构造了具有不同中心频率的低通、带通、高通、带阻滤波器,以及矩形、高斯形、sinc形等任意滤波形状,对于后续微波光子滤波器的研究起到了引导性作用。     

微波光子网络的可重构与智能化（特邀）

高性能的光子模拟处理芯片是微波光子处理系统的核心部件,文章通过优化光波导网络结构,实现了一种超宽带可重构的光子模拟运算芯片,通过配置拓扑网络结构实现了多种运算功能的任意切换以及同种功能的运算阶数可调谐。同时,研究了具有自配置能力的光学矩阵计算芯片,以及用于图像处理的片上光子卷积加速器。最后,对微波光子系统与人工智能的交叉融合进行了展望。     

基于光纤环的可调谐微波光子滤波器

设计了2种基于光纤环和啁啾光栅（CFBGs）的无源可调谐微波光子滤波器的新颖结构。这两种结构的滤波器可通过改变输入光波长来实现滤波器自由频程（FSR）的调谐,其所需的FSR可通过光纤环中CFBs的写入位置来控制。研究结果表明,2种滤波器的结构是有效和可行的,在微波和毫米波光纤系统中有着潜在的应用价值。     

基于微波光子的宽带I/Q混频技术

针对传统射频前端在体积、重量、功耗和带宽等方面存在的诸多限制,研究面向通用一体化射频前端应用的微波光子技术。简要介绍了射频前端混频技术,对超外差和零中频这2种混频方式进行了对比分析,重点对混频用到的主要微波光子技术进行了详细说明,并引入软件无线电的概念,提出了基于微波光子的宽带I/Q混频技术。该技术利用光的宽带处理能力,可以支持L波段至Ka波段任一频段的宽带信号解调,该混频装置兼容软件无线电平台。     

基于微波光子技术的一体化射频前端

针对传统射频前端技术中电子器件在频率、带宽方面受限的问题,研究了基于微波光子技术的射频前端。介绍了微波光子技术在宽带、低损和灵活等方面的优势,分析了光学辅助本振产生、多频变换以及微波光子交叉连接等技术,提出了一种基于微波光子技术的一体化射频前端。这种新型的前端架构具有高频宽带、灵活可重构的特点,适应不同的射频体制,并且能够有效降低系统的体积、重量和功耗。     

微波光子集成芯片技术

微波光子集成芯片技术是微波光子雷达的重要支撑技术,不仅可以实现器件的多功能化,缩小微波光子雷达的体积,还可以大大提升微波光子雷达的稳定性与可靠性。该文介绍了目前常用的InP基、Si基和铌酸锂基等材料体系及其异质异构集成的光子集成芯片技术和可用于微波光子混合集成的光电集成芯片技术,并展望了未来发展趋势。      

用于微波光子系统的铌酸锂集成电光调制器研究

设计和制作了一种高速铌酸锂电光调制器。波导采用双Y定向耦合器型结构以提高线性度,同时能够提高工艺容差;电极采用CPW行波电极结构。通过分析比较不同相速匹配程度及微波损耗程度对电极系统带宽的影响,选择合适的设计参数及工艺参数,制作的调制器样品插入损耗为3dB,开关消光比为34dB,偏置电极半波电压为7V,行波电极半波电压为5.5V,电反射小于-10dB,6dB调制带宽约18GHz,可实现0～18GHz模拟调制。     

异质集成微波光子器件发展现状

微波光子学利用光子技术实现微波信号的产生、传输、处理及控制,可突破传统微波技术在带宽、传输损耗和抗电磁干扰等方面的瓶颈,提升雷达、电子战等信息系统的综合性能.激光器、电光调制器和光电探测器是微波光子技术中的三种核心光电子器件,其性能对微波光子链路的噪声和动态等指标具有决定性的影响,但基于分立器件的微波光子系统体积、重量较大,难以满足雷达、电子战等系统的阵列化需求,硅基异质集成技术以及高密度低损耗片上光传输互连技术是解决有源器件集成和无源器件集成的关键技术.文章介绍了用于微波光子的硅基激光器、电光调制器、光电探测器和波导的异质集成技术的发展现状,并探讨了集成微波光子技术的发展趋势.     

Microwave Photonics

Broadband and low loss capability of photonics has led to an ever-increasing interest in its use for the generation, processing, control and distribution of microwave and millimeter-wave signals for applications such as broadband wireless access networks, sensor networks, radar, satellite communitarians, instrumentation and warfare systems. In this tutorial, techniques developed in the last few years in microwave photonics are reviewed with an emphasis on the systems architectures for photonic generation and processing of microwave signals, photonic true-time delay beamforming, radio-over-fiber systems, and photonic analog-to-digital conversion. Challenges in system implementation for practical applications and new areas of research in microwave photonics are also discussed.      

基于微波光子的射频信号功率测试方法

功率是微波信号的基本参数之一。传统的功率测量方法受限于同轴电缆传输损耗大、体积大等因素,难以适应分布式长距离组网应用。文章提出基于电光转换的微波功率测量方法,将微波功率测量转换为对光边带抑制比的测量。分别分析了采用相位调制和强度调制的电光转换方法时,微波功率与光边带抑制比之间的映射关系。实测对比了测量值与理论计算值之间的符合性。该方法经过电光转换后,可以采用光纤传输信号,进行长距离远拉测试,在分布式长距离组网中具有较好的应用前景。     

Microwave Photonics

The low-loss wide bandwidth capability of opto-electronic systems makes them attractive for the transmission and processing of microwave signals, while the development of high-capacity optical communication systems has required the use of microwave techniques in optical transmitters and receivers. These two strands have led to the development of the research area of microwave photonics. This paper reviews the development status of microwave photonic devices, describes their systems applications, and suggests some likely areas for future development     

基于光子学的微波移频方法研究

微波移频技术(MFS)广泛应用于电子对抗、卫星通信、频控阵雷达等系统。基于光子学的微波移频方法具有带宽大、频谱纯净等优点。为了探索基于光子学的微波移频性能,该文对比研究了基于声光移频(AOFS)、锯齿波相位调制(SPM)和I/Q调制3种微波光子移频方法,阐释了3种方法的原理,搭建了对应的原理验证系统,对不同的移频方法进行了实验与分析。结果表明,3种移频方法都可以实现精准的微波信号移频,实现大于30 dB的杂散抑制比。但3种移频方法也存在各自的局限性：AOFS的工作频率、带宽和移频方向较为固定,可调谐性低;SPM移频与I/Q调制对输入驱动信号要求严格,系统稳定性较差。     

基于微波光子的宽带数据接收系统设计与验证

针对高速数据接收系统中传统电扫阵列瞬时带宽受限、数传速率难以进一步提升等问题,采用基于微波光子的“阵元移相+子阵真时延”光电协同多波束形成方法,利用光学真延时技术设计了Ka频段8通道二维扫描光电混合波束形成系统,通过稀疏设计进一步降低了系统复杂度。研制了单子阵64阵元规模的高速数据接收系统原理样机并进行了测试,结果表明在25.35～27.1 GHz工作频段无线信道条件下,阵列扫描范围为±40°,可同时形成8个波束;在QPSK数传体制下接收速率达1.5 Gb/s,误码率小于等于1×10^-7,误差矢量幅度(Error Vector Magnitude, EVM)指标优于3%。相关工作可为多波束和大带宽的高速数据接收设备等提供技术支撑与参考。