集成微波光子射频前端技术北大核心

微波光子射频前端具有频率覆盖范围大、工作波段和瞬时带宽可灵活重构、抗电磁干扰等优势,在泛在无线通信、软件无线电、雷达和电子战系统中有着广阔的应用前景。为进一步减小系统的尺寸和功耗以满足实际应用的需求,构建基于光子集成芯片技术的微波光子射频前端微系统势在必行。文章分析了集成微波光子射频前端微系统目前在器件层面和系统集成层面面临的挑战,并从高精细、可重构的光滤波器设计、混合集成系统架构设计和系统频率漂移抑制方案三个方面重点介绍了作者所在课题组开展的关于混合集成可重构微波光子射频前端的研究现状。     

外调制微波光子链路性能研究

针对外调制方式工作的微波光子链路,建立了链路的小信号分析模型,理论仿真了调制器输入光功率及调制器直流偏置点对链路增益、噪声系数和线性动态范围的影响。理论仿真与实验结果表明,适当增大调制器输入光功率以及使调制器工作在最佳线性偏置点,可提高链路增益和线性动态范围,同时降低链路噪声系数。该研究为优化外调制微波光子链路性能提供了有益参考。     

微波光子链路附加于电域相噪的理论研究

随着近些年微波光子学的快速发展,对微波光子链路的相位噪声的关注越来越高,本论文基于直调微波光子链路建立了链路对微波信号产生的附加相位噪声的理论模型。     

微波光子链路无杂散动态范围概述

本文介绍了微波光子学应用前景和微波光子链路研究现状,研究限制微波光子链路动态范围的首要因素三阶交调失真,以及提高链路动态范围的现有技术,并且提出了未来微波光链路设计中需要解决的问题。     

超长距离无中继微波光子链路传输的探讨

文章建立了采用外调制方式的超长距离无中继微波光传输链路的理论模型,分析了超长距离无中继微波光子链路传输系统在工程设计中需要考虑和解决的问题及其实现方案,论述了超长距离无中继微波光传输方案的应用模型及各种设备在系统中所起的作用。     

宽带大动态微波光子混合链路的优化研究

典型的微波光子混合链路包含微波前端、纯光链路和后置微波放大,其动态范围、噪声系数等性能受到这三个环节的共同制约.首先建立了纯光链路的理论模型,并分析了其参数优化方法;然后将纯光链路在混合链路中等效为微波模型,利用微波级联理论分析了微波前端和后置微波放大的增益和三阶截交点对混合链路的动态范围、噪声系数的影响规律,进而得到微波光子混合链路的优化方法.     

相对强度噪声对微波光子链路性能影响规律研究

激光器的相对强度噪声(RIN)在微波光子链路中转换为噪声功率,进而影响链路的动态范围.文章建立了基本结构的非相干和相干微波光子链路的动态范围(SFDR)模型,并通过仿真对比分析了激光器的RIN对这两种链路结构的影响.在光器件的性能水平较低时,非相干微波光子链路能获得更大的SFDR;随着光器件性能水平的提升,相干微波光子链路的SFDR将超过非相干微波光子链路.而在目前典型的器件参数条件下,两种链路的理论SFDR都能达到120 dB·Hz2/3左右.     

探测器非线性对微波光子链路性能的影响

提出了一种新的光电探测器（PD）非线性模型,进而分析了PD非线性对系统增益及三阶无杂散动态范围（SFDR3）的影响。实验表明,当调制器的直流偏置角变化时,含PD非线性的实际链路与忽略PD非线性的理想链路相比,信号增益的最大值将下降1．7dB,SFDR3最大值下降3dB,因此在高性能链路中考虑探测器非线性是十分必要的。     

带前置光放大的星间微波光子链路性能优化

考虑发射机和接收机对准误差引起的信号衰落,推 导出带前置光放大的星间微波 光子链路输出信噪比(SNR)的解析表达式,并建立了基于平均SNR原则的 链路优化模型。在给定 SNR要求及对准误差条件下,对Mach-Zehnder调制器(MZM) 直流偏置相移进行了优化,使所需激 光器(LD)输出功率最小,并进一步分析了前置放大器参数对最小LD输出功率和最优直 流偏置 相移的影响。数值仿真结果表明,与增益相比,前置放大器噪声系数决定了指定SNR所需 的最小LD输出功率。当对准误差角标准差为0. 4μrad时,噪声系数加倍会使SNR达到 15.56dB时所需的最小LD输出功率增加6.73dB。然而,前置放大 器噪声系数对最优的直流偏置相移几乎无影响,噪声系数加倍后最优直流偏置相移的变化不 会超过0.003π。     

噪声对消射频光子链路的噪声系数研究

噪声系数是宽带射频光子链路的重要参数,影响射频信号传输和处理系统的信噪比.提出了一种噪声对消射频光子链路,采用平衡光探测器对直流光和调制光转换的光电流相减处理,得到链路的噪声系数改善.从光信号调制、探测及噪声功率变化特性出发,建立了噪声对消射频光子链路的理论模型,并通过理论分析研究了噪声系数与激光功率、相对强度噪声、光...     

Relative Intensity Noise Suppression for RF Photonic Links

We propose and experimentally demonstrate a novel technique to reduce laser relative intensity noise (RIN). A RIN suppression servo is usually implemented by inserting an intensity modulator in the optical path and controlling measured light intensity with a closed-loop servo system. We utilize the intensity modulator already present in a photonic link to perform the task of RIN suppression as well as encoding the optical signal with the microwave subcarrier. This technique provides suppression of 10 to 50 dB of laser RIN over a bandwidth of 10 MHz. Furthermore, we implement this technique in an optoelectronic oscillator, significantly improving its phase noise performance due to the reduced effect of RIN on the phase noise of the oscillator.      

微波光链路的噪声系数分析

微波光链路(MPL)是利用光纤传输微波信号,与传统的射频链路相比具有带宽大、损耗小、质量轻、抗电磁干扰等优势,但也存在噪声系数较大的问题,从而影响链路的动态范围.建立了直接调制的微波光链路模型,在不考虑频响的情况下推导出链路固有增益和噪声系数的表达式,研究了激光器的转换效率、光纤的损耗和相对强度噪声(RIN)对链路噪声系数的影响.还建立了链路频响的模型,推导出固有增益与频率关系的表达式,分析仿真了频率对链路固有增益和噪声系数的影响,并与实验结果进行了比较.     

Novel Coherence-Free RF/Microwave Photonic Bandpass Filter

A new structure for realizing an equivalent multitap bandpass filter response without coherent interference and phase noise limitations is presented. It is based on intensity modulating a continuous-wave light multiple times to obtain many taps, and also enables windowing to be employed. Experimental results are presented that demonstrate a multiple-tap bandpass filter with high rejection ratio and with no coherence and phase-induced intensity noise limitations.      

外调制微波光传输链路性能优化研究

微波光传输链路(MWPL)具有损耗小、容量大、重量轻、抗干扰能力强等优点,已在军事、雷达、无线通信等领域得到广泛应用.决定微波光传输链路性能的参数主要有链路增益、噪声系数和动态范围.文章首先通过建模分析,推导出了增益和噪声系数的关系,研究了微波光传输系统噪声系数的各种影响因素.通过仿真与实验验证表明,合理的调节调制器输入光功率,可提高链路增益,同时降低链路噪声系数,优化传输链路的性能.     

模拟微波光传输链路中的相位检测技术研究

针对目前模拟微波光子信号在长距离传输中相位不稳的现象,提出了一种基于双载波矢量和原理的相位检测技术。文中对该技术的基本检测原理进行了详细推导;实验上以1GHz的射频信号为例,对其光路设计、实验进行了系统研究。实验结果显示,该相位检测系统可对1GHz信号实现精度优于3°的相位检测。基于该方案的相位检测系统由于分辨率高、结构简单、易于构建等优点可推广至毫米波频段,应用于光控相控阵、本振信号传输以及空间技术等多个领域的相位检测,进一步实现稳相传输。     

Design of Ultra-Low-Voltage RF Frontends With Complementary Current-Reused Architectures

In this paper, ultra-low-voltage circuit techniques are presented for CMOS RF frontends. By employing a complementary current-reused architecture, the RF building blocks including a low-noise amplifier (LNA) and a single-balanced down-conversion mixer can operate at a reduced supply voltage with microwatt power consumption while maintaining reasonable circuit performance at multigigahertz frequencies. Based on the MOSFET model in moderate and weak inversion, theoretical analysis and design considerations of the proposed circuit techniques are described in detail. Using a standard 0.18-mum CMOS process, prototype frontend circuits are implemented at the 5-GHz frequency band for demonstration. From the measurement results, the fully integrated LNA exhibits a gain of 9.2 dB and a noise figure of 4.5 dB at 5 GHz, while the mixer has a conversion gain of 3.2 dB and an IIP₃ of -8 dBm. Operated at a supply voltage of 0.6 V, the power consumptions of the LNA and the mixer are 900 and 792 muW, respectively.     

Photonic RF phase shifter and tunable photonic RF notch filter

A new photonic RF phase shifter structure for phased array antennas is presented. It is based on a single dual-output modulator and two optical switches and optical attenuators. This can realize continuous phase shifting of 0/spl deg/-360/spl deg/ without altering the signal amplitude. It has the advantages of wide bandwidth, fast response time, and fine tuning resolution. Experimental results demonstrate phase shifts over a 360/spl deg/ phase range, with RF signal power changes of less than 0.2 dB, which is in close agreement with predictions. A tunable photonic RF notch filter, which is based on the new phase shifter, is also presented. Experimental results demonstrate continuous tuning of the photonic notch filter over a wide tuning range, which covers the full free spectral range, which is in good agreement with predictions.     

微波光子滤波技术

微波光子滤波器(MPF)是在光域内实现对微波/射频(RF)信号进行滤波的器件.由于微波光子滤波器在射频系统中具有带宽大、快速可调谐、可重构、无电磁干扰(EMI)、低损耗和重量轻等优点,因而这一类器件已经引起了越来越多的人们的兴趣.在概述微波光子滤波器基本原理基础上,分别介绍了现阶段对微波光子滤波器可调谐性、负抽头等问题基本方法的实现,并简要比较了不同方法的优缺点.最后展望了微波光子滤波技术的发展方向和技术难点.