基于光頻率梳的信道化信號處理技術

孫文惠　方高升

摘 要：本文基于光學頻率梳和光外差技術產生了信道化接收機中的信道化多本振源。實驗中利用兩個重復頻率不同的光學頻率梳通過拍頻產生了2.5GHz、5GHz、7.5GHz、10GHz和12.5GHz信道化本振源，本振信號信噪比達到40dB以上。

關鍵詞：光學頻率梳；光外差；信道化；電子對抗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.126

1 引言

信道化接收機是目前電子對抗系統中一種非常有前途的測頻接收機體制，在雷達抗干擾措施中也有廣泛應用[1， 2]。光波作為信息載體，具有極高的時間-空間帶寬積、高度的并行性和抗干擾性，在信息高速傳送和處理時具有功率損耗低、干擾小等優點。基于微波光子技術的信道化接收機系統利用微波光子技術產生多本振源，將不同頻段、不同帶寬及不同信號格式的微波信號調制到光載波上，利用光鏈路的低損耗、寬帶及抗電磁干擾等特性，在光域進行處理和靈活交換.。因此基于微波光子技術的信道化本振產生技術是新一代高頻段、多波束、大容量信道化接收機技術的發展趨勢。

2 工作原理

光的頻率很高，兩束光波長間的微小差異所對應的頻差就可以達到很寬的頻率范圍。因此光生微波技術具有寬帶、快速可調諧、結構簡單緊湊、抗電磁干擾等有點。光生微波將波長相近但頻率不同的兩束光波同時投射到高速響應探測器上，由于光探測器具有平方率電場檢測特性，根據諧波疊加原理，就能產生拍頻電信號。拍頻信號的線寬特性主要取決于兩束光的頻率相干特性而不單純依賴于它們各自的線寬。信號的相位噪聲決定于兩光束的相位相關性[1， 2]。

3 實驗及結果

基于上述雙光學頻率梳的多微波本振信號產生原理，利用光外差技術產生多微波本振源，提出一種基于光學頻率梳的多微波本振源產生的系統方案，如圖1所示。激光光源輸出分成兩路，一路經過移頻（FS）后光載波輸出給F-P腔相位調制器產生光學頻率梳2（OFC2），一路是直接輸入給F-P腔相位調制器產生光學頻率梳1（OFC1）。兩個F-P腔相位調制器的調制頻率存在由F-P腔相位調制器的自由光譜范圍決定，我們系統中為2.5GHz。經過F-P腔相位調制器調制后的光邊帶的功率的理論表達式如下：

（1）

從式（1）可以看出，經過F-P腔相位調制器產生光學頻率梳的光梳梳齒的強度并不能實現絕對平坦，而是指數形式衰減，所以我們實驗中利用中心載波附近的幾根梳齒實現變頻。或者后續加入與光梳梳齒功率衰減互補的光放大器，實現后期功率均衡。光學頻率梳1和2的表達式如式（2）和式（3）所示。

（2）

（3）

經過光電探測器光電轉換，得到的差頻光電流頻率為：

（4）

圖2（a）給出了經過光波分復用器信道化后的光譜輸出，其中包含上下兩路光頻梳的兩根梳齒。圖2（b）給出了信道化后的光信號經過光電變換后的電信號經過頻譜儀檢測得到的頻域上輸出，頻譜范圍設置在1.5GHz，電信號的信噪比能夠達到40dB之上。

我們測試了不同信道化的光譜輸出以及其經過光電轉換后的電譜輸出分別是5GHz、7.5GHz、10GHz和12.5GHz。需要說明的是目前所做的信道化得到的電信號結果為沒有進行移頻后的結果，僅僅是兩路光學頻率梳各自的調制頻率為25GHz和22.5GHz。所以信道化后的電信號就是2.5GHz的整數頻率輸出。

4 結論

本文利用該光學頻率梳，搭建了多微波本振源系統，產生了從2.5GHz到12.5GHz的多個本振頻率。為了產生寬范圍可調諧的本振源，提出了對進入F-P腔相位調制器之前對光載波利用雙平衡強度調制器實現連續移頻。從而我們可以得到從C到Ka頻段的連續變頻。該項技術為電子對抗系統中光信道化接收機提供了可靠的技術解決方案。

參考文獻：

[1]張嶸.寬帶高靈敏度數字接收機[D].四川成都：電子科技大學，2002.

[2]付永慶，李裕.基于多相濾波器的信道化接收機及其應用研究[J]. 信號處理，2004，20（05）.