摘要
随着通信和雷达技术的发展，低频段的微波信号已难以满足通信和雷达系统对超高信息传输速率以及超强抗干扰能力的需求。受限于电子器件速率和带宽，传统微波技术在产生高频微波信号方面存在难以突破的技术瓶颈。微波信号光学产生技术利用光子学的大带宽、低损耗、结构紧凑以及抗电磁干扰等优势产生高频微波信号，受到了研究人员的广泛关注。本文主要研究基于外调制倍频技术的单频微波信号以及任意波形微波信号产生方法，具体工作和创新点如下: (1)针对目前提出的高倍频因子微波信号产生方法存在系统结构复杂以及滤波器限制可调谐性能的问题，提出一种基于双平行马赫曾德尔调制器的无滤波高倍频微波信号产生方法。系统只采用一个调制器即可实现驱动信号的16倍频。仿真实验验证表明，采用10GHz的单频信号驱动调制器可产生160GHz的高频微波信号，系统的光边带抑制比和射频杂散波抑制比分别可达到30dB和24.2dB;光边带抑制比和射频杂散波抑制比在消光比理想与不理想的情况下均相同，证明该方法产生的微波信号性能不受调制器消光比的影响。此外，系统中只包含一个调制器，无需级联或并联调制器，而且不使用光/电滤波器，具有结构简单、倍频因子高、可调谐性能好等优点。 (2)针对目前倍频系统的倍频因子单一，限制系统产生的微波信号频率可调谐范围的问题，提出一种基于级联双平行马赫曾德尔调制器的无滤波倍频系数可调谐的高频微波信号方法。本方法采用组合倍频方式，仅调节一级倍频或二级倍频中的参数即可灵活切换8、12、16以及24倍频模式。系统中射频驱动信号频率固定，仅通过调节调制器的参数和外加电移相器的相移角度，即可实现8、12、16以及24倍频;以10GHz的射频信号作为驱动信号，可产生80GHz、120GHz、160GHz和240GHz的高频微波信号。仿真实验结果表明，该系统在调制器消光比、相移器相位漂移等非理想因素的影响下，性能可以保持稳定，因此本方法具有系统稳定性好且倍频系数可灵活调谐等优点。 (3)针对目前双啁啾信号倍频方法中存在可调谐性能差以及杂散波抑制不完全问题，提出一种基于双偏振复用调制器的倍频双啁啾信号产生方法。本方法利用光波的正交偏振复用特性，联合BPD检测可抑制四倍频杂散波和直流信号，系统仅输出双啁啾信号和基带信号，同时可实现载波-带宽的二倍频。对该方法进行仿真实验验证，基带单啁啾驱动信号带宽固定为1GHz时，分别采用频率为10GHz和8GHz的射频信号驱动调制器，BPD输出的双啁啾信号中心频率分别为20GHz和16GHz，带宽均为2GHz;对双啁啾信号进行自相关处理，脉冲压缩比和峰值旁瓣比分别为341和6.09dB。仿真结果表明，系统产生的双啁啾信号中心频率、带宽及持续时间易调谐、频谱纯度高且脉冲压缩性能好。 (4)针对光波在传输过程中受到光纤色散作用导致双啁啾信号功率严重衰落的问题，提出一种具有抗色散性能的倍频双啁啾信号产生方法，可有效抑制光纤色散影响并实现双啁啾信号载波-带宽倍频。通过理论分析推导出光波经过光纤传输后系统输出的双啁啾信号形式与载波频率、光纤长度和色散系数均无关，说明本方法可以有效抑制光纤色散影响。仿真实验表明，中心频率为10GHz的射频驱动信号和带宽为1GHz的基带单啁啾信号作为驱动信号时，系统可以产生中心频率为40GHz、带宽为2GHz的双啁啾信号;光边带信号经过20Km光纤传输后，PD输出的双啁啾信号功率下降10dBm，采用DSB调制方式的系统中PD输出的双啁啾信号功率下降20dBm，进一步证明本方法可有效抑制光纤色散引起的功率衰落。
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