专利名称：基于级联马赫-曾德尔调制器的毫米波发生器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及毫米波发生器，特别是一种基于级联马赫-曾德尔(以下简称为M-Z) 调制器的毫米波发生器，在光纤链路中利用本发明可得八倍于微波信号源频率的毫米波。
背景技术：
毫米波是指频率在30GHz 300GHz的电磁波。毫米波主要有四个传播衰减较小的大气窗口，每个窗口具有高达数十GHz的可用带宽，这使得毫米波段具有比微波波段更 加丰富的频率资源。毫米波具有频率高、波束宽、穿透云雾能力强等特点。尽管毫米波在大气传输中易衰减，但在无线通信领域能够更好的实现频率复用，减小信道间干扰。因此，毫 米波在军事和民用领域内均具有重大的应用价值，已经在雷达、制导、通信、电子对抗、遥感 和辐射测量等方面得到了广泛的应用。毫米波的产生方法分为电学方法和光学方法两大类。电学毫米波源主要有真空电子器件和固态功率源。真空电子器件虽然可产生很高的输出功率，但是制作工艺困难，器件 体积庞大。固态毫米波振荡器受到结电容等电气性能的影响，调谐范围较窄( 10%)，并 且幅频特性差，相位噪声较高。然而，基于光学方法的毫米波发生器相位噪声低，连续调谐 范围可达90%。光生毫米波技术成为产生高性能毫米波的有效技术手段。光生毫米波的基本原理是基于外部调制器的非线性响应产生多个频率边带，在接收端由边带拍频得到毫米波信号。这种基于光学倍频的毫米波产生技术，方法简单，成本 低，具有很广泛的应用前景，因而受到了越来越多的关注。清华大学张建等人采用两个级 联的单臂M-Z调制器产生了四倍于初始信号频率的毫米波(IEEEPH0T0NICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 19，NO. 14，JULY 15,2007 1057)。基于一个单臂 M-Z 调制器，以及利用四 波混频(FWM)非线性效应和光域滤波，可以产生六倍频的毫米波(JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24，NO. 1，JANUARY 2006329)。但是这种方法需要很高的泵浦功率(需要 高功率EDFA放大)和复杂的滤波技术(需要采用两个FBG滤波)。北京邮电大学马建新等人提出了采用两个并联的单臂调制器产生八倍于初始信号频率的毫米波的方案(JOURNAL OF OPTICAL NETffORKINGVo 1. 7, No. 10,2008 837)。但这个方案要求两条并联支路的光信 号幅度完全相等才能获得需要的毫米波，而实际上光耦合器很难做到完全对等的分配光功 率，而且采用单臂调制器也存在调制器啁啾，因而这个方案实验上难以实现。其他光生毫米 波的方法还包括直接拍频双波长激光器，光锁相两个激光光源，以及谐波注入等技术，但是 这些方法成本高，结构复杂，产生的毫米波信号相位相干性较差。由此看来，提出一种简单可靠的，能产生更高倍频的毫米波方案，来获得高性能的高频毫米波信号是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有光生毫米波方案的不足，提出一种基于级联双臂马赫_曾德尔调制器的毫米波发生器，以获得八倍于微波信号源频率的毫米波信号，而且该毫米波发生器具有频谱纯度高、易于调谐、结构简单和稳定性高的特点 本发明的技术解决方案如下一种基于级联马赫_曾德尔调制器的毫米波发生器，特点在于其构成包括泵浦光 源、第一双臂马赫_曾德尔调制器、第二双臂马赫_曾德尔调制器、微波信号源、第一移相 器、第二移相器、第三移相器、光纤布拉格光栅滤波器、一段光纤、掺铒光纤放大器、光电探 测器和喇叭天线，上述元部件的连接关系如下所述的泵浦光源的输出光纤与所述的第一双臂马赫_曾德尔调制器的输入端连 接；所述的微波信号源的输出分成四路其中第一路连接到第一双臂马赫_曾德尔调制器 的一个驱动电极，第二路连接第一移相器的输入端，该第一移相器的输出端再连接到第一 双臂马赫-曾德尔调制器的另一个驱动电极，第三路连接第二移相器的输入端，该第二移 相器的输出端连接到第二双臂马赫_曾德尔调制器的一个驱动电极，第四路连接第三移相 器的输入端，该第三移相器的输出端连接到第二双臂马赫_曾德尔调制器的另一个驱动电 极；第一双臂马赫-曾德尔调制器的输出端与第二双臂马赫-曾德尔调制器的输入端连接； 第二双臂马赫_曾德尔调制器的输出端连接到所述的光纤布拉格光栅滤波器的输入端，该 光纤布拉格光栅滤波器的输出端连接所述的光纤的一端，该光纤的另一端连接所述的掺铒 光纤放大器，该掺铒光纤放大器的输出光纤与所述的光电探测器的输入光纤连接，该光电 探测器的输出端与所述的喇叭天线连接，所述的第一双臂马赫_曾德尔调制器和第二双臂 马赫-曾德尔调制器都偏置在最大传输点，即偏置电压为零，而且控制调制深度以产生载 波抑制调制，第一移相器的相移量为I第二移相器的相移量为η/2，第三移相器的相移 量为3 31 /2。所述的第一双臂马赫-曾德尔调制器和第二双臂马赫-曾德尔调制器的调制深 度，即微波信号源每一路的输出电压与第一双臂马赫-曾德尔调制器和第二双臂马赫-曾 德尔调制器的半波电压之比β满足Jci(P) =0，其中)表示第一类零阶贝塞尔函数。本发明的工作原理如下所述的泵浦光源的输出光束作为中心载波经过第一双臂马赫-曾德尔调制器进 行调制。第一双臂马赫-曾德尔调制器偏置在最大传输点，即偏置电压为零，这样可以抑制 调制边带中的奇数次边带，而且偏置电压为零也避免了其他调制方式中可能存在的偏置漂 移问题。同时设置第一双臂马赫-曾德尔调制器的调制深度β使得Jtl(P) =0，这样经过 第一双臂马赫-曾德尔调制器之后光谱中产生了两个二阶边带(二阶的意思是两个边带与 中心载波的频率差等于微波信号源频率的两倍)和两个四阶边带(四阶的意思是两个边带 与中心载波的频率差等于微波信号源频率的四倍)，同时中心载波得到抑制。从第一双臂马赫-曾德尔调制器输出的光束再进入第二双臂马赫-曾德尔调制器 进行调制。第二双臂马赫-曾德尔调制器也偏置在最大传输点，同时设置调制深度β使得 Jo(^) =O0这样经过第二双臂马赫-曾德尔调制器之后光谱中的二阶边带和其他冗余边 带成分都由于两次调制相互抵消，只剩下两个四阶边带和中心载波分量，保证了光毫米波 具有良好的频谱纯度。从第二双臂马赫_曾德尔调制器输出的光束进入光纤布拉格光栅滤波器进行滤 波。由于只需要滤波中心载波，因而避免了其他方案中需要采用的复杂的滤波技术。而且 由于光纤布拉格光栅滤波器始终针对中心载波，这样当微波信号源频率改变，即进行频率调谐时，滤波器无需调节。因而系统具有良好的宽带调谐能力，即能够产生宽带可调的毫米 波信号。经过光纤布拉格光栅滤波器之后，光谱成分中只剩下两个需要的四阶边带，即这两个边带的频率与中心载波的频率差等于微波信号源频率的四倍，则这两个边带的频率之 差将等于微波信号源频率的八倍。从光纤布拉格光栅滤波器输出的光束经过所述的一段光纤传输和掺铒光纤放大器放大后进入光电探测器。该光电探测器将光信号转变为电信号，即将两个四阶边带进行 拍频，所得电信号频率即为两个四阶边带的频率之差，也就是初始的微波信号源频率的八 倍。从所述的光电探测器输出的电信号通过转接头连接到所述的喇叭天线即可发射出去变 成需要的毫米波信号。因此，本发明提供的毫米波发生器能够产生八倍于微波信号源频率的毫米波信 号，而且具有频谱纯度高、易于调谐、结构简单、稳定性高等特点。
图1为本发明毫米波发生器结构示意图。图2为经过第一双臂马赫_曾德尔调制器之后的光谱图。图3为经过第二双臂马赫_曾德尔调制器之后的光谱图。图4为经过光纤布拉格光栅滤波器之后的光谱图。图5为本发明毫米波发生器的频率调谐特性。图6为经过光电探测器之后的电谱图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。实施例先请参阅图1，图1为发明毫米波发生器实施例的结构示意图，由图可见，本发明 基于级联马赫_曾德尔调制器的毫米波发生器，包括泵浦光源1、第一双臂马赫_曾德尔调 制器6、第二双臂马赫-曾德尔调制器7、微波信号源2、第一移相器3、第二移相器4、第三移 相器5、光纤布拉格光栅滤波器8、一段光纤9、掺铒光纤放大器10、光电探测器11和喇叭天 线12，上述元部件的连接关系如下本实施例的泵浦光源1的输出光纤与第一双臂马赫_曾德尔调制器6的输入端口 6a的输入光纤通过法兰盘连接；所述的微波信号源2的输出分成幅度相等的四路其中第 一路通过同轴电缆连接到第一双臂马赫-曾德尔调制器6的一个驱动电极6b，第二路通过 同轴电缆连接第一移相器3后再通过同轴电缆连接到第一双臂马赫-曾德尔调制器6的另 一个驱动电极6c，第三路通过同轴电缆连接到第二移相器4，之后再通过同轴电缆连接到 第二双臂马赫_曾德尔调制器7的一个驱动电极7b，第四路通过同轴电缆连接第三移相器 5的输入端，该第三移相器5的输出端再通过同轴电缆连接到第二双臂马赫-曾德尔调制器 7的另一个驱动电极7c ；第一双臂马赫-曾德尔调制器6的输出端6d的输出光纤与第二双 臂马赫_曾德尔调制器7的输入端7a的输入光纤通过法兰盘连接；第二双臂马赫_曾德尔调制器7的输出端7d的输出光纤通过法兰盘连接到所述的光纤布拉格光栅滤波器8的输入光纤，该光纤布拉格光栅滤波器8的输出光纤连接所述的光纤9的一端，该光纤9的另一端连接到所述的掺铒光纤放大器10，该掺铒光纤放大器10的输出光纤与所述的光电探测器11的输入光纤连接，该光电探测器11的输出端与所述的喇叭天线12连接，第一双臂马赫_曾德尔调制器6和第二双臂马赫-曾德尔调制器7都偏置在最大传输点，即偏置电压为零，而且控制调制深度以产生载波抑制调制，第一移相器3的相移量为π，第二移相器4 的相移量为π /2，第三移相器5的相移量为3π /2。所述的第一双臂马赫_曾德尔调制器6和第二双臂马赫_曾德尔调制器7的调制深度，即微波信号源2每一路的输出电压与第一双臂马赫_曾德尔调制器6和第二双臂马赫-曾德尔调制器7的半波电压之比β满足J0(β) =0，其中J0(β)表示第一类零阶贝 塞尔函数。本实施例中第一双臂马赫_曾德尔调制器6和第二双臂马赫_曾德尔调制器7均偏置在最大传输点，并设置调制深度为2. 4048。泵浦光源1发出的中心载波通过所述的第一双臂马赫-曾德尔调制器6和第二双臂马赫-曾德尔调制器7两级调制器，再由光纤布拉格光栅滤波器8滤除中心载波后，可获得两个频率之差为八倍于微波信号源频率的频率边带，如图4所示，其中中心载波的幅度相对于边带小了至少20dB，因而其影响已可忽略，从而使得系统具有良好的频谱纯度。从光纤布拉格光栅滤波器8输出的光束经过光纤9传输，由掺铒光纤放大器10放大后在光电探测器11中拍频，可获得八倍于微波信号源频率的电信号，如图6所示，再通过喇叭天线12发射变成所需的毫米波。图6表示本发明中经过光电探测器之后的电谱图。此处我们设置所述的微波信号源2输出频率为15GHz。从图6可看出，通过此方案产生了八倍于微波信号源频率即120GHz的毫米波信号，除此之外，也产生了频率为60GHz的冗余信号，但此信号的功率相对于120GHz信号功率至少小了20dB，即边带抑制比大于20dB。图6中 的基底表示由于光路传输及掺铒光纤放大器10放大带来的噪声。为了验证本发明的频率调谐特性，调节微波信号源2的频率，测量产生的毫米波功率。如图5所示，信号源频率在5 45GHz范围内变化，所产生的毫米波信号功率变化很小，说明系统具有良好的宽带可调谐能力，即能够产生宽带可调的毫米波信号。
权利要求
一种基于级联马赫-曾德尔调制器的毫米波发生器，特征在于其构成包括泵浦光源(1)、第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)、第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)、微波信号源(2)、第一移相器(3)、第二移相器(4)、第三移相器(5)、光纤布拉格光栅滤波器(8)、一段光纤(9)、掺铒光纤放大器(10)、光电探测器(11)和喇叭天线(12)，上述元部件的连接关系如下所述的泵浦光源(1)的输出光纤与所述的第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)的输入端(6a)的输入光纤连接；所述的微波信号源(2)的输出分成四路其中第一路连接第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)的一个驱动电极(6b)，第二路连接第一移相器(3)的输入端，该第一移相器(3)的输出端再连接到第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)的另一个驱动电极(6c)，第三路连接到第二移相器(4)的输入端，该第二移相器(4)的输出端连接到第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)的一个驱动电极(7b)，第四路连接第三移相器(5)的输入端，该第三移相器(5)的输出端连接到第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)的另一个驱动电极(7c)；第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)的输出端(6d)与第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)的输入端(7a)连接；第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)的输出端(7d)连接到所述的光纤布拉格光栅滤波器(8)的输入端，该光纤布拉格光栅滤波器(8)的输出端连接所述的光纤(9)的一端，该光纤(9)的另一端连接到所述的掺铒光纤放大器(10)，该掺铒光纤放大器(10)的输出光纤与所述的光电探测器(11)的输入光纤连接，该光电探测器(11)的输出端与所述的喇叭天线(12)连接，所述的第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)和第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)都偏置在最大传输点，即偏置电压为零，而且控制调制深度以产生载波抑制，第一移相器(3)的相移量为π，第二移相器(4)的相移量为π/2，第三移相器(5)的相移量为3π/2。
2.根据权利要求1所述的毫米波发生器，其特征在于所述的第一双臂马赫_曾德尔调 制器(6)和第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)的调制深度，即微波信号源(2)每一路的输 出电压与第一双臂马赫-曾德尔调制器(6)和第二双臂马赫-曾德尔调制器(7)的半波电 压之比β满足J。(i3) =0，其中J。(i3)表示第一类零阶贝塞尔函数。
全文摘要
一种基于级联马赫-曾德尔调制器的毫米波发生器，包括泵浦光源、两个双臂马赫-曾德尔调制器、微波信号源、三个移相器、光纤布拉格光栅滤波器、一段光纤、掺铒光纤放大器、光电探测器和喇叭天线，泵浦光源的输出经过两个级联级的马赫-曾德尔调制器由微波信号源调制后，经所述的光纤、掺铒光纤放大器和光电探测器，并经喇叭天线发射后，可获得八倍于信号源频率的毫米波。本发明使用带宽低于20GHz的微波信号源可获得100GHz以上的毫米波。这种毫米波发生器具有频谱纯度高、易于调谐、结构简单、稳定性高等特点。
文档编号H04B10/12GK101800601SQ20101010484
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者周平, 文双春, 曹子峥, 范滇元, 郑之伟, 陈林 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所