基于微波光子學的頻率測量技術研究

發(fā)布時間：2020-03-23 00:15

【摘要】：現(xiàn)代戰(zhàn)爭中,掌握信息的主動權(quán)是取得戰(zhàn)爭勝利的重要保障。瞬時頻率測量技術作為電子戰(zhàn)中實施電子對抗的關鍵技術,可用于獲取敵方電磁輻射信息,進而實現(xiàn)偵查、干擾、攻擊等目的。隨著戰(zhàn)場復雜性的增加,傳統(tǒng)的頻率測量技術由于電子瓶頸等限制已不能滿足現(xiàn)代電子戰(zhàn)的需求。作為一門新的交叉學科,微波光子學結(jié)合了光通信技術和微波技術的各自優(yōu)勢,具有巨大的發(fā)展?jié)摿�。微波光子系統(tǒng)相比于以往的微波系統(tǒng)具有損耗低、帶寬大及抗電磁干擾能力強等諸多優(yōu)勢,利用微波光子技術實現(xiàn)瞬時頻率測量克服了傳統(tǒng)技術中的諸多限制,成為當前的研究熱點之一。本論文主要研究基于微波光子學的頻率測量技術。根據(jù)頻率-功率映射技術提出了兩種微波光子頻率測量方案,針對不同方案研究了測量范圍和測量精度等相關參數(shù),通過VPI和MATLAB軟件驗證了方案的可行性。本論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:1.研究了基于PM與MZM結(jié)合色散光纖的微波光子頻率測量方案,對影響測頻效果的因素進行了分析,仿真中在2-13GHz頻程內(nèi)誤差保持在±0.3GHz,該方案的不足之處在于測頻中使用了色散光纖,降低了實際測頻的可調(diào)諧性。針對以上方案存在的不足提出了基于Mach-Zehnder光濾波器和偏振調(diào)制器的頻率測量新方案。方案中使用偏振調(diào)制器結(jié)合偏振控制器實現(xiàn)了強度調(diào)制和相位調(diào)制的功能,利用Mach-Zehnder光濾波器功率傳輸特性為正(余)弦平方率的關系構(gòu)建與待測頻率相關的振幅比較函數(shù)(ACF),進而實現(xiàn)頻率測量。相比于單純采用色散媒介產(chǎn)生功率衰減的測頻方案,該方案的可調(diào)諧性更高,通過改變?yōu)V波器的差分時延值可以實現(xiàn)測頻范圍和測量精度的動態(tài)調(diào)節(jié)。通過MATLAB軟件進行了理論驗證,其中將差分時延值從94ps變化到54ps時可以明顯觀察到測頻范圍的提升。在實際應用中可以綜合使用各差分時延值對應的最佳測頻區(qū)間進行頻率測量。使用VPI驗證測頻方案的可行性,其中在11-16GHz頻程內(nèi)誤差保持在±0.35GHz,表明該方案具有不錯的參考價值。2.設計了基于光纖光柵濾波器和偏振調(diào)制器的頻率測量方案。方案中選擇具有頻率多樣性、損耗低、反射特性好、易于系統(tǒng)集成的光纖光柵做濾波器實現(xiàn)測頻功能。將待測微波信號通過偏振調(diào)制器加載到光載波上,通過偏振控制器調(diào)節(jié)偏振角度可以實現(xiàn)強度調(diào)制功能,偏振調(diào)制器結(jié)合使用避免了直接使用強度調(diào)制器帶來的偏置點漂移問題,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。將調(diào)制信號通過耦合器分為兩路,其中一路信號經(jīng)過光濾波器,另一路信號通過色散光纖,將兩路信號最后通過光電探測器實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換,利用兩路信號的輸出功率構(gòu)建微波頻率和功率的數(shù)學表達式,實現(xiàn)測頻。實驗通過對光纖光柵濾波器反射率的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)測頻精度的選擇,通過VPI仿真實現(xiàn)了在12-18GHz的測量范圍內(nèi)測量精度達到±0.3GHz。
【圖文】：

輸出光譜,偏置