【摘要】：微波信號的獲取及合成在雷達、無線通信等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)的電子學方法在獲取及合成高頻、大帶寬信號時,會受限于器件帶寬,而利用光子學大帶寬、低損耗、抗電磁干擾等優(yōu)勢,可實現(xiàn)高頻率和大帶寬的微波信號獲取及合成,因而通過光子學方法產(chǎn)生及處理微波信號具有非常重要的應用價值。本論文研究了通過光子時間拉伸技術(shù)進行微波信號獲取及合成的關(guān)鍵技術(shù),建立了光子時間拉伸系統(tǒng)理論模型,開展了系統(tǒng)各項性能指標的研究,在此基礎上通過仿真和實驗對理論進行了驗證;本論文提出一種實時的頻譜感知系統(tǒng),并通過抑制輸出信號的三階交調(diào)分量,提高了頻譜感知系統(tǒng)的無雜散動態(tài)范圍;本論文提出了多通道時間交織的連續(xù)信號獲取方案,建立了系統(tǒng)的數(shù)學模型,并分析了系統(tǒng)噪聲系數(shù)隨頻率變化的特點,并通過仿真和實驗驗證了系統(tǒng)的性能;本論文提出了一種多通道的時分復用的矢量信號合成方案,并對信號的性能進行了分析。本論文的主要創(chuàng)新點和學術(shù)貢獻如下:為了能夠深入理解光子時間拉伸系統(tǒng),本文建立了嚴格理論模型,分別推導了將單頻、雙頻信號輸入到系統(tǒng)時,輸出信號的各階諧波分量、互調(diào)分量的解析表達式。在此理論模型的基礎上,對影響系統(tǒng)性能的參數(shù)進行研究,如系統(tǒng)帶寬、信號增益、噪聲系數(shù)、三階截點、無雜散動態(tài)范圍等,并利用數(shù)值仿真進行了驗證。為了能夠?qū)掝l段的微波信號的頻譜信息進行識別和提取,本文提出了 一種利用光子時間拉伸的頻譜感知方案,實現(xiàn)了對輸入信號頻譜的實時感知,系統(tǒng)的拉伸比達到158,反應時間小于70ms。另一方面,本文提出了提高系統(tǒng)無雜散動態(tài)范圍的改進方案,利用雙平行馬赫增德爾調(diào)制器上下兩臂的光強度以及相位差的調(diào)整,使光電探測器電流輸出的兩部分三階交調(diào)分量幅度相同、相位相反,從而抑制輸出信號的三階交調(diào)分量。通過理論分析確定了調(diào)制器偏置點所需要滿足的特殊條件,實驗驗證了這一方案與單臂馬赫增德爾調(diào)制方式相比較,無雜散動態(tài)范圍提升23 dB。為了能夠?qū)Ω哳l率大帶寬的連續(xù)微波信號進行獲取,本文提出了一種多通道的時間交織的連續(xù)信號獲取方案,建立了系統(tǒng)的理論模型,并通過理論分析,得出了系統(tǒng)設計時關(guān)鍵參數(shù)所需要滿足的特殊條件,討論了該系統(tǒng)的噪聲系數(shù)與輸入信號頻率的相互關(guān)系,同時實驗實現(xiàn)了四通道連續(xù)信號獲取系統(tǒng),分別對模擬信號和數(shù)字信號的獲取質(zhì)量進行了分析,同時噪聲系數(shù)與輸入信號頻率的關(guān)系符合理論預測。為了能夠合成高頻率的寬帶微波信號,本文提出了 一種多通道的時分復用的矢量信號合成方案,建立了相關(guān)系統(tǒng)模型,在此基礎上,討論了幾個關(guān)鍵參數(shù)對于系統(tǒng)性能的影響;同時實驗實現(xiàn)了雙通道時分復用的矢量信號的合成,同時對合成的信號質(zhì)量進行了分析和討論。
【圖文】：

一種主流方案。當砷化鎵／砷化鋁鎵激光器產(chǎn)生的激光的波長在８５０邋ｎｍ附近時，梯度折射逡逑率的多模光纖具有較小的損耗；當激光波長在１３００邋ｎｍ或者１５５０邋ｎｍ附近時，單模光纖具有逡逑較低的損耗和色散。基本的微波光子鏈路如圖１．１所示，一個或多個微波頻率的模擬電信逡逑號通過光纖或光子鏈路傳輸，分別在光子鏈路的發(fā)射和接收側(cè)進行電光和光電轉(zhuǎn)換。與同逡逑軸電纜或波導等常規(guī)電傳輸系統(tǒng)相比，微波光子鏈路的主要優(yōu)點包括：尺寸小，重量輕，逡逑成本低，在整個微波和毫米波調(diào)制頻率范圍內(nèi)衰減小且基本不變，抗電磁干擾能力強，低逡逑色散和高數(shù)據(jù)傳輸能力。與同軸電纜相比，微波光子鏈路在重量和衰減優(yōu)勢特別引人注逡逑目：當傳輸信號頻率在２ＧＨｚ的時候，同軸電纜的重量為５６７邋ｋｇ／ｋｍ，損耗為３６０ｄＢ／ｋｍ，而逡逑石英光纖重量通常為１．７邋ｋｇ／ｋｍ和０．５邋ｄＢ／ｋｍ。即使考慮在早期的微波光子鏈路中，由于光逡逑電和電光轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)化效率所帶來的功率損耗高達４０邋ｄＢ，徵波光子鏈路在長距離的信號傳逡逑輸和處理中仍然有著顯著的優(yōu)勢。逡逑自２０世紀７０年代后期以來

體的調(diào)制器從功能上可以分成相位調(diào)制器和強度調(diào)制器兩種。其中相位調(diào)制器通過外加逡逑電壓到電光晶體的一個光軸上，使通過晶體的光的一個偏振方向產(chǎn)生相位變化，而強度逡逑調(diào)制器則多通過馬赫增德爾（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ，邋ＭＺ）干涉原理制成。圖１．２展示的就是以鈮逡逑酸鋰為襯底的ＭＺ干涉型強度調(diào)制器的基本結(jié)構(gòu)，輸入光信號經(jīng)過在一個Ｙ型波導被分成逡逑功率相等的兩束光，分別通過兩個直波導傳輸，直波導的ｙ方向受到了外加電場的影響，逡逑使得經(jīng)過直波導的光波的相位由于電光效應而發(fā)生變化。由于加在兩個直波導上的電場逡逑不同，在經(jīng)過第二個Ｙ型波導時，兩束光信號產(chǎn)生干涉，最終實現(xiàn)光信號強度上的變化。逡逑這種ＭＺ干涉型強度調(diào)制器具有制作成本低，消光比高，插入損耗低、調(diào)制帶寬大等優(yōu)逡逑點，因此已經(jīng)得到大規(guī)模的商用�，F(xiàn)在商用的馬赫增德爾調(diào)制器（Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ邋Ｍｏｄｕｌａｔｅｒ，逡逑ＭＺＭ）的３ｄＢ工作帶寬已經(jīng)可以超過４０ＧＨｚ［２４￣２６］。文獻［２４］中，長度為２ｃｍ的ＭＺＭ的３ｄＢ逡逑工作帶寬超過７０0１＾，，半波電壓１４為５．１￥，插入損耗只有３（＾。文獻［２７］表明，現(xiàn)在已經(jīng)逡逑可以制造Ｋ小于２Ｖ
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN015;O43

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