【摘要】：新一代的雷達、通信、電子偵察等電子信息系統(tǒng)對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的帶寬、速率和精度的要求越來越高。然而,傳統(tǒng)的電模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能受限于帶寬和時間抖動等“電子瓶頸”,較難滿足上述要求。為了解決上述問題,微波光子技術被應用到模數(shù)轉(zhuǎn)換技術中(即光子模數(shù)轉(zhuǎn)換技術)。光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)憑借著低時間抖動和大帶寬的優(yōu)勢,可同時提高采樣速率、采樣帶寬和有效比特位。時間交織光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的后端電量化和數(shù)字信號處理過程中受光電子器件一致性和通道失衡等影響,實現(xiàn)寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換時的量化精度受到限制。為了克服此限制,本文介紹了一種基于并行解復用的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)架構,設計并實現(xiàn)了一種可用于該光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)架構的頻綜模塊。主要研究工作如下:1.針對并行解復用的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng),設計了一種頻綜模塊實現(xiàn)方案。該模塊能夠向光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的并行解復用模塊提供所需的驅(qū)動信號,從而實現(xiàn)對光脈沖序列的并行解復用處理。在設計頻綜模塊的過程中,充分考慮了整個系統(tǒng)對驅(qū)動信號性能的需求,并根據(jù)這些需求采用了基于多級分頻線路的并行架構。該架構具有效率高、測試方便、布局分明等優(yōu)點。最后,根據(jù)該架構的特點和驅(qū)動信號的性能要求,提出了頻綜模塊的多種測試指標。2.根據(jù)頻綜模塊的架構和測試指標,優(yōu)化了模塊內(nèi)部器件的參數(shù)和選型。對各個內(nèi)部器件進行逐一測試,以評估所選器件的性能指標。最后,通過優(yōu)化頻綜模塊中的分頻線路布局,利用這些性能達標的器件搭建了一個完整的頻綜模塊,并完成對整個頻綜模塊的綜合測試。測試結果表明,頻綜模塊提供的驅(qū)動信號的諧波抑制比超過55d B、信噪比超過60d B,滿足設計的要求。3.完成了頻綜模塊和光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)實驗,并探究了頻綜模塊對光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能的影響。在實驗過程中,通過優(yōu)化設計頻綜模塊的內(nèi)部器件以調(diào)節(jié)光開關陣列的并行解復用性能,從而改善PADC輸出的有效比特位數(shù)(Effective Number of Bits,ENOB)。最后測試了基于并行解復用的光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體性能,測試結果表明,在頻率分別為9.812GHz和35.412GHz的微波信號的模擬輸入下,該光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的單通道的有效比特位分別達到了7.73和6.9。聯(lián)調(diào)實驗的結果表明,采用多級分頻線路的頻綜架構能滿足光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)對驅(qū)動信號性能的需求,證明了頻綜模塊的可行性。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN792
【圖文】：

該系統(tǒng)在 PADC 系統(tǒng)的發(fā)展歷程中具有劃時代的意義。該系統(tǒng)架構和輸出結果如圖1-3 所示。在該系統(tǒng)中，通過由若干馬赫-增德爾干涉儀構成的陣列實現(xiàn)對微波信號的電光采樣。在該方案中，采樣速率為 1GSa/s 時 ENOB 達到 4 位，采樣速率為 10GSa/s 時 ENOB 達到 3 位。該方案中由于半波電壓的限制[17]，嚴重影響了PADC 系統(tǒng) ENOB 的提高，同時在集成化方面存在缺陷。基于該方案，后人提出了多種改進設計[18-26]。圖 1-3 基于集成的馬赫-增德爾調(diào)制器陣列的 PADC 系統(tǒng)和輸出結果[16]Fig1-3 The PADC based on integrated MZM arrays and its output results[16]進入上世紀 90 年代后，解復用技術[27-31]開始應用于光子模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設計中。在基于這類技術的 PADC 系統(tǒng)中，采用高速、高精度的光脈沖序列進行采樣，同時通過解復用器件，將采樣信號并行化后進行后期處理，從而降低了后端量化過程中器件的性能要求。圖 1-4 展示了一種基于解復用技術的 PADC 系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中

圖 1-4 基于解復用技術的 PADC 系統(tǒng)架構[25]Fig.1-4 The architecture of PADC using demultiplexing method[25]圖 1-5 基于解復用技術的 PADC 系統(tǒng)的實驗架構[31]Fig.1-5 Schematic layout for the PADC based on demultiplexers[31]隨著光子集成技術的產(chǎn)生，PADC 系統(tǒng)開始向集成化的方向發(fā)展。2011 年，Matthew 提出了一種基于光子集成技術的 PADC 系統(tǒng)[32]。在圖 1-6 中展示了該系

【參考文獻】

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1 楊淑娜;新型光子模數(shù)轉(zhuǎn)換技術的研究[D];浙江大學;2010年

本文編號：2719411