【摘要】：一體化電子系統(tǒng)通過采用開放式、模塊化的體系架構(gòu),具有寬帶、多頻段、多波束的處理能力以及靈活的資源調(diào)配功能,能夠?qū)崿F(xiàn)雷達(dá)、通信、電子戰(zhàn)等多種功能一體,大大降低了系統(tǒng)的成本、減小了設(shè)備冗余。作為一體化電子系統(tǒng)的基礎(chǔ),寬帶通用射頻前端技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注與研究。針對傳統(tǒng)微波技術(shù)在構(gòu)建寬帶通用射頻前端時會面臨帶寬、電磁干擾等“電子瓶頸”問題,論文重點(diǎn)研究了寬帶通用射頻光前端技術(shù),即以微波光子技術(shù)基礎(chǔ),利用其固有的寬帶、抗電磁干擾、低損耗等優(yōu)點(diǎn),針對一體化電子系統(tǒng)的具體應(yīng)用需求,通過合理的架構(gòu)設(shè)計(jì)來構(gòu)建寬帶通用射頻前端。論文針對寬帶通用射頻光前端在高頻長距離傳輸、寬帶更低中頻接收、多通道并行處理三個方面展開了深入的研究,對于寬帶通用射頻光前端面臨的傳輸距離受限、下變頻中頻頻率受限、多頻段頻率變換以及多通道射頻交換等問題,提出了有效的解決方案并取得如下創(chuàng)新成果:針對寬帶通用射頻光前端在高頻長距離光纖傳輸時面臨的多倍頻程信號產(chǎn)生以及色散導(dǎo)致功率衰落的問題,論文基于微波光子倍頻上變頻技術(shù)和色散補(bǔ)償技術(shù),提出了一種適用于高頻信號產(chǎn)生和長距離光纖傳輸?shù)膶拵ㄓ蒙漕l光前端架構(gòu)。通過采用馬赫曾德爾調(diào)制器(MZM)與雙平行馬赫曾德爾調(diào)制器(DPMZM)的級聯(lián)架構(gòu),將MZM偏置在最小偏置點(diǎn)并適當(dāng)調(diào)節(jié)DPMZM的偏置電壓,在實(shí)現(xiàn)頻率倍頻上變頻的同時能夠補(bǔ)償色散導(dǎo)致的功率衰落。實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)的級聯(lián)MZM的倍頻上變頻光載無線鏈路相比,所提射頻光前端鏈路在傳輸距離分別為60和80km、對應(yīng)上變頻輸出射頻頻率分別為11.7～24.7GHz和11.5～24.5GHz時,都能保持比較平坦的頻率響應(yīng),功率抖動小于3.5dB;并且在一些特定光纖傳輸距離及上變頻輸出射頻頻率處,所提方案還能夠帶來近40dB的增益提升以及26.7dB的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)性能提升。針對寬帶通用射頻光前端在寬帶射頻信號接收時受限于自混頻干擾而不能下變頻到更低中頻的問題,論文基于并聯(lián)I/Q調(diào)制器的單邊帶微波光子混頻架構(gòu),通過將Kramers-Kronig(KK)探測技術(shù)引入到射頻接收機(jī)中,提出了一種寬帶更低中頻射頻接收機(jī)。通過對比采用和不采用KK算法時下變頻輸出中頻信號的誤差矢量幅度(EVM),論證了所提接收機(jī)的可行性。實(shí)驗(yàn)通過測量下變頻輸出中頻信號的EVM與下變頻中頻載波頻率、輸入本振功率、輸入射頻功率以及本振和射頻路光載波功率比之間的關(guān)系,詳盡地分析了所提接收機(jī)的性能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在所測條件下,通過采用KK算法,載頻為20GHz、帶寬為2.3GHz的16QAM信號在下變頻輸出中頻頻率大于1.15GHz時,EVM值均小于4.7%;并且在中頻頻率接近1.15GHz時,KK算法能夠帶來超過9.5%的EVM性能提升。面向衛(wèi)星通信多頻段、多波束的發(fā)展趨勢,針對寬帶通用射頻光前端技術(shù)在構(gòu)建多功能一體化衛(wèi)星通信系統(tǒng)時面臨的系統(tǒng)可重構(gòu)、可擴(kuò)展、多通道并行處理方面的難題,論文分別面向一體化衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)和衛(wèi)星地面站系統(tǒng)提出了具體的解決方案:1.基于波分復(fù)用技術(shù)、單邊帶微波光子混頻技術(shù)以及微波光子交換技術(shù),論文首次提出了一種支持L、S、Ku、Ka頻段信號接收的軟件定義一體化衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)并搭建了原理樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),一體化衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)具有四個通道的并行處理能力,能夠通過軟件控制重構(gòu)每個通道的功能,實(shí)現(xiàn)L、S、Ku、Ka頻段信號的變頻轉(zhuǎn)發(fā)、廣播和組播功能。變頻輸出中頻信號頻率均在5GHz附近、變頻增益大于10dB、SFDR大于89 dB·Hz2/3、相位噪聲在1MHz頻偏處小于-105dBc/Hz。2.針對衛(wèi)星地面站系統(tǒng)應(yīng)用,論文首先基于三路并行的單邊帶微波光子混頻架構(gòu),提出了收發(fā)一體化的低雜散寬帶通用微波光子混頻前端并搭建了原理樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),所提衛(wèi)星地面站混頻前端樣機(jī)能夠同時實(shí)現(xiàn)12～30GHz信號的下變頻接收和2～6GHz信號的上變頻發(fā)射,變頻增益大于20dB,下變頻SFDR大于97 dB·Hz2/3,上變頻射頻與本振的隔離度大于50dB。另外,論文還基于波分復(fù)用和微波光子交換技術(shù)提出了靈活可擴(kuò)展的多通道射頻交換系統(tǒng)架構(gòu)并搭建了4 X 4的微波光子交換原理樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),微波光子交換系統(tǒng)樣機(jī)具有靈活可擴(kuò)展的能力,處理帶寬為0.1～30GHz,交換鏈路增益大于OdB,端口之間的隔離度大于70dB,SFDR高于93 dB.Hz2/3。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN92;TN015
【圖文】：

ＡＭＲＦＳ項(xiàng)目進(jìn)一步演化為先進(jìn)多功能射頻概念（ＡＭＲＦＣ）項(xiàng)目｜５，６】，該項(xiàng)目相較之逡逑前的版本在收發(fā)天線上做了一些簡化處理，收發(fā)系統(tǒng)均采用頻率范圍為６？１８邋ＧＨｚ的逡逑單部天線，系統(tǒng)架構(gòu)如圖１－２邋（ａ）所示。不滿足于收發(fā)系統(tǒng)分離的設(shè)置，０ＮＲ于２００８逡逑年又推出了集成上層結(jié)構(gòu)（ＩｎＴｏｐ）項(xiàng)目「，吹該項(xiàng)目采用集成式的多波束、多功能的逡逑上部結(jié)構(gòu)天線孔徑來減少當(dāng)前艦船上部結(jié)構(gòu)中天線孔徑的數(shù)量，解決艦上大量天線造逡逑－２－逡逑

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１－２艦載一體化電子系統(tǒng)架構(gòu)圖。（ａ）邋ＡＭＲＦＣ［５］，邋（ｂ）邋ＭＦＥＷ＿逡逑在空軍領(lǐng)域，美國空軍在很早就展開了基于“寶石柱”計(jì)劃的一體化航電架構(gòu)研逡逑究，通過采用模塊化的信息處理模塊來提高戰(zhàn)斗機(jī)的性能，該成果最終于上世紀(jì)八十逡逑年代裝載于美國的Ｆ－２２戰(zhàn)斗機(jī)上。由于“寶石柱”計(jì)劃仍采用分立的射頻前端架構(gòu)，逡逑為了進(jìn)一步X椉誘蕉坊淖髡叫閱埽攬站諫鮮蘭途攀甏滯瞥雋隋濉氨κā奔棋義匣�，其概念就是采用�？榛�、标姿E募芄菇蕉坊奶講餛鰲⒎尚泄芾懟⑼夤夜芾懟㈠義系繾誘降認(rèn)低臣傻揭桓齦咚俾使飩換幌低持校傭檔禿降縵低車母叢傭齲拐鰣義舷低掣詠舸鍘１κ蘋難芯砍曬鈧氈蛔氨岡諏瞎セ骰ǎ剩櫻�，即Ｆ－３�(dān)┥�。辶x顯詿似詡

本文編號：2759374