發(fā)布時(shí)間：2017-04-09 00:02

  本文關(guān)鍵詞：基于強(qiáng)度和相位調(diào)制的微波光子下變頻方法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微波光子下變頻是一種新型的降頻技術(shù),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于信號(hào)接收、遠(yuǎn)程遙感、相控陣?yán)走_(dá)以及衛(wèi)地通信等諸多領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的微波下變頻技術(shù)相比,微波光子下變頻技術(shù)具有帶寬大、抗電磁干擾能力強(qiáng)、傳輸損耗小的性能特點(diǎn),很好的彌補(bǔ)了微波下變頻技術(shù)在處理高頻、寬帶微波信號(hào)時(shí),在帶寬和處理速率上的不足。同時(shí),微波光子下變頻技術(shù)所需器件的集成度高、熱效應(yīng)小,在設(shè)備成本和體積上也具有優(yōu)勢(shì),符合當(dāng)下系統(tǒng)小型化的發(fā)展趨勢(shì),具有廣闊的應(yīng)用前景。本文系統(tǒng)的分析了微波光子技術(shù)的發(fā)展和微波光子下變頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀,對(duì)典型的微波光子下變頻方法進(jìn)行了性能分析。闡述了馬赫曾德強(qiáng)度調(diào)制器(MZM)、相位調(diào)制器(PM)和光電探測(cè)器(PD)的工作原理,分別提出了針對(duì)馬赫曾德強(qiáng)度調(diào)制器直流和射頻半波電壓的測(cè)量方法,并進(jìn)行了綜合實(shí)驗(yàn)測(cè)量；最終提出了基于MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的微波光子下變頻系統(tǒng),理論分析了其下變頻原理,并利用Opticsystem仿真軟件驗(yàn)證了該原理的可行性。在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建了該結(jié)構(gòu)的微波光子下變頻鏈路系統(tǒng),且進(jìn)行了性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。研究工作的主要內(nèi)容如下：1.理論推導(dǎo)了MZM、PM和PD的工作原理,得出其輸入和輸出光場(chǎng)表達(dá)式。對(duì)下變頻系統(tǒng)的主要性能評(píng)價(jià)參量,系統(tǒng)增益、噪聲系數(shù)和無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)的基本定義進(jìn)行了詳細(xì)說明,對(duì)它們的計(jì)算方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要推導(dǎo)。2.提出并驗(yàn)證了MZM的直流半波電壓和射頻半波電壓的測(cè)量方法,分析其在不同調(diào)制條件下的變化趨勢(shì)。對(duì)于直流半波電壓的測(cè)量,我們通過在待測(cè)MZM的偏置電壓端口上輸入低頻三角波信號(hào)的方式進(jìn)行測(cè)量,避免了在傳統(tǒng)的極值測(cè)量法中,為定位MZM輸出功率的最大值或最小值所帶來的操作難度,降低了設(shè)備不穩(wěn)定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,提高了測(cè)量精度和準(zhǔn)確度。針對(duì)MZM的工作狀態(tài)會(huì)受環(huán)境影響而產(chǎn)生漂移的問題,設(shè)計(jì)并制作了直流偏置反饋模塊,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了反饋模塊的有效性,為射頻半波電壓的測(cè)量提供了重要的前提條件。利用光譜分析方法實(shí)現(xiàn)射頻半波電壓的測(cè)量,利用奇次邊帶間的強(qiáng)度比計(jì)算得出待測(cè)MZM的射頻半波電壓。由于該方法是在頻域中進(jìn)行分析計(jì)算,所以該方法的抗干擾能力較強(qiáng),并且可以在不同的調(diào)制頻率或功率下,測(cè)量MZM的射頻半波電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明調(diào)制信號(hào)的頻率變化對(duì)MZM的射頻半波電壓的影響很大,體現(xiàn)為射頻半波電壓隨著調(diào)制頻率的增加而明顯增大。3.提出了基于MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的微波光子下變頻系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)的變頻原理進(jìn)行了理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn),模擬計(jì)算了該系統(tǒng)的下變頻性能參數(shù)。在實(shí)驗(yàn)室中成功搭建了該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用條件實(shí)現(xiàn)了對(duì)高頻信號(hào)的下頻率處理,驗(yàn)證了MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的下變頻可行性。同時(shí),在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上完成了對(duì)系統(tǒng)增益和SFDR的性能測(cè)試,測(cè)得其最大系統(tǒng)增益為-34.65dB,最大SFDR為108.62 dB/Hz2/3,該結(jié)果與模擬仿真結(jié)果基本吻合�，F(xiàn)實(shí)中常規(guī)的微波光子下變頻系統(tǒng)多采用雙MZM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),通過搭建該結(jié)構(gòu)的下變頻系統(tǒng)并進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),得出基于MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的下變頻系統(tǒng)在系統(tǒng)增益和SFDR兩方面均優(yōu)于采用MZM-MZM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的下變頻系統(tǒng),證實(shí)了MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)具備良好的下變頻能力,擁有深厚的發(fā)展?jié)摿Α?br/> 【關(guān)鍵詞】：微波光子學(xué) 下變頻 相位調(diào)制器 馬赫曾德強(qiáng)度調(diào)制器
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN015
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 微波光子學(xué)概述10-15
• 1.1.1 微波光子學(xué)的發(fā)展10-11
• 1.1.2 微波光子鏈路的主要結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)11-13
• 1.1.3 微波光子鏈路的應(yīng)用13-15
• 1.2 微波光子下變頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.1 基于直接調(diào)制的下變頻技術(shù)16-17
• 1.2.2 基于外部電光調(diào)制的下變頻技術(shù)17-19
• 1.2.3 基于光頻梳的下變頻技術(shù)19-20
• 1.3 本論文主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第2章 微波光子下變頻技術(shù)中的關(guān)鍵器件和主要參數(shù)22-30
• 2.1 電光調(diào)制器的工作原理22-25
• 2.1.1 相位調(diào)制器的工作原理22-23
• 2.1.2 馬赫曾德強(qiáng)度調(diào)制器的工作原理23-25
• 2.2 光電探測(cè)器的工作原理25-26
• 2.3 微波光子鏈路的主要性能參數(shù)26-29
• 2.3.1 系統(tǒng)增益26
• 2.3.2 噪聲特性26-28
• 2.3.3 無雜散動(dòng)態(tài)范圍28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第3章 對(duì)MZM半波電壓的綜合測(cè)量30-44
• 3.1 MZM半波電壓的測(cè)量原理30-33
• 3.1.1 MZM直流半波電壓的測(cè)量原理30-32
• 3.1.2 MZM射頻半波電壓的測(cè)量原理32-33
• 3.2 MZM直流半波電壓測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究33-35
• 3.3 MZM射頻半波電壓測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究35-38
• 3.4 直流偏置穩(wěn)定模塊的設(shè)計(jì)38-43
• 3.4.1 直流偏置穩(wěn)定模塊的工作原理39-41
• 3.4.2 直流偏置穩(wěn)定模塊的有效性測(cè)試41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-44
• 第4章 基于MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的微波光子下變頻系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究44-58
• 4.1 基于MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的下變頻原理44-46
• 4.2 基于MZM-PM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的下變頻仿真實(shí)驗(yàn)46-51
• 4.2.1 對(duì)下變頻可行性的仿真驗(yàn)證46-49
• 4.2.2 對(duì)系統(tǒng)增益的模擬和分析49-50
• 4.2.3 對(duì)無雜散動(dòng)態(tài)范圍的模擬和分析50-51
• 4.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建51-52
• 4.4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能測(cè)試52-56
• 4.4.1 下變頻原理的可行性驗(yàn)證52-53
• 4.4.2 系統(tǒng)增益的測(cè)試53-54
• 4.4.3 無雜散動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)試54-55
• 4.4.4 采用MZM-MZM級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)55-56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-68
• 致謝68-69

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