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CN114422037B - 一种光电融合的变频方法 - Google Patents

一种光电融合的变频方法 Download PDF

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CN114422037B
CN114422037B CN202210103637.8A CN202210103637A CN114422037B CN 114422037 B CN114422037 B CN 114422037B CN 202210103637 A CN202210103637 A CN 202210103637A CN 114422037 B CN114422037 B CN 114422037B
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Abstract

一种光电融合的变频方法，包括：对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号；基于微波变频方法，根据所述调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号；基于微波光子变频技术，根据所述上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号；对所述预设变频频点的微波信号进行滤波、放大、调理。通过将微波变频方法和微波光子变频技术相融合，即结合微波光子变频技术的宽带特性和微波变频方法的精细滤波处理可以产生高质量的变频信号，使最终变频信号具有‑55dBc@瞬时带宽1GHz的效果。

Description

一种光电融合的变频方法
技术领域
本发明涉及变频技术领域，特别涉及一种光电融合的变频方法。
背景技术
微波变频方法采用超外差技术，通过与本振信号混频改变信号的频率，便于信号的空间辐射传输和接收，其核心是变频器设计。根据工程需要，微波变频方法可分为上变频方法和下变频。上变频为将中频信号通过混频提高到指定的射频频点，实现高增益发射和传输；下变频为将空间射频信号通过混频滤波搬移到固定的中频频点，方便信号处理电路进行采样和处理。
但是，微波变频通常会引入众多的组合频率干扰，例如杂散干扰、交调干扰、镜像频率干扰等。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种变频方法，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种光电融合的变频方法，包括：
对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号；
基于微波变频方法，根据调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号；
基于微波光子变频方法，根据上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号；
对预设变频频点的微波信号进行滤波、放大、调理，得到最终变频信号。
根据本发明的实施例，基于微波变频方法，根据调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号，包括：
将调理信号和光电混合信号源发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路，得到上变频信号。
根据本发明的实施例，将调理信号和光电混合信号源发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路，得到上变频信号，包括：
将调理信号和光电混合信号源的频率综合器发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路的上变频链路混频器，得到混频信号；
将混频信号输入至微波上变频链路的上变频链路滤波器组，得到滤波信号；
将滤波信号输入至微波上变频链路的上变频链路电放大器，得到上变频信号。
根据本发明的实施例，基于微波光子变频方法，根据上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号，包括：
将上变频信号、光电混合信号源发出的高本振信号和光电混合信号源发出的光本振信号输入至微波光子变频链路，得到预设变频频点的微波信号。
根据本发明的实施例，将上变频信号、光电混合信号源发出的高本振信号和光电混合信号源发出的光本振信号输入至微波光子变频链路，得到预设变频频点的微波信号包括：
将上变频信号与光电混合信号源的综合频率器发出的高本振信号输入至微波光子变频链路的功合器，得到合束信号；
将合束信号与光电混合信号源的连续激光源发出的光本振信号输入至微波光子变频链路的调制器，使合束信号调制到光本振信号上，进行电光转换，得到光调制信号；
将光调制信号输入微波光子变频链路的光放大器，得到放大的光调制信号；
将放大的光调制信号输入至微波光子变频链路的探测器进行拍频，输出预设变频频点的微波信号。
根据本发明的实施例，对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号，包括：
将待变频信号输入至输入调理电路进行滤波、放大、调理，得到调理信号。
根据本发明的实施例，对预设变频频点的微波信号进行滤波、放大、调理得到最终变频信号，包括：
将预设变频频点的微波信号输入至输出调理电路进行滤波、放大、调理，得到最终变频信号。
根据本发明的实施例，调制器的调制带宽大于等于上变频信号与高本振信号两者中频率的最大值，小于上变频信号与高本振信号两者最小频率的二倍，且调制器工作在载波抑制状态。
根据本发明的实施例，探测器的工作带宽与预设变频频点的最大值的差值小于预设阈值。
根据本发明的实施例，光放大器用于补偿调制器进行电光转换的功率损失，放大的光调制信号的功率小于等于探测器的饱和输入光功率。
根据本发明的实施例提供的光电融合的变频方法，通过将微波变频方法和微波光子变频方法相融合，即结合了微波光子变频技术的宽带特性和微波变频方法的精细滤波处理可以产生高质量的变频信号，使最终变频信号具有-55dBc@瞬时带宽1GHz的效果。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的实施例提供的光电融合的变频方法的流程图；
图2示意性示出了用于实现图1所示的变频方法的变频系统的结构框图；
图3示意性示出了根据图2所示的变频系统的一种实施例；
图4示意性示出了根据图2所示的变频系统的另一种实施例；
图5示意性示出了根据图4的变频系统将1.8GHz的中频发射信号上变频到3GHz射频发射信号实测结果截图；
图6示意性的示出了根据图4的变频系统将1.8GHz的中频发射信号上变频到18GHz射频发射信号的实测结果截图；
图7示意性的示出了根据图4的变频系统将17GHz的射频接收信号下变频到1.8GHz中频发射信号的实测结果截图。
附图标记说明
1 输入调理电路
11 第一子输入调理电路
12 第二子输入调理电路
2 光电混合信号源
21 频率综合器
22 连续激光源
3 微波上变频链路
31 第一链路
32 第二链路
4 微波光子变频链路
41 功合器
42 调制器
43 光放大器
44 探测器
5 输出调理电路
51 第一子输出调理电路
52 第二子输出调理电路
具体实施方式
在微波变频方法中，微波信号质量直接影响信号处理的效果，进而降低系统的技术性能指标。传统电学变频技术正向宽带、高增益、稳定信道方向发展，目前，相关的宽带微波变频的技术水平为-35dBc@瞬时带宽2GHz、-45dBc@瞬时带宽1GHz。
为了提高变频信号的质量，本发明提出基于光电融合的变频方法，利用光子变频技术的宽带特性，结合微波变频方法的精细滤波处理，提高变频信号的质量。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示意性的示出了根据本发明的实施例的提供的光电融合的变频方法的流程图。如图1所示，光电融合的变频方法包括如下步骤：
对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号；
基于微波变频方法，根据调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号；
基于微波光子变频技术，根据上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号；
对预设工作频点的微波信号进行滤波、放大、调理，得到最终变频信号。
根据本发明的实施例，待变频信号可以为中频发射信号，该中频发射信号可以为具有固定频点的中频发射信号，根据具有固定频点的中频发射信号得到的最终变频信号为在预设频率范围内的射频发射信号。待变频信号还可以为射频接收信号，该射频接收信号为在预设频率范围内的射频接收信号，根据在预设频率范围内的射频接收信号得到的最终变频信号为具有固定频点的中频接收信号。例如，待变频信号可以为1.8GHz的中频发射信号，得到的最终变频信号可以为频率在0.8-18GHz的射频发射信号；或者待变频信号可以为0.8-18GHz的射频接收信号，得到的最终变频信号可以为1.8GHz的中频接收信号。
根据本发明的实施例，上变频本振信号可以为22GHz，高本振信号可以为21GHz～38.2GHz。
图2示意性示出了用于实现图1所示的变频方法的变频系统的结构框图。
结合图1和图2所示，对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号，包括：
将待变频信号输入至输入调理电路1进行滤波、放大、调理，得到调理信号。
根据本发明的实施例，基于微波变频方法，根据调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号，包括：
将调理信号和光电混合信号源2发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路3，得到上变频信号。
根据本发明的实施例，基于微波光子变频技术，根据上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号，包括：
将上变频信号、光电混合信号源2发出的高本振信号和光电混合信号源发出的光本振信号输入至微波光子变频链路4，得到预设变频频点的微波信号。
根据本发明的实施例，对预设变频频点的微波信号进行滤波，包括：
将预设变频频点的微波信号输入至输出调理电路5进行滤波、放大、调理，得到变频信号。
图3示意性示出了根据图2所示的变频系统的一种实施例。
如图3所示，将调理信号和光电混合信号源2发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路，得到上变频信号，包括：
将调理信号和光电混合信号源的频率综合器21发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路的上变频链路混频器(图中未示出)，得到混频信号；
将混频信号输入至微波上变频链路的上变频链路滤波器组(图中未示出)，得到滤波信号；
将滤波信号输入至微波上变频链路的上变频链路电放大器(图中未示出)，得到上变频信号。
根据本发明的实施例，将上变频信号、光电混合信号源2发出的高本振信号和光电混合信号源2发出的光本振信号输入至微波光子变频链路4，得到预设变频频点的微波信号，包括：
将上变频信号与光电混合信号源2的综合频率器21发出的高本振信号输入至微波光子变频链路4的功合器41，得到合束信号；
将合束信号与光电混合信号源2的连续激光源22发出的光本振信号输入至微波光子变频链路4的调制器42，使合束信号调制到光本振信号上，进行电光转换，得到光调制信号；
将光调制信号输入微波光子变频链路4的光放大器43，得到放大的光调制信号；
将放大的光调制信号输入至微波光子变频链路4的探测器44进行拍频，输出预设变频频点的微波信号。
根据本发明的实施例，调制器42的调制带宽大于等于上变频信号与高本振信号两者中频率的最大值，小于上变频信号与高本振信号两者最小频率的二倍，且调制器42工作在载波抑制状态。
根据本发明的实施例，探测器44的工作带宽与预设变频频点的最大值的差值小于预设阈值。该预设阈值可以为小于等于2GHz，且越小越好，例如预设变频频点的最大值为18GHz时，探测器44的工作带宽可以为20GHz。
根据本发明的实施例，光放大器43用于补偿调制器42进行电光转换的功率损失，放大的光调制信号的功率小于等于探测器44的饱和输入光功率。
待变频信号可以包括固定频点的中频发射信号，例如，1.8GHz的中频发射信号，或者频率在预设频率范围内的射频接收信号，例如频率在(0.8-18GHz)的射频接收信号。
图4示意性示出了根据图2所示的变频系统的另一种实施例。
如图4所示，输入调理电路可以包括第一子输入调理电路11和第二子输入调理电路12。
微波上变频链路3可以包括第一链路31和第二链路32。第一链路31包括依次连接的第一链路混频器(图中未示出)、第一链路滤波器组(图中未示出)、和第一链路电放大器(图中未示出)，第二链路32包括依次连接的第二链路混频器(图中未示出)、第二链路滤波器组(图中未示出)和第二链路电放大器(图中未示出)。
其中，第一滤波器11和第一链路31连接，第一滤波器组12和第二链路32连接，第一链路31、第二链路32和功合器41之间设置有单刀双掷开关K1，使得功合器41与第一链路31、第二链路32二者之一连接。
输出调理电路可以包括第一子输出调理电路51和第二子输出调理电路52，第一子输出调理电路51、第二子输出调理电路52与探测器44之间设置单刀双掷开关K2，使得第一子输出调理电路51、第二子输出调理电路52两者之一与探测器44连接。
开关K1接通功合器41和第一链路31，开关K2接通探测器44与第第一子输出调理电路52，可以将频率为1.8GHz的中频发射信号变频至(0.8-18GHz)的射频发射信号。
开关K1接通功合器41和第一链路32，开关K2接通探测器44与第二滤波器51，可以将频率为(0.8-18GHz)的射频接收信号变频至1.8GHz的中频接收信号。
图4所示的变频系统可以根据用户指令要求，切换收发状态，完成上变频和下变频。整个系统的工作频段覆盖0.8GHz～18GHz，瞬时宽带为1GHz，中频工作频点为1.8GHz。
以下列举一个具体实施例对利用图4所示的变频系统的变频方法作详细说明，在本实施例中，将工作频点为1.8GHz的中频发射信号上变频到指定的射频频点，本例中设定射频频点为17GHz，调制器41的工作带宽为40GHz，探测器44的工作带宽为18GHz。其中，上变频本振信号固定在22GHz，高本振信号是可调本振信号，工作范围为21GHz～38.2GHz，激光源工作输出5dBm的连续光本振信号。
开关K1接通功合器41和第一链路31，开关K2接通探测器44与第二子输出调理电路52。
步骤1：将经过第一子输入调理电路11处理的1.8GHz中频发射信号，与频率综合器21发出的频率为22GHz的上变频本振信号在第一链路31中混频、滤波、放大，得到频率为20.2GHz的下边带上变频信号。
步骤2：将第一链路31输出的20.2GHz的上变频信号与频率综合器21发出的频率为37.2GHz的高本振信号通过功合器41进行合成，一起输入到调制器42形成光调制信号。其中，高本振信号可以根据发射工作频率进行调整，获得不同的发射射频信号，调制器41的输入光信号功率≥5dBm，调制器41工作在载波抑制状态。
步骤3：采用光放大器43对光调制信号进行功率补偿放大，光放大器43的放大倍数设计为20dB。
步骤4：将放大的光调制信号输入至探测器44进行拍频，输出频率为17GHz的下边带信号，而频率为57.4GHz的上边带信号受到探测器工作带宽的限制而被有效抑制。
步骤5：将探测器输出的17GHz射频信号输入第二子输出调理电路52进行滤波处理，获得高质量的射频发射信号，完成宽带信号的上变频处理。
根据本发明变频方法，只需要改变高本振信号的频点，就可以完成1.8GHz中频信号到0.8GHz～18GHz射频发射信号的上变频处理，参见图5和图6。
图5示意性示出了根据图4的变频系统将1.8GHz的中频发射信号上变频到3GHz射频发射信号实测结果截图。
如图5所示，利用图4所示的变频系统，将1.8GHz信号上变频到3GHz信号。图中横坐标表示频率，纵坐标表示为信号功率，通过此图可以看出，变频输出信号的信杂比优于55dBc。
图6示意性示出了根据图4的变频系统将1.8GHz的中频发射信号上变频到18GHz射频发射信号的实测结果截图。图中横坐标表示频率，纵坐标表示为信号功率，通过此图可以看出，变频输出信号的信杂比优于55dBc。
以下列举另一个具体实施例对利用图4所示的变频系统的变频方法作详细说明，在本实施例中，将工作频点为17GHz的射频接收信号下变频到工作频点为1.8GHz、瞬时带宽为1GHz的中频接收信号，调制器41的工作带宽为40GHz，探测器44的工作带宽为18GHz。其中，上变频本振信号固定在22GHz，高本振信号是可调本振信号，工作范围为21GHz～38.2GHz，激光源工作输出5dBm的连续光本振信号。
开关K1接通功合器41和第二链路32，开关K2接通探测器44与第二子输出调理电路。
步骤1：将接收的17GHz射频接收信号经过第二子输入调理电路12处理，与频率综合器21发出的频率为22GHz的上变频本振信号在第二链路中进行混频、滤波、放大得到上边带高频信号(第一变频信号)，该上边带高频信号的频率为39GHz。
步骤2：将第二链路32输出的39GHz的上边带高频信号与频率综合器21发出的频率为37.2GHz的上变频本振信号通过功合器41进行合成，一起输入到调制器42形成光调制信号。其中，高本振信号可以根据发射工作频率进行调整，获得不同频点的发射射频信号，调制器41的输入光信号功率≥5dBm，调制器41工作在载波抑制状态。
步骤3：采用光放大器43对光调制信号进行功率补偿放大，光放大器43的放大倍数设计为20dB。
步骤4：将放大的光调制信号输入探测器44进行拍频，输出频率为1.8GHz的下边带信号，而频率为76.2GHz的上边带信号受到探测器44工作带宽的限制而被有效抑制。
步骤5：1.8GHz中频接收信号经过第一子输出调理电路51滤波处理输出，获得高质量的射频接收信号，完成宽带信号的下变频处理，参见附图7。
图7示意性的示出了根据图4的变频系统将17GHz的射频接收信号下变频到1.8GHz中频发射信号的实测结果截图。图中横坐标表示频率，纵坐标表示为信号功率，通过此图可以看出，17GHz信号准确变频到1.8GHz。
根据上述方法，只需要改变高本振的频点，就可以完成0.8GHz～18GHz射频信号到1.8GHz中频信号的下变频处理。
根据上述两个实施例，本发明提出的基于光电融合的宽带变频方法，在上述上、下变频过程中，采用了相同的光本振信号和微波本振信号，以及相同的微波光子变频链路，保证系统全相参。
根据本发明提供光电融合的宽带变频方法，能有效抑制杂散和交调，提高宽带变频的信号质量，且变频方法采用了微波光子技术，基于微波光子器件的宽带特性，具有多功能、体积小、功耗低的特点，可应用于雷达、通信、导航、汽车电子等多个产品领域。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光电融合的变频方法，包括：
对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号；
基于微波变频方法，根据所述调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号；
基于微波光子变频方法，根据所述上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号；
对所述预设变频频点的微波信号进行滤波、放大、调理，得到最终变频信号。
2.如权利要求1所述的变频方法，其中，所述基于微波变频方法，根据所述调理信号与上变频本振信号，得到上变频信号，包括：
将所述调理信号和光电混合信号源发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路，得到所述上变频信号。
3.如权利要求2所述的变频方法，其中，所述的将所述调理信号和光电混合信号源发出的上变频本振信号输入至微波上变频链路，得到所述上变频信号，包括：
将所述调理信号和所述光电混合信号源的频率综合器发出的所述上变频本振信号输入至微波上变频链路的上变频链路混频器，得到混频信号；
将所述混频信号输入至微波上变频链路的上变频链路滤波器组，得到滤波信号；
将所述滤波信号输入至微波上变频链路的上变频链路电放大器，得到所述上变频信号。
4.如权利要求1所述的变频方法，其中，所述基于微波光子变频方法，根据所述上变频信号、高本振信号和光本振信号，输出预设变频频点的微波信号，包括：
将所述上变频信号、光电混合信号源发出的所述高本振信号和所述光电混合信号源发出的所述光本振信号输入至微波光子变频链路，得到所述预设变频频点的微波信号。
5.如权利要求4所述的变频方法，其中，所述将所述上变频信号、光电混合信号源发出的所述高本振信号和所述光电混合信号源发出的所述光本振信号输入至微波光子变频链路，得到所述预设变频频点的微波信号，包括：
将所述上变频信号与所述光电混合信号源的综合频率器发出的所述高本振信号输入至所述微波光子变频链路的功合器，得到合束信号；
将所述合束信号与所述光电混合信号源的连续激光源发出的所述光本振信号输入至所述微波光子变频链路的调制器，使所述合束信号调制到所述光本振信号上，进行电光转换，得到光调制信号；
将所述光调制信号输入所述微波光子变频链路的光放大器，得到放大的光调制信号；
将所述放大的光调制信号输入至所述微波光子变频链路的探测器进行拍频，输出所述预设变频频点的微波信号。
6.如权利要求5所述的变频方法，其中，所述调制器的调制带宽大于等于所述上变频信号与所述高本振信号两者中频率的最大值，小于所述上变频信号与所述高本振信号两者最小频率的二倍，且所述调制器工作在载波抑制状态。
7.如权利要求5所述的变频方法，其中，所述探测器的工作带宽与所述预设变频频点的最大值的差值小于预设阈值。
8.如权利要求5所述的变频方法，其中，所述光放大器用于补偿所述调制器进行电光转换的功率损失，所述放大的光调制信号的功率小于等于所述探测器的饱和输入光功率。
9.如权利要求1所述的变频方法，其中，所述对待变频信号进行滤波、放大、调理，得到调理信号，包括：
将所述待变频信号输入至输入调理电路进行滤波、放大、调理，得到所述调理信号。
10.如权利要求1所述的变频方法，其中，所述对所述预设变频频点的微波信号进行滤波、放大、调理得到所述最终变频信号，包括：
将所述预设变频频点的微波信号输入至输出调理电路进行滤波、放大、调理，得到所述最终变频信号。
CN202210103637.8A 2022-01-27 2022-01-27 一种光电融合的变频方法 Active CN114422037B (zh)

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