CN109831258B - 一种具有镜频抑制功能的光子射频接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其利用单个调制器构成光电振荡器，产生高质量，低相噪光生本振，无需外置本振源，同时另一射频口作为射频信号输入口，结构紧凑。通过恰当设置双电极调制器偏置点以及正交合成调制光信号的上边带拍频和下边带拍频分别产生的两路中频信号，光子射频接收机实现了射频信号接收，抑制镜频信号的功能。本发明可实现了光子镜频抑制接收机，适用于为无线通信、雷达、电子战等系统。
Description
技术领域
本发明属于光电技术领域，具体涉及一种具有镜频抑制功能的光子射频接收机。
背景技术
当前无线通信电子技术领域高速发展，无线通信对接收机的集成度、灵活性、通信制式的兼容性、工程应用性等方面提出了越来越高的要求。射频接收机是无线通信，电子战，雷达系统和卫星负载等微波射频系统中的核心结构。在各种接收机中，外差结构是最主要的接收机类型，这是由于外差接收机具有低杂散，大动态范围和高灵敏度的优势。
然而，外差结构存在着镜频干扰的问题。当输入的信号中含有射频和镜频信号时(镜像频率和射频频率关于本振频率对称)，射频信号和镜频信号将同时被下变频到相同的中频信号，而镜频信号下变频的中频信号会由于频谱混叠而不能被滤除，从而使待测射频信号产生畸变，影响系统的接收信号的质量。在雷达和通信系统中，采用镜频抑制接收机能够有效地抑制镜像频率，提高系统的干扰能力。
光子学技术具有高传输容量，在微波和毫米波频段响应平坦、抗电磁干扰、低损耗、低色散等方面的优势，同时其还具有超宽带调谐的特点，在射频和微波领域具有广阔的应用前景，其中包括光域的上下变频。
近几十年来，基于光子学技术的射频接收机被广泛研究。相比于电学接收机，光子接收机具有固有的大带宽，灵活可调性，潜在集成性和抗电磁兼容干扰等优点。
为了减轻镜频干扰，其中一种方法是在电域或者光域，使用电或光滤波器从输入的信号中直接滤除镜像频率分量。然而无论对于电滤波器还是光滤波器，高滚降因子的滤波器都比较难实现，因此该方法不适用于宽带信号或者低中频信号。
发明内容
本发明提供了一种具有镜频抑制功能的光子射频接收机，利用双电极调制器同时提供射频和本振信号的射频输入口，结合光电振荡器，光生低相噪本振信号，实现了无需外置本振直接在光域接收及实现下变频的功能，利用调制器偏置点的设置和光域上下边带的拍频，结合正交电耦合器，从而实现接收机镜频抑制的功能。
本发明的技术方案为：
一种具有镜频抑制功能的光子射频接收机，包括：
激光器，用于输出光载波；
双电极调制器，其输入通过光纤连接至所述激光器的输出，用于将激光器输出的光载波调制上射频信号和本振信号；
光耦合器，其输入通过光纤连接至所述双电极调制器的输出，用于将调制后的光信号分成三路，分别为光信号L1、光信号L2、光信号L3；
第三光电探测器，其输入通过光纤连接至所述光耦合器的第三输出支路，用于将光信号L3转换成电信号；
电滤波器，其输入通过射频线连接至所述第三光电探测器的输出，用于对所述电信号进行带通滤波；
电放大器，其输入通过射频线连接至所述电滤波器的输出，用于对带通滤波后的电信号进行放大，从而得到所述本振信号，其输出通过射频线连接至所述双电极调制器的第一射频口；
第一光滤波器，其输入通过光纤连接至所述光耦合器的第一输出支路，用于滤出光信号L1的上边带，得到滤波后的光信号F1；
第一光电探测器，其输入通过光纤连接至所述第一光滤波器的输出，用于将滤波后的光信号F1转换为电信号E1；
第二光滤波器，其输入通过光纤连接至所述光耦合器的第二输出支路，用于滤出光信号L2的下边带，得到滤波后的光信号F2；
第二光电探测器，其输入通过光纤连接至所述第二光滤波器的输出，用于将滤波后的光信号F2转换为电信号E2；
正交电耦合器，其输入分别通过射频线连接所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出，用于耦合所述电信号E1和电信号E2，形成光子射频接收机输出的电信号；
设置双电极调制器的偏置点设置在π/4或5π/4，电信号E1和电信号E2通过所述正交电耦合器合成后，射频信号变频产生的两路电信号E1和电信号E2由于相位同向而叠加，镜像信号变频产生的两路电信号E1和E2由于相位反向而抵消。
其中，所述双电极调制器为马赫增德尔调制器，优选地，所述双电极调制器为铌酸锂调制器。
其中，所述电带通滤波器采用窄带高Q滤波器，所述光滤波器为光带通滤波器。
所述激光器采用输出为线偏振光的高稳定性激光器，优选地，所述激光器为半导体激光器。
本发明具有的有益效果为：
本发明中，激光器、双电极调制器、光耦合器以及第三光电探测器、电滤波器以及电放大器形成一个光电回路，也就光电振荡器，本发明利用单个双电极调制器结合光电振荡器，实现了射频信号和本振信号的双输入，使得系统结构更加紧凑，利用光电振荡器产生光生本振信号，免去了外置高质量、低相噪本振的需要，利用双电极调制器偏置点设置和光域上下边带的拍频，结合正交电耦合器，实现了光子镜频抑制的功能。本发明可适用于为无线通信、雷达、电子战等系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明光子射频镜频抑制接收机的结构示意图。
图2为本发明实施例中调制后光信号的光谱示意图。
图中：1—激光器，2—双电极调制器，3—光耦合器，4—光电探测器，5—电滤波器，6—电放大器，7—光滤波器，8—光滤波器，9—光电探测器，10—光电探测器，11—正交电耦合器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明光子射频镜频抑制接收机，该装置包括激光器1、双电极调制器2、光耦合器3、光电探测器4、电滤波器5、电放大器6、光滤波器7、光滤波器8、光电探测器9、光电探测器10、正交电耦合器11。
激光器1、双电极调制器2、光耦合器3以及光电探测器4通过光纤依次连接，光电探测器4、电滤波器5、电放大器6以及双电极调制器2的射频口通过射频线连接，光耦合器3、光滤波器7以及光电探测器9通过光纤连接，光耦合器3、光滤波器8以及光电探测器10通过光纤连接，光电探测器9、光电探测器10以及正交电耦合器11通过射频线连接。
激光器1用于输出光载波；双电极调制器2用于将光载波调制上射频信号和本振信号；光耦合器3用于将调制后的光信号分为三路，分别为L1、L2和L3；光电探测器4用于将光信号L3转换成电信号；电滤波器5用于对电信号进行带通滤波；电放大器6用于对滤波后的电信号进行放大，从而得到所述的本振信号；光滤波器7用于滤出光信号L1的上边带，得到滤波后的光信号F1；光滤波器8用于滤出光信号L2的下边带，得到滤波后的光信号F2；光电探测器9和光电探测器10用于分别将光信号F1和F2转换成电信号，得到电信号E1和E2；正交电耦合器11用于将电信号E1和E2合成，输出合成的电信号，即为输出结果。
将双电极调制器2偏置点设置在π/4或5π/4，电信号E1和E2通过正交电耦合器11合成后，射频信号变频产生的两路电信号E1和E2由于相位同向而叠加，镜像信号变频产生的两路电信号E1和E2由于相位反向而抵消。
本实施方式中双电极调制器2为马赫增德尔调制器，优先选用铌酸锂调制器。电滤波器5采用窄带高Q滤波器。激光器1采用高稳定性光源，输出为线偏振光，如半导体激光源。光滤波器7和8为光带通滤波器。
本实施方式中光子射频镜频抑制接收机的工作原理如下：
激光器1输出的线偏振光耦合进入双电极调制器2，传输经过光耦合器3，送入光电探测器4进行光电转换，光电探测器4输出的电信号经过电滤波器5和电放大器6，最终经过滤波和放大后的射频信号输入双电极调制器2的射频口，从而构成光电环路，即光电振荡器结构。当环增益大于损耗时，光电振荡器起振，起振频率取决于环路长度和电滤波器5的通带频率，振荡频率即为本振频率。双电极调制器的另一个射频口调制上射频信号，包含镜像频率信号。小信号调制下，忽略高阶边带，光载波调制射频信号和本振信号后的光谱如图2所示。调制后的光谱中含有光载波、本振信号±1阶分量LO、射频信号±1阶分量RF和镜频信号±1阶分量IM。
调制后的光信号通过光耦合器3，被分为三路，其中两路光分别送入光滤波器7和光滤波器8。光滤波器7和光滤波器8的传输响应如图2虚线所示。光滤波器7滤出光信号的上边带频率分量，称为I通道，光滤波器8滤出光信号的下边带频率分量，称为Q通道。I和Q通道的光信号分别送入光电探测器9和10转换成电信号。由于射频信号和镜频信号关于本振信号频率对称，所以射频分量和本振分量的拍频得到的中频信号IF和镜频分量和本振分量的拍频得到的中频信号II频率相同。将双电极调制器的偏置点设置为π/4或5π/4，I和Q通道产生的两路中频信号IF相位差π/2，I和Q通道产生的两路中频信号II相位差3π/2。两路中频信号通过正交电耦合器11合成。正交耦合器引入π/2的附加相位，I和Q通道的中频信号IF在合成后，相位差为0，因此同相叠加，得到加强。I和Q通道的中频信号II在合成后，相位差为π，因此同相抵消，得到抑制。所以期望的射频信号接收后，变频到中频信号，成功接收，镜频信号接收后，由于反向叠加而抵消，从而接收机实现了镜频抑制功能。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其特征在于，包括：
激光器，用于输出光载波；
双电极调制器，其输入通过光纤连接至所述激光器的输出，用于将激光器输出的光载波调制上射频信号和本振信号；
光耦合器，其输入通过光纤连接至所述双电极调制器的输出，用于将调制后的光信号分成三路，分别为光信号L1、光信号L2、光信号L3；
第三光电探测器，其输入通过光纤连接至所述光耦合器的第三输出支路，用于将光信号L3转换成电信号；
电滤波器，其输入通过射频线连接至所述第三光电探测器的输出，用于对所述电信号进行带通滤波；
电放大器，其输入通过射频线连接至所述电滤波器的输出，用于对带通滤波后的电信号进行放大，从而得到所述本振信号，其输出通过射频线连接至所述双电极调制器的第一射频口；
第一光滤波器，其输入通过光纤连接至所述光耦合器的第一输出支路，用于滤出光信号L1的上边带，得到滤波后的光信号F1；
第一光电探测器，其输入通过光纤连接至所述第一光滤波器的输出，用于将滤波后的光信号F1转换为电信号E1；
第二光滤波器，其输入通过光纤连接至所述光耦合器的第二输出支路，用于滤出光信号L2的下边带，得到滤波后的光信号F2；
第二光电探测器，其输入通过光纤连接至所述第二光滤波器的输出，用于将滤波后的光信号F2转换为电信号E2；
正交电耦合器，其输入分别通过射频线连接所述第一光电探测器和第二光电探测器的输出，用于耦合所述电信号E1和电信号E2，形成光子射频接收机输出的电信号；
设置双电极调制器的偏置点设置在π/4或5π/4，电信号E1和电信号E2通过所述正交电耦合器合成后，射频信号变频产生的两路电信号E1和电信号E2由于相位同向而叠加，镜像信号变频产生的两路电信号E1和E2由于相位反向而抵消。
2.如权利要求1所述的具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其特征在于，所述双电极调制器为马赫增德尔调制器。
3.如权利要求1所述的具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其特征在于，所述双电极调制器为铌酸锂调制器。
4.如权利要求1所述的具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其特征在于，所述电滤波器采用窄带高Q滤波器。
5.如权利要求1所述的具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其特征在于，所述激光器为半导体激光器。
6.如权利要求1所述的具有镜频抑制功能的光子射频接收机，其特征在于，所述第一光滤波器和第二光滤波器为光带通滤波器。
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