大動(dòng)態(tài)范圍微波光子鏈路的研究.pdf

1、微波光子鏈路是指將微波電信號(hào)調(diào)制到光載波上，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸?shù)逆溌?。與全電鏈路相比，微波光子鏈路具有損耗低、帶寬大、尺寸小、質(zhì)量輕以及抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于光載無(wú)線、射電天文和雷達(dá)系統(tǒng)等領(lǐng)域。目前，雷達(dá)及電子戰(zhàn)系統(tǒng)亟需大動(dòng)態(tài)范圍的微波光子鏈路，如抗干擾雷達(dá)要求微波光子鏈路的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（Spurious-Free Dynamic Range，SFDR）須達(dá)到120～130dB·Hz2/3。而最常見(jiàn)的基于馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器

2、的外調(diào)制微波光子鏈路，其無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍一般只能達(dá)到110dB·Hz2/3左右。因此，大動(dòng)態(tài)范圍微波光子鏈路是微波光子技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，是目前微波光子學(xué)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。另外，本振信號(hào)的遠(yuǎn)傳也要求微波光子鏈路具有很低的殘余相噪。本文研究重點(diǎn)為微波光子鏈路的動(dòng)態(tài)范圍和殘余相噪，具體工作概況為以下幾部分:
　　(1)綜述了微波光子技術(shù)的發(fā)展、微波光子鏈路的應(yīng)用及其國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。介紹了基于馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器(Mach-Zehnder

3、 Modulator, MZM)外調(diào)制微波光子鏈路的基本結(jié)構(gòu)和主要器件，建立了該鏈路的理論模型，并推導(dǎo)了該鏈路的主要性能參數(shù)與元器件參數(shù)之間的關(guān)系。分析了光纖損耗、色散與布里淵散射對(duì)鏈路性能的影響。
　　(2)提出了一種改善外調(diào)制鏈路動(dòng)態(tài)范圍的雙波長(zhǎng)雙并聯(lián)調(diào)制線性化方法。對(duì)該線性化方法進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)得該線性化鏈路的SFDR達(dá)到了122.5dB·Hz4/5。采用MZM低偏置技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化該線性化鏈路，其SFDR可達(dá)到1

4、27.6dB·Hz4/5。
　　(3)提出了一種測(cè)量長(zhǎng)距離微波光子鏈路殘余相位噪聲的雙音互相關(guān)方法。該方法可以有效抑制參考源引入測(cè)量系統(tǒng)的相位噪聲，從而使長(zhǎng)距離鏈路殘余相噪的測(cè)量成為可能。建立了雙音互相關(guān)殘余相噪測(cè)量方法的理論模型并對(duì)該測(cè)量方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究?；谠摲椒y(cè)量了1m、2km和6km微波光子鏈路的殘余相噪，結(jié)果顯示6km鏈路的殘余相噪比1m鏈路惡化了10dB。
　　(4)基于雙音互相關(guān)方法對(duì)光電探測(cè)器的殘余相噪進(jìn)

5、行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:探測(cè)器反偏電壓越大，其殘余相噪越小;探測(cè)器工作在線性區(qū)時(shí)，增大輸入光功率，其殘余相噪幾乎不變，探測(cè)器工作在飽和非線性區(qū)時(shí)，增大輸入光功率，其殘余相噪隨之增大;探測(cè)器非線性越嚴(yán)重，其殘余相噪越大。
　　(5)研制了激光器的電流驅(qū)動(dòng)與恒溫控制電路以及MZM的偏置控制電路，并制作了微波光子收發(fā)模塊。實(shí)驗(yàn)測(cè)試顯示，12小時(shí)內(nèi)激光器輸出光功率漂移≤0.2％，由光功率漂移引起的鏈路增益變化不足0.02dB;無(wú)顫音MZM

6、偏置控制電路在15～35℃反復(fù)變化的環(huán)境下工作4.6小時(shí)，MZM輸出光功率漂移1.4％，偏置角漂移小于0.8°，由工作點(diǎn)漂移引起的鏈路增益衰減小于0.001dB;無(wú)電放大器的微波光子收發(fā)模塊的增益為-18.4dB、噪聲系數(shù)為35.6dB、SFDR為109.3dB·Hz2/3;含前置電放大器并結(jié)合MZM低偏置技術(shù)的微波光子鏈路的增益為2.5dB，噪聲系數(shù)為6.7dB，SFDR為112.3dB·Hz2/3。
　　(6)提出了一種測(cè)量相

7、位調(diào)制器半波電壓的新方法，通過(guò)測(cè)量相位調(diào)制-干涉儀解調(diào)鏈路的輸入1dB增益壓縮點(diǎn)和馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x的時(shí)延差，可直接得到相位調(diào)制器的半波電壓。與傳統(tǒng)光譜儀測(cè)量方法相比，該方法所需驅(qū)動(dòng)功率小、無(wú)需在每個(gè)頻率點(diǎn)手動(dòng)調(diào)節(jié)微波功率，且可以測(cè)得低頻率處的半波電壓;與電域的鏈路增益法相比，該方法在測(cè)量前不需校準(zhǔn)激光器輸出光功率、光插損、探測(cè)器響應(yīng)度?；谠摲椒▽?shí)測(cè)了Covega LN53相位調(diào)制器的半波電壓，測(cè)量誤差小于0.2V，測(cè)量結(jié)果與廠家提供