【摘 要】
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在复杂多变的电磁环境中,频率测量是信号识别的先决条件,面对使用频率日益增加的频谱资源,传统电子学的处理方法由于受限于电子器件的工作带宽,难以应付大带宽范围的频率测量。而光子技术利用光谱资源大带宽的优势,与微波技术相融合,凭借其大带宽,低损耗,抗电磁干扰等优势成为了瞬时频率测量技术的热门解决方案。单频点测量方案中常用的方式将被测频率与功率、时间、空间等参数进行一一映射,其中以频率-功率型映射方案研究
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在复杂多变的电磁环境中,频率测量是信号识别的先决条件,面对使用频率日益增加的频谱资源,传统电子学的处理方法由于受限于电子器件的工作带宽,难以应付大带宽范围的频率测量。而光子技术利用光谱资源大带宽的优势,与微波技术相融合,凭借其大带宽,低损耗,抗电磁干扰等优势成为了瞬时频率测量技术的热门解决方案。单频点测量方案中常用的方式将被测频率与功率、时间、空间等参数进行一一映射,其中以频率-功率型映射方案研究最为广泛;多频点测量方案中常用方式有下变频型、光采样型以及频率扫描型等。本文的研究重点是微波光子学辅助的频率测量技术,主要工作如下:1.介绍了微波光子测频系统中常用的关键器件和基础理论,对相关的调制格式,光电检测原理等进行了公式推导和分析。推导了由色散导致的微波功率的周期性衰落及其在测频中的应用,对偏振光的表示方式及与偏振有关的器件进行了简要的阐述。2.研究了一种基于双偏振马赫增德尔调制器(DPol-MZM)的频率-微波功率映射型测频方案。该方案通过光纤色散引入功率衰减,使用偏振分束器(PBS)构建了幅度比较函数(ACF),可以通过调整偏振态之间的相移和光纤长度实现测频范围的调整。仿真验证了系统在5.7～14.2GHz带宽内具备误差小于0.2GHz的频率测量能力。3.研究了一种基于波分复用器(WDM)的频率-光功率映射型测频方案。该方案使用两个不同波长的激光器,利用WDM大带宽,功率衰减平坦的滤波特性,通过两个不同的WDM通道建立ACF函数。通过仿真验证了该测频方案能够实现0～26GHz带宽内误差小于0.2GHz的频率测量。4.研究了一种基于90°光混频器(90°HC)的测频方案,利用的是信号的时域特性,通过可调光纤延迟线(VODL)引入时间延迟,不同频率的信号会产生不同的相移,最后使用90°HC提取相位信息并转换为直流功率,该方案的测频范围可以通过VODL灵活的调节。仿真验证了该测频方案的测频带宽为2～23GHz,测量误差保持在0.3GHz范围内。5.研究了一种基于三光梳下变频型的多频点测量方案,由于三个光梳的间距略有差异,下变频后的信号会呈现出一定的规律,经模数转换器(ADC)后结合频率解算算法估计出原始信号频率。仿真验证了该方案具备多频点测量的能力,测频带宽为0～40GHz,测频精度可以达到MHz级别。
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