基于光频率梳的信道化信号处理技术

孙文惠　方高升

摘 要：本文基于光学频率梳和光外差技术产生了信道化接收机中的信道化多本振源。实验中利用两个重复频率不同的光学频率梳通过拍频产生了2.5GHz、5GHz、7.5GHz、10GHz和12.5GHz信道化本振源，本振信号信噪比达到40dB以上。

关键词：光学频率梳；光外差；信道化；电子对抗

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.126

1 引言

信道化接收机是目前电子对抗系统中一种非常有前途的测频接收机体制，在雷达抗干扰措施中也有广泛应用[1， 2]。光波作为信息载体，具有极高的时间-空间带宽积、高度的并行性和抗干扰性，在信息高速传送和处理时具有功率损耗低、干扰小等优点。基于微波光子技术的信道化接收机系统利用微波光子技术产生多本振源，将不同频段、不同带宽及不同信号格式的微波信号调制到光载波上，利用光链路的低损耗、宽带及抗电磁干扰等特性，在光域进行处理和灵活交换.。因此基于微波光子技术的信道化本振产生技术是新一代高频段、多波束、大容量信道化接收机技术的发展趋势。

2 工作原理

光的频率很高，两束光波长间的微小差异所对应的频差就可以达到很宽的频率范围。因此光生微波技术具有宽带、快速可调谐、结构简单紧凑、抗电磁干扰等有点。光生微波将波长相近但频率不同的两束光波同时投射到高速响应探测器上，由于光探测器具有平方率电场检测特性，根据谐波叠加原理，就能产生拍频电信号。拍频信号的线宽特性主要取决于两束光的频率相干特性而不单纯依赖于它们各自的线宽。信号的相位噪声决定于两光束的相位相关性[1， 2]。

3 实验及结果

基于上述双光学频率梳的多微波本振信号产生原理，利用光外差技术产生多微波本振源，提出一种基于光学频率梳的多微波本振源产生的系统方案，如图1所示。激光光源输出分成两路，一路经过移频（FS）后光载波输出给F-P腔相位调制器产生光学频率梳2（OFC2），一路是直接输入给F-P腔相位调制器产生光学频率梳1（OFC1）。两个F-P腔相位调制器的调制频率存在由F-P腔相位调制器的自由光谱范围决定，我们系统中为2.5GHz。经过F-P腔相位调制器调制后的光边带的功率的理论表达式如下：

（1）

从式（1）可以看出，经过F-P腔相位调制器产生光学频率梳的光梳梳齿的强度并不能实现绝对平坦，而是指数形式衰减，所以我们实验中利用中心载波附近的几根梳齿实现变频。或者后续加入与光梳梳齿功率衰减互补的光放大器，实现后期功率均衡。光学频率梳1和2的表达式如式（2）和式（3）所示。

（2）

（3）

经过光电探测器光电转换，得到的差频光电流频率为：

（4）

图2（a）给出了经过光波分复用器信道化后的光谱输出，其中包含上下两路光频梳的两根梳齿。图2（b）给出了信道化后的光信号经过光电变换后的电信号经过频谱仪检测得到的频域上输出，频谱范围设置在1.5GHz，电信号的信噪比能够达到40dB之上。

我们测试了不同信道化的光谱输出以及其经过光电转换后的电谱输出分别是5GHz、7.5GHz、10GHz和12.5GHz。需要说明的是目前所做的信道化得到的电信号结果为没有進行移频后的结果，仅仅是两路光学频率梳各自的调制频率为25GHz和22.5GHz。所以信道化后的电信号就是2.5GHz的整数频率输出。

4 结论

本文利用该光学频率梳，搭建了多微波本振源系统，产生了从2.5GHz到12.5GHz的多个本振频率。为了产生宽范围可调谐的本振源，提出了对进入F-P腔相位调制器之前对光载波利用双平衡强度调制器实现连续移频。从而我们可以得到从C到Ka频段的连续变频。该项技术为电子对抗系统中光信道化接收机提供了可靠的技术解决方案。

参考文献：

[1]张嵘.宽带高灵敏度数字接收机[D].四川成都：电子科技大学，2002.

[2]付永庆，李裕.基于多相滤波器的信道化接收机及其应用研究[J]. 信号处理，2004，20（05）.