基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置

本发明属于微波光子，具体涉及一种瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置。

背景技术：

1、微波频率测量技术在通信、雷达、航空航天、空间探测及医疗等领域发挥着极其重要的作用。然而，由于传统电域微波频率测量系统受到电子器件的瓶颈限制，其微波频率的测量范围一般被限制在18ghz以内，并且其测量实时性也有一定的局限性。近年来，基于光子技术辅助的微波频率测量技术以其大带宽、抗干扰、速度快等优势，在频谱感知等技术领域得到了大量的研究和关注。

2、光子辅助的微波频率测量（mfm）技术的关键是，使用电光调制器（eom）将待测微波信号（sut）的频率信息映射至已知维度上，从而实现对信号的频率的测量。mfm主要分为频谱选频和信息映射两个关键环节。其中频谱选频是指从复杂的频谱中选择出特定频率成分的过程，主要方法有受激布里渊散射（sbs）等。而利用sbs效应进行频谱选频的频率测量方法具有测量误差小、测量范围广和测量分辨率高等特点。近期报道了一篇基于sbs效应的双对称宽带可调瞬时频率测量系统，该系统采用脉冲采样的sut作为泵浦光，并采用扫描啁啾信号作为探测光，利用sbs效应进行频谱选择，构建时间-频率映射函数（f-t）进行频率测量。该系统实现了3.4ghz的最大瞬时带宽，测量精度为1mhz。

3、上述研究中，利用sbs效应的窄带滤波特性对sut进行选频，分别使用时间-频率映射函数（f-t）以及功率比较函数（acf）对频率信息进行映射，然而，这种方案无法规避瞬时带宽和测量精度之间的矛盾，不能实现高精度的mfm。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种改进的微波频率测量装置。

2、本发明的技术方案如下：一种基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置其包括，光源，用于提供光载波；耦合于所述光源的泵浦光路，所述泵浦光路包括射频源用于提供未知信号；第一强度调制器，配置为用来自所述光源的光载波对所述未知信号进行光载波抑制双边带调制得到第一调制光信号；第一光学滤波器，配置为保留所述第一调制光信号的一阶光边带；光放大器对所述一阶光边带进行放大形成光功率满足受激布里渊散射效应的阈值条件的泵浦光；耦合于所述光源的探测光路，所述探测光路包括任意波形发生器，配置为产生啁啾微波信号；第二强度调制器，配置为用所述光载波调制所述啁啾微波信号生成第二调制光信号以在光域传输所述啁啾微波信号；第二光学滤波器，配置为保留所述第二调制光信号的负一阶光边带以生成啁啾光脉冲序列作为探测光；耦合于所述泵浦光路和所述探测光路的光环行器，配置为接收所述泵浦光和所述探测光；所述光环行器还耦合于高非线性光纤，使得所述泵浦光和所述探测光在所述高非线性光纤中发生受激布里渊散射效应完成频谱选频；光电探测器，耦合于所述光环行器，配置为对所述频谱选频后的光信号转换为电信号，其中，由所述电信号的信号峰值所对应的时间维度信息及幅值维度信息映射出所述未知信号的频率；信号表示器，配置为接入所述电信号并基于所述电信号生成输出信号，所述输出信号的时间维度信息以及幅值维度信息映射所述未知信号（sut）的频率信息；其中，所述信号表示器被配置为与所述任意波形发生器时间触发一致；其中，所述第一强度调制器、所述第二强度调制器以及所述光电探测器被配置为各自的带宽覆盖所述未知信号的频率；其中，所述第一光学滤波器被配置为其通带边沿覆盖所述第一强度调制器的一阶边带，所述第二光学滤波器被配置为其通带边沿覆盖光载波以及所述啁啾微波信号的负一阶光边带。

3、在一些实施例中，使用所述第一强度调制器3将微波信号映射至光域上，配合边沿滚降的所述第一光学滤波器生成携带未知频率信息的泵浦光信号。

4、在一些实施例中，所述光源包括可调谐激光器和耦合于所述可调谐激光器输出端的光耦合器从而向所述第一强度调制器和所述第二强度调制器提供所述光载波。

5、在一些实施例中，在所述探测光路中还包括光隔离器，所述光隔离器设置于所述第二光滤波器和所述高非线性光纤之间。

6、在一些实施例中，所述受激布里渊散射效应的阈值条件与所述高非线性光纤的长度特性以及环境特征有关。

7、在一些实施例中，用光注入锁定保留所述第一调制光信号的一阶边带替代所述第二光学滤波器。

8、在一些实施例中，所述啁啾光脉冲序列的带宽可选择从而使得所述微波频率测量装置的瞬时带宽可调谐。

9、在一些实施例中，基于所述第一光滤波器的通带边沿选择出所述第一调制光信号的一阶光边带；基于所述第二光滤波器的通带选择出所述第二调制光信号的所述负一阶光边带。

10、在一些实施例中，所述通带边沿是上升沿或者下降沿。

11、在一些实施例中，所述第一光学滤波器的中心频率可调谐、第二光学滤波器的中心频率可调谐，所述任意波形发生器生成的啁啾微波信号的扫频范围可调谐，从而使得所述微波频率测量装置的频率测量范围可调谐。

12、在一些实施例中，所述微波频率测量装置的瞬时带宽超过10ghz，理论频谱范围覆盖p波段至u波段，测频误差低于5mhz。

13、在一些实施例中，所述信号表示器是示波器或者逻辑分析仪。

14、本申请的有益效果在于：本申请的一些实施例中的微波频率测量装置通过使得携带未知频率信息的光信号在光纤中发生受激布里渊散射（sbs）效应对啁啾光脉冲序列（cops）进行频谱选频，然后经由光电探测器拍频得到信号峰值所对应的相对时间维度信息及幅值维度信息，从而映射出未知信号的频率，通过所述时间维度信息和幅值维度信息的同时映射能够高精度地测量未知信号的频率。本申请的实施例中的微波品律测量装置同时可以测量单音、多音微波信号，最小测量时间100ns，测量精度小于5mhz，瞬时带宽超过10ghz。本申请的实施例中的微波频率测量装置由于可以自由选择cops的带宽，因此其瞬时带宽是灵活可调的，理论频谱范围覆盖p波段至u波段。

技术特征：

1.一种基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于，包括

2.根据权利要求1所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于：使用所述第一强度调制器（3）将微波信号映射至光域上，配合边沿滚降的所述第一光学滤波器（5）生成携带未知频率信息的泵浦光信号。

3.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于：所述光源包括可调谐激光器（1）和耦合于所述可调谐激光器输出端的光耦合器（2）从而向所述第一强度调制器（3）和所述第二强度调制器（8）提供所述光载波。

4.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于：在所述探测光路中还包括光隔离器，所述光隔离器设置于所述第二光滤波器和所述高非线性光纤（12）之间。

5.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于：所述受激布里渊散射效应的阈值条件与所述高非线性光纤（12）的长度特性以及环境特征有关；用光注入锁定保留所述第一调制光信号的一阶边带替代所述第二光学滤波器（10）；所述啁啾光脉冲序列的带宽可选择从而使得所述微波频率测量装置的瞬时带宽可调谐。

6.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于，基于所述第一光滤波器的通带边沿选择出所述第一调制光信号的一阶光边带；基于所述第二光滤波器的通带选择出所述第二调制光信号的所述负一阶光边带。

7.根据权利要求6所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于，所述通带边沿是上升沿或者下降沿。

8.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于，所述第一光学滤波器（5）的中心频率可调谐、第二光学滤波器（10）的中心频率可调谐，所述任意波形发生器（9）生成的啁啾微波信号的扫频范围可调谐，从而使得所述微波频率测量装置的频率测量范围可调谐。

9.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于，所述微波频率测量装置的瞬时带宽超过10ghz，理论频谱范围覆盖p波段至u波段，测频误差低于5mhz。

10.根据权利要求2所述的基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其特征在于，所述信号表示器是示波器或者逻辑分析仪。

技术总结
本发明公开了一种基于瞬时超宽带双维度信息映射的微波频率测量装置，其包括可调谐激光器、光耦合器、强度调制器、射频源、光学滤波器、光放大器、环形器、任意波形发生器、光隔离器、高非线性光纤、光电探测器及示波器。本发明通过将不同频率的未知信号经过受激布里渊散射效应对啁啾光脉冲序列选频得到与所述未知信号的频率对应的时间维度信息，利用第一光学滤波器的通带边沿在不同波长处的响应差异，得到与所述未知信号的频率对应的幅值维度信息；通过所述时间维度信息和幅值维度信息的同时映射能够高精度地测量所述未知信号的频率。本测量装置同时可以测量单音、多音微波信号，测量速度快，测量精度高，瞬时带宽大。

技术研发人员：谷一英,祖帅,王颖,于嘉琛,胡晶晶,赵明山
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23