專利名稱：基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置和測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種頻率測量裝置和方法，尤其是涉及一種基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置和測量方法。
背景技術：
微波頻率測量是微波檢測的關鍵技術之一，在未來雷達通信系統(tǒng)電子干擾和反干擾中有非常重要的應用，發(fā)展高頻微波信號和多頻微波信號頻率測量的方法具有十分重要的意義。采用電學方法實現的微波頻率測量由于其“電子瓶頸”的限制難以實現高頻信號頻率測量，且存在結構復雜、體積大、重量大，易被敵方電磁干擾等缺點。采用光學方法來進行微波信號頻率檢測，有著光器件大帶寬、低損耗、體積小、重量輕和防電磁干擾等優(yōu)勢。中國專利CN101567723公開一種基于光功率檢測的微波頻率測量方法及其裝置，采用由電光調制模塊和頻率解調模塊組成的系統(tǒng)對微波頻率進行實時測量。連續(xù)微波信號以載波抑制型小信號調制方式加載到調制模塊中的連續(xù)光源上，僅生成±1階兩個光邊帶；已調制的光信號分為兩路，一路注入到具有正弦函數形透射譜的梳狀濾波器；另一路注入到可調諧光衰減器；經檢測并對比所述兩支路的輸出光功率，從功率比值中解調得到微波頻率。該發(fā)明降低了系統(tǒng)的復雜度和成本，并消除了光源輸出功率的波動對頻率測量的影響，擴大了頻率線性解調的測量頻段。中國專利CN101893657A公開一種可高精度測量被測量信號的絕對頻率的短選通時間計數法的頻率測量裝置。包括測量被測量信號來輸出應檢測的頻率值的高位的高位計算部、測量被測量信號而輸出應檢測的頻率值的低位的低位計算部和相加高位的輸出和低位的輸出而輸出被測量信號的頻率測量值的加法部；高位計算部包含測量被測量信號單位時間的頻率概數的頻率計數器部、從該頻率計數器的計數值去除相當于低位的計數值部分而作為高位輸出的補償計算部，低位計算部包含在比單位時間短的時間間隔內計數被測量信號的頻率的短選通時間計數器部、將該短選通時間計數器的計數值串作為輸入的低通濾波器部和將該低通濾波器部的輸出值換算為單位時間的值而作為低位輸出的定標部。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有電學方法和光學方法進行微波頻率測量的不足，提供一種可實現多頻率微波信號的基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置和測量方法。所述基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置設有寬帶光源、馬赫-曾德光纖 干涉儀、電光調制器、光纖放大器、微波天線、色散光纖、光電探測器和電功率計；所述寬帶光源與馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端口連接，馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口與電光調制器的輸入端口連接，電光調制器的輸出端口與光纖放大器的輸入端口連接，電光調制器的電驅動端口與微波天線電連接，光纖放大器的輸出端口與色散光纖的一端連接，色散光纖的另一端與光電探測器的輸入端光連接，光電探測器的輸出端口與電功率計的輸入端口電連接；所述馬赫-曾德光纖干涉儀設有兩個3dB四端口光纖耦合器和光纖可調延遲線，第I個3dB四端口光纖I禹合器的一個輸出端口與第2個3dB四端口光纖I禹合器的一個輸入端口連接，第I個3dB四端口光纖耦合器的另一個輸出端口通過光纖可調延遲線與第2個3dB四端口光纖I禹合器的另一個輸入端口連接,第I個3dB四端口光纖I禹合器的一個輸入端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端口，第2個3dB四端口光纖耦合器的一個輸出端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口。所述基于單響應微波光子濾波器的頻率測量方法，采用所述基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置，所述方法包括以下步驟I)打開寬帶光源，寬帶光源發(fā)射的光經過馬赫-曾德光纖干涉儀進行光譜分割，形成梳狀濾波譜，第I個3dB四端口光纖耦合器的一個輸入端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端與寬帶光源相連接，第2個3dB四端口光纖耦合器的一個輸出端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口；
2)馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口出射的多波長梳狀光譜經過電光調制器(EOM)被微波天線接收的被測量的微波信號調制，并進入光纖放大器中進行放大；3)放大后的調制信號進入一捆色散光纖進行采樣、時延后，進入光電探測器恢復得到電號；4)掃描光纖可調延遲線的長度，通過電功率計測量恢復電信號的功率，得到功率最大值時光纖可調延遲線的長度，根據對應關系得到微波信號的頻率，改變馬赫-曾德光纖干涉儀干涉光譜的波長間隔，可以調節(jié)單響應微波光子濾波器的中心頻率；當中心頻率與所測微波信號頻率相等時，在光電探測器上得到最大的電功率的輸出，馬赫-曾德光纖干涉儀兩臂長度差與所測微波信號頻率之間的關系為，fc = nAL/lU2其中η為光纖折射率，AL為馬赫-曾德光纖干涉儀兩臂長度差，D為單位波長之間的時延，λ為中心波長，當電功率計上得到的輸出功率最大時，記錄此時光纖可調延遲線的長度，即可根據上述公式求得所測微波信號的頻率。本發(fā)明采用基于馬赫-曾德光纖干涉儀光譜分割和色散光纖相結合的結構，實現可調諧的單響應微波光子濾波器；掃描光纖可調延遲線調節(jié)該單響應微波光子濾波器的透射峰頻率位置，通過光電探測器恢復電信號功率的測量來實現對被測微波信號的頻率的檢測。該微波光子濾波器采用非相干濾波器結構設計，對外界環(huán)境干擾不敏感；同時通過快速的可調延遲線長度掃描來實現對于多頻率微波信號的檢測。該方法可以實現防電磁干擾的遠距離高頻微波信號頻率測量，相比于其他傳統(tǒng)測量方案，有著帶寬大、防電磁干擾、適于遠距離測量和低損耗等突出優(yōu)勢，大大降低了測量的成本和復雜度。本發(fā)明采用馬赫曾德干涉儀進行光譜分割，結合色散光纖實現單響應微波光子濾波器，通過對馬赫-曾德干涉儀兩臂長度差進行調節(jié)來實現單響應濾波透射峰的掃描，當濾波器透射峰掃描至所測量的微波信號頻率處，輸出功率得到最大值，從而測得微波信號頻率。本發(fā)明利用基于馬赫-曾德光纖干涉儀光譜分割和色散介質的單響應微波光子濾波器來實現微波信號的頻率測量。本發(fā)明適用于微波信號頻率的防電磁干擾和遠距離測量。


圖I為本發(fā)明實施例的結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，所述基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置實施例設有寬帶光源I、馬赫-曾德光纖干涉儀、電光調制器5、光纖放大器7、微波天線6、色散光纖8、光電探測器9和電功率計10。所述寬帶光源I與馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端口連接，馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口與電光調制器5的輸入端口連接，電光調制器5的輸出端口與光 纖放大器7的輸入端口連接，電光調制器5的電驅動端口與微波天線6電連接，光纖放大器7的輸出端口與色散光纖8的一端連接，色散光纖8的另一端與光電探測器9的輸入端光連接，光電探測器9的輸出端口與電功率計10的輸入端口電連接。所述馬赫-曾德光纖干涉儀設有第I個3dB四端口光纖耦合器2、第2個3dB四端口光纖耦合器4和光纖可調延遲線3，第I個3dB四端口光纖耦合器2的一個輸出端口與第2個3dB四端口光纖耦合器4的一個輸入端口連接，第I個3dB四端口光纖耦合器2的另一個輸出端口通過光纖可調延遲線3與第2個3dB四端口光纖I禹合器4的另一個輸入端口連接,第I個3dB四端口光纖I禹合器2的一個輸入端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端口，第2個3dB四端口光纖I禹合器4的一個輸出端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口。以下給出基于單響應微波光子濾波器的頻率測量方法的具體步驟寬帶光源經過馬赫-曾德光纖干涉儀進行光譜分割。馬赫-曾德光纖干涉儀由兩個3dB四端口光纖I禹合器構成,第I個3dB四端口光纖I禹合器的一個輸出端口與第2個3dB四端口光纖I禹合器的一個輸入端口相連接，第I個3dB四端口光纖I禹合器的另一個輸出端口連接光纖可調延遲線，再與第2個3dB四端口光纖耦合器的另一個輸入端口相連接構成馬赫-曾德光纖干涉儀。第I個3dB四端口光纖耦合器的一個輸入端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端與寬帶光源相連接，第2個3dB四端口光纖I禹合器的一個輸出端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口。馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口的多波長分割光譜經過電光調制器(EOM)被微波天線接收的被測量的微波信號調制，并進入光纖放大器中進行放大。放大后的調制信號進入一捆色散光纖進行采樣、時延后，進入光電探測器恢復得到電信號。通過掃描光纖可調延遲線的長度，馬赫-曾德光纖干涉儀干涉光譜的波長間隔，從而調節(jié)單響應微波光子濾波器的中心頻率；當其中心頻率與所測微波信號頻率相等時，在光電探測器上得到最大的電功率的輸出。馬赫-曾德光纖干涉儀兩臂長度差與所測微波信號頻率之間的關系為，fc = η Λ L/D λ 2其中η為光纖折射率，AL為馬赫-曾德光纖干涉儀兩臂長度差，D為單位波長之間的時延，λ為中心波長。當光電探測器上得到的輸出功率最大時，記錄此時光纖可調延遲線的長度，即可根據上述公式求得所測微波信號的頻率。
權利要求
1.基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置，其特征在于設有寬帶光源、馬赫-曾德光纖干涉儀、電光調制器、光纖放大器、微波天線、色散光纖、光電探測器和電功率計；所述寬帶光源與馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端口連接，馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口與電光調制器的輸入端口連接，電光調制器的輸出端口與光纖放大器的輸入端口連接，電光調制器的電驅動端口與微波天線電連接，光纖放大器的輸出端口與色散光纖的一端連接，色散光纖的另一端與光電探測器的輸入端光連接，光電探測器的輸出端口與電功率計的輸入端口電連接；所述馬赫-曾德光纖干涉儀設有兩個3dB四端口光纖耦合器和光纖可調延遲線，第I個3dB四端口光纖耦合器的一個輸出端口與第2個3dB四端口光纖耦合器的一個輸入端口連接，第I個3dB四端口光纖I禹合器的另一個輸出端口通過光纖可調延遲線與第2個3dB四端口光纖耦合器的另一個輸入端口連接，第I個3dB四端口光纖耦合器的一個輸入端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端口，第2個3dB四端口光纖耦合器的一個輸出端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口。
2.基于單響應微波光子濾波器的頻率測量方法，其特征在于，采用如權利要求I所述基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置，所述方法包括以下步驟 O打開寬帶光源，寬帶光源發(fā)射的光經過馬赫-曾德光纖干涉儀進行光譜分割，形成梳狀濾波譜，第I個3dB四端口光纖耦合器的一個輸入端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸入端與寬帶光源相連接，第2個3dB四端口光纖耦合器的一個輸出端口作為馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口； 2)馬赫-曾德光纖干涉儀的輸出端口出射的多波長梳狀光譜經過電光調制器被微波天線接收的被測量的微波信號調制，并進入光纖放大器中進行放大； 3)放大后的調制信號進入一捆色散光纖進行采樣、時延后，進入光電探測器恢復得到電信號； 4)掃描光纖可調延遲線的長度，通過電功率計測量恢復電信號的功率，得到功率最大值時光纖可調延遲線的長度，根據對應關系得到微波信號的頻率，改變馬赫-曾德光纖干涉儀干涉光譜的波長間隔，可以調節(jié)單響應微波光子濾波器的中心頻率；當中心頻率與所測微波信號頻率相等時，在光電探測器上得到最大的電功率的輸出，馬赫-曾德光纖干涉儀兩臂長度差與所測微波信號頻率之間的關系為， fc = η Δ L/D λ 2 其中η為光纖折射率，AL為馬赫-曾德光纖干涉儀兩臂長度差，D為單位波長之間的時延，λ為中心波長，當電功率計上得到的輸出功率最大時，記錄此時光纖可調延遲線的長度，即可根據上述公式求得所測微波信號的頻率。
全文摘要
基于單響應微波光子濾波器的頻率測量裝置和測量方法，涉及一種頻率測量裝置和方法。頻率測量裝置設有寬帶光源、馬赫-曾德光纖干涉儀、電光調制器、光纖放大器、微波天線、色散光纖、光電探測器和電功率計。采用基于馬赫-曾德光纖干涉儀光譜分割和色散光纖相結合的結構，實現可調諧的單響應微波光子濾波器；掃描光纖可調延遲線調節(jié)該單響應微波光子濾波器的透射峰頻率位置，通過光電探測器恢復電信號功率的測量來實現對被測微波信號的頻率的檢測。該微波光子濾波器采用非相干濾波器結構；同時通過快速的可調延遲線長度掃描來實現對于多頻率微波信號的檢測。可實現防電磁干擾的遠距離高頻微波信號頻率測量。
文檔編號G01R23/165GK102636694SQ201210147370
公開日2012年8月15日 申請日期2012年5月11日 優(yōu)先權日2012年5月11日
發(fā)明者付宏燕, 葉陳春, 張 成, 徐作為 申請人:廈門大學