一種可同時生成兩種倍頻因子毫米波信號的裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種可同時生成兩種倍頻因子毫米波信號的裝置，可在更低的射頻本振頻率下，同時產生12和20倍頻高性能毫米波，不僅提升了光子倍頻器的倍頻因子，更是打破了光子倍頻器無法多種倍頻因子毫米波同時輸出的難題，在保證毫米波系統性能的前提下，大大提升了系統性價比，以及應用范圍。
【專利說明】—種可同時生成兩種倍頻因子毫米波信號的裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及毫米波生成【技術領域】，具體涉及一種可同時生成兩種倍頻因子毫米波信號的裝置。

【背景技術】
[0002]近年來，由于中低頻段的頻譜資源日趨緊張，使得微波、毫米波甚至太赫茲等較高頻段的頻譜資源得到越來越廣泛的關注。毫米波頻段介于微波和光之間，憑借兼具二者優點的特性，已日趨成為下一代無線通信、傳感、雷達和測量等領域爭先開發的熱點。
[0003]毫米波的優良特性具體可以歸納為以下幾點:
[0004]1、極寬的帶寬，通常認為毫米波頻率范圍為30-300GHZ，帶寬高達270GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍，即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播只能使用四個主要窗口，但這四個窗口的總帶寬也可達135GHZ，為微波以下各波段帶寬之和的5倍，這在頻率資源緊張的今天無疑具有極大的吸引力；
[0005]2、波束窄，在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多；
[0006]3、抗干擾，毫米波頻率信號在空間中傳輸距離比厘米波短得多，而且具有接近光波的直線傳輸特性，消除了多徑傳輸所帶來的干擾問題；
[0007]4、小型化，和微波相比毫米波元件的尺寸要小得多，因此毫米波系統更容易小型化。
[0008]正是由于毫米波的這些特點，使得毫米波在未來軍用、民用領域的應用存在這無限的可能。
[0009]對于毫米波系統而言，所采用毫米波的質量將直接影響系統的整體性能，所采用毫米波發生器的價格將直接決定系統的性價比，因此是否具備穩定、廉價、高性能的毫米波發生器將直接關系到整個毫米波系統的應用范圍以及市場份額。
[0010]當前，毫米波生成技術可大體分為兩類，以傳統電子學為基礎的毫米波生成技術，以現代光子學為基礎的毫米波生成技術。以傳統電子學為基礎的毫米波生成技術采用真空管和固態功率源生成毫米波，不僅所用高頻器件價格昂貴而且會遇到帶寬和載頻的電子學瓶頸，因此這種技術正逐步被光子學為基礎的毫米波生成技術所替代。
[0011]相比之下，以現代光子學為基礎的毫米波生成技術由于大多采用光學元件，不僅成功擺脫了電子瓶頸限制，并且具有抗電磁干擾、重量輕、結構緊湊的優點。同時，基于光子學方法生成的毫米波可以與光纖傳輸系統天然地兼容，無需額外的電光和光電轉換設備，使得這項技術的應用范圍變得愈加廣闊。
[0012]目前，此技術最為直接的應用是基于光子學倍頻技術的光子倍頻器。光子倍頻器利用低頻本振，對激光進行調制，直接或間接生成兩條可差頻的相干光邊帶，通過光電轉換實現幾倍于本振頻率的毫米波生成。利用光子倍頻器生成毫米波可成倍降低射頻本振頻率，眾所周知，射頻本振是獲得毫米波信號所必須的，并且其價格占整個毫米波系統成本比重較大，射頻本振頻率越高價格越昂貴，因此光子倍頻器可大幅降低本振源所帶來的系統成本，進而極大程度提高毫米波系統的性價比。


【發明內容】

[0013]本發明的目的是提供一種可同時生成兩種倍頻毫米波信號的裝置，以改進目前存在的毫米波生成技術均只能輸出單一倍頻因子毫米波的問題，實現在更低的射頻本振頻率下，同時產生兩種倍頻因子高性能毫米波。
[0014]為達上述目的，本發明實施例提供了一種可同時生成兩種倍頻因子毫米波信號的裝置，包括:
[0015]激光器、偏振控制器、IQ(同相正交)調制器、本振源、梳狀濾波器、相位調制器、光電檢測器一、I X 4分光器、光濾波器一、光濾波器二、光濾波器三、光濾波器四、2 X I光合束器一、2X1光合束器二、光電檢測器二、光電檢測器三；
[0016]所述激光器的輸出端連接所述偏振控制器的輸入端，所述偏振控制器的輸出端連接所述IQ調制器的光輸入端，所述本振源的輸出端分別所述連接IQ調制器上下兩臂的電輸入端，所述IQ調制器的輸出端連接所述梳狀濾波器的輸入端，所述梳狀濾波器的輸出端分別連接所述相位調制器和所述光電檢測器一的光輸入端，所述光電檢測器一的輸出端連接所述相位調制器的電輸入端，所述相位調制器的輸出端連接所述IX4分光器的輸入端，所述1X4分光器的輸出端分別連接所述光濾波器一、所述光濾波器二、所述光濾波器三和所述光濾波器四的輸入端，所述光濾波器一和所述光濾波器二的輸出端連接所述2X I光合束器一的輸入端，所述光濾波器三和所述光濾波器四的輸出端連接所述2X1光合束器二的輸入端，所述2 X I光合束器一的輸出端連接所述光電檢測器二的輸入端,所述2 X I光合束器二的輸出端，連接所述光電檢測器三的輸入端。
[0017]進一步的，所述IQ調制器參數設置為:集成兩臂MZ均偏置于最大傳輸點，上下兩臂光信號相位差為180度，由本振源提供的上下兩臂電信號相位差為90度。
[0018]上述技術方案具有如下有益效果:
[0019]上述技術方案可在更低的射頻本振頻率下，同時產生兩種倍頻,尤其是12和20倍頻的高性能毫米波，不僅提升了光子倍頻器的倍頻因子，更是打破了光子倍頻器無法多種倍頻因子毫米波同時輸出的難題，在保證毫米波系統性能的前提下，大大提升了系統性價t匕，以及應用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是本發明實施例,一種低相位噪聲可同時產生12和20倍頻信號生成裝置的結構圖；
[0022]圖2是本發明實施例，經過IQ調制器3的光譜示意圖；
[0023]圖3是本發明實施例，經過梳狀濾波器5，相位調制器6光輸入端光譜示意圖；
[0024]圖4是本發明實施例，光電檢測器一 7輸入端光譜圖；
[0025]圖5是本發明實施例，經過光電檢測器一 7，相位調制器6電輸入端頻譜示意圖；
[0026]圖6是本發明實施例，經過相位調制器6的光譜示意圖；
[0027]圖7是本發明實施例，經過光濾波器一 9光譜示意圖；
[0028]圖8是本發明實施例，經過光濾波器二 10光譜示意圖；
[0029]圖9是本發明實施例，經過光濾波器三11光譜示意圖；
[0030]圖10是本發明實施例，經過光濾波器四12光譜示意圖；
[0031]圖11是本發明實施例，經過2X1光合束器一 13光譜示意圖；
[0032]圖12是本發明實施例，經過2X I光合束器二 14光譜示意圖；
[0033]圖13是本發明實施例，經過光電檢測器二 15后生成的16倍于本振源頻率的64GHz毫米波的頻譜示意圖；
[0034]圖14是本發明實施例，經過光電檢測器三16后生成的20倍于本振源頻率的80GHz毫米波的頻譜示意圖。

【具體實施方式】
[0035]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036]由于現有技術下的光子倍頻器如今還處于剛剛起步階段，其能夠獲得的倍頻因子仍比較低，并且輸出多為單一倍頻因子毫米波，還不足以滿足市場對更高倍頻因子、多種倍頻因子毫米波同時輸出的要求。且現有的毫米波生成技術均只能輸出單一倍頻因子毫米波。
[0037]針對上述現有技術的不足和缺點，本發明可在更低的射頻本振頻率下，同時產生兩種倍頻，尤其是12和20倍頻高性能毫米波，不僅提升了光子倍頻器的倍頻因子，更是打破了光子倍頻器無法多種倍頻因子毫米波同時輸出的難題，在保證毫米波系統性能的前提下，大大提升了系統性價比，以及應用范圍。
[0038]下面結合附圖對本發明技術方案作進一步詳細闡述。
[0039]實施例一:
[0040]一種低相位噪聲可同時產生12和20倍頻信號生成裝置，如圖1所示，該裝置包括:激光器1、偏振控制器2、IQ調制器3、本振源4、梳狀濾波器5、相位調制器6、光電檢測器一 7、1X4分光器8、光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11、光濾波器四12、2X I光合束器一 13、2X I光合束器二 14、光電檢測器二 15、光電檢測器三16 ；
[0041]具體連接方式為:激光器I的輸出端連接偏振控制器2的輸入端，偏振控制器2的輸出端連接IQ調制器3的光輸入端，本振源4的輸出端分別連接IQ調制器3上下兩臂的電輸入端，IQ調制器3的輸出端連接梳狀濾波器5的輸入端，梳狀濾波器5的輸出端分別連接相位調制器6和光電檢測器一 7的光輸入端，光電檢測器一 7的輸出端連接相位調制器6的電輸入端,位調制器6的輸出端連接1X4分光器8的輸入端，1X4分光器8的輸出端分別連接光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11和光濾波器四12的輸入端，光濾波器一 9和光濾波器二 10的輸出端連接2X1光合束器一 13的輸入端,光濾波器三11和光濾波器四12的輸出端連接2X1光合束器二 14的輸入端,2X I光合束器一 13的輸出端連接光電檢測器二 15的輸入端，2X1光合束器二 14的輸出端，連接光電檢測器三16的輸入端;
[0042]IQ調制器參數設置為:集成兩臂MZ均偏置于最大傳輸點，上下兩臂光信號相位差為180度，由本振源4提供的上下兩臂電信號相位差為90度。
[0043]本實施例中，激光器I的中心頻率193.365THZ，本振源4提供的射頻頻率為4GHz，經過IQ調制器3后，光譜如圖2所示，經過梳狀濾波器5，相位調制器6光輸入端光譜如圖3所示，光電檢測器一 7輸入端光譜如圖4所示，經過光電檢測器一 7相位調制器6電輸入端頻譜如圖5所示，經過相位調制器6，光譜如圖6所示，經過光濾波器一 9光譜如圖7所示，經過光濾波器二 10光譜如圖8所示，經過光濾波器三11光譜如圖9所示，經過光濾波器四12光譜如圖10所示，經過2X1光合束器一 13光譜如圖11所示，經過2X1光合束器二 14光譜如圖12所示，經過光電檢測器二 15，可生成16倍于本振源頻率的64GHz毫米波，頻譜如圖13所示，經過光電檢測器三16，可生成20倍于本振源頻率的80GHz毫米波頻譜如圖14所示。
[0044]實施例二:
[0045]一種低相位噪聲可同時產生12和20倍頻信號生成裝置，如圖1所示，該裝置包括:激光器1、偏振控制器2、IQ調制器3、本振源4、梳狀濾波器5、相位調制器6、光電檢測器一 7、1X4分光器8、光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11、光濾波器四12、2X I光合束器一 13、2X I光合束器二 14、光電檢測器二 15、光電檢測器三16 ；
[0046]具體連接方式為:激光器I的輸出端連接偏振控制器2的輸入端，偏振控制器2的輸出端連接IQ調制器3的光輸入端，本振源4的輸出端分別連接IQ調制器3上下兩臂的電輸入端，IQ調制器3的輸出端連接梳狀濾波器5的輸入端，梳狀濾波器5的輸出端分別連接相位調制器6和光電檢測器一 7的光輸入端，光電檢測器一 7的輸出端連接相位調制器6的電輸入端,位調制器6的輸出端連接1X4分光器8的輸入端，1X4分光器8的輸出端分別連接光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11和光濾波器四12的輸入端，光濾波器一 9和光濾波器二 10的輸出端連接2X1光合束器一 13的輸入端,光濾波器三11和光濾波器四12的輸出端連接2X1光合束器二 14的輸入端,2X1光合束器一 13的輸出端連接光電檢測器二 15的輸入端，2X1光合束器二 14的輸出端，連接光電檢測器三16的輸入端;
[0047]IQ調制器參數設置為:集成兩臂MZ均偏置于最大傳輸點，上下兩臂光信號相位差為180度，由本振源4提供的上下兩臂電信號相位差為90度。
[0048]本實施例中，激光器I的中心頻率193.365THZ,本振源4提供的射頻頻率為5GHz，經過IQ調制器3后，光譜如圖2所示，經過梳狀濾波器5，相位調制器6光輸入端光譜如圖3所示，光電檢測器一 7輸入端光譜如圖4所示，經過光電檢測器一 7相位調制器6電輸入端頻譜如圖5所示，經過相位調制器6，光譜如圖6所示，經過光濾波器一 9光譜如圖7所示，經過光濾波器二 10光譜如圖8所示，經過光濾波器三11光譜如圖9所示，經過光濾波器四12光譜如圖10所示，經過2X1光合束器一 13光譜如圖11所示，經過2X1光合束器二 14光譜如圖12所示，經過光電檢測器二 15，可生成16倍于本振源頻率的80GHz毫米波，頻譜如圖13所示，經過光電檢測器三16，可生成20倍于本振源頻率的10GHz毫米波頻譜如圖14所示。
[0049]實施例三:
[0050]一種低相位噪聲可同時產生12和20倍頻信號生成裝置，如圖1所示，該裝置包括:激光器1、偏振控制器2、IQ調制器3、本振源4、梳狀濾波器5、相位調制器6、光電檢測器一 7、1X4分光器8、光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11、光濾波器四12、2X I光合束器一 13、2X I光合束器二 14、光電檢測器二 15、光電檢測器三16 ；
[0051]具體連接方式為:激光器I的輸出端連接偏振控制器2的輸入端，偏振控制器2的輸出端連接IQ調制器3的光輸入端，本振源4的輸出端分別連接IQ調制器3上下兩臂的電輸入端，IQ調制器3的輸出端連接梳狀濾波器5的輸入端，梳狀濾波器5的輸出端分別連接相位調制器6和光電檢測器一 7的光輸入端，光電檢測器一 7的輸出端連接相位調制器6的電輸入端,位調制器6的輸出端連接1X4分光器8的輸入端，1X4分光器8的輸出端分別連接光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11和光濾波器四12的輸入端，光濾波器一 9和光濾波器二 10的輸出端連接2X1光合束器一 13的輸入端,光濾波器三11和光濾波器四12的輸出端連接2X1光合束器二 14的輸入端,2X I光合束器一 13的輸出端連接光電檢測器二 15的輸入端，2X1光合束器二 14的輸出端，連接光電檢測器三16的輸入端;
[0052]IQ調制器參數設置為:集成兩臂MZ均偏置于最大傳輸點，上下兩臂光信號相位差為180度，由本振源4提供的上下兩臂電信號相位差為90度。
[0053]本實施例中，激光器I的中心頻率193.365THZ,本振源4提供的射頻頻率為6GHz，經過IQ調制器3后，光譜如圖2所示，經過梳狀濾波器5，相位調制器6光輸入端光譜如圖3所示，光電檢測器一 7輸入端光譜如圖4所示，經過光電檢測器一 7相位調制器6電輸入端頻譜如圖5所示，經過相位調制器6，光譜如圖6所示，經過光濾波器一 9光譜如圖7所示，經過光濾波器二 10光譜如圖8所示，經過光濾波器三11光譜如圖9所示，經過光濾波器四12光譜如圖10所示，經過2X I光合束器一 13光譜如圖11所示，經過2X I光合束器二 14光譜如圖12所示，經過光電檢測器二 15，可生成16倍于本振源頻率的96GHz毫米波，頻譜如圖13所示，經過光電檢測器三16，可生成20倍于本振源頻率的120GHz毫米波頻譜如圖14所示。
[0054]實施例四:
[0055]一種低相位噪聲可同時產生12和20倍頻信號生成裝置，如圖1所示，該裝置包括:激光器1、偏振控制器2、IQ調制器3、本振源4、梳狀濾波器5、相位調制器6、光電檢測器一 7、1X4分光器8、光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11、光濾波器四12、2X I光合束器一 13、2X I光合束器二 14、光電檢測器二 15、光電檢測器三16 ；
[0056]具體連接方式為:激光器I的輸出端連接偏振控制器2的輸入端，偏振控制器2的輸出端連接IQ調制器3的光輸入端，本振源4的輸出端分別連接IQ調制器3上下兩臂的電輸入端，IQ調制器3的輸出端連接梳狀濾波器5的輸入端，梳狀濾波器5的輸出端分別連接相位調制器6和光電檢測器一 7的光輸入端，光電檢測器一 7的輸出端連接相位調制器6的電輸入端,位調制器6的輸出端連接1X4分光器8的輸入端，1X4分光器8的輸出端分別連接光濾波器一 9、光濾波器二 10、光濾波器三11和光濾波器四12的輸入端，光濾波器一 9和光濾波器二 10的輸出端連接2X I光合束器一 13的輸入端,光濾波器三11和光濾波器四12的輸出端連接2X1光合束器二 14的輸入端,2X I光合束器一 13的輸出端連接光電檢測器二 15的輸入端，2X1光合束器二 14的輸出端，連接光電檢測器三16的輸入端;
[0057]IQ調制器參數設置為:集成兩臂MZ均偏置于最大傳輸點，上下兩臂光信號相位差為180度，由本振源4提供的上下兩臂電信號相位差為90度。
[0058]本實施例中，激光器I的中心頻率193.365THZ,本振源4提供的射頻頻率為7GHz，經過IQ調制器3后，光譜如圖2所示，經過梳狀濾波器5，相位調制器6光輸入端光譜如圖3所示，光電檢測器一 7輸入端光譜如圖4所示，經過光電檢測器一 7相位調制器6電輸入端頻譜如圖5所示，經過相位調制器6，光譜如圖6所示，經過光濾波器一 9光譜如圖7所示，經過光濾波器二 10光譜如圖8所示，經過光濾波器三11光譜如圖9所示，經過光濾波器四12光譜如圖10所示，經過2X1光合束器一 13光譜如圖11所示，經過2X I光合束器二 14光譜如圖12所示，經過光電檢測器二 15，可生成16倍于本振源頻率的112GHz毫米波，頻譜如圖13所示，經過光電檢測器三16，可生成20倍于本振源頻率的140GHz毫米波頻譜如圖14所示。
[0059]在上述實施例中，毫米波的范圍并不限于64/80-112/140GHZ。
[0060]本發明上述實施例可在更低的射頻本振頻率下，同時產生兩種倍頻，尤其是12和20倍頻的高性能毫米波，不僅提升了光子倍頻器的倍頻因子，更是打破了光子倍頻器無法多種倍頻因子毫米波同時輸出的難題，在保證毫米波系統性能的前提下，大大提升了系統性價比，以及應用范圍。
[0061]本領域技術人員還可以了解到本發明實施例列出的各種說明性邏輯塊(illustrative logical block),單元,和步驟可以通過電子硬件、電腦軟件,或兩者的結合進行實現。為清楚展示硬件和軟件的可替換性(interchangeability),上述的各種說明性部件(illustrative components),單元和步驟已經通用地描述了它們的功能。這樣的功能是通過硬件還是軟件來實現取決于特定的應用和整個系統的設計要求。本領域技術人員可以對于每種特定的應用，可以使用各種方法實現所述的功能，但這種實現不應被理解為超出本發明實施例保護的范圍。
[0062]以上所述的【具體實施方式】，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的【具體實施方式】而已，并不用于限定本發明的保護范圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種可同時生成兩種倍頻因子毫米波信號的裝置，其特征在于，包括: 激光器、偏振控制器、IQ(同相正交)調制器、本振源、梳狀濾波器、相位調制器、光電檢測器一、1X4分光器、光濾波器一、光濾波器二、光濾波器三、光濾波器四、2X1光合束器一>2X1光合束器二、光電檢測器二、光電檢測器三； 所述激光器的輸出端連接所述偏振控制器的輸入端，所述偏振控制器的輸出端連接所述IQ調制器的光輸入端，所述本振源的輸出端分別所述連接IQ調制器上下兩臂的電輸入端，所述IQ調制器的輸出端連接所述梳狀濾波器的輸入端，所述梳狀濾波器的輸出端分別連接所述相位調制器和所述光電檢測器一的光輸入端，所述光電檢測器一的輸出端連接所述相位調制器的電輸入端，所述相位調制器的輸出端連接所述IX4分光器的輸入端，所述1X4分光器的輸出端分別連接所述光濾波器一、所述光濾波器二、所述光濾波器三和所述光濾波器四的輸入端，所述光濾波器一和所述光濾波器二的輸出端連接所述2X I光合束器一的輸入端，所述光濾波器三和所述光濾波器四的輸出端連接所述2X I光合束器二的輸入端，所述2 X I光合束器一的輸出端連接所述光電檢測器二的輸入端，所述2 X I光合束器二的輸出端，連接所述光電檢測器三的輸入端。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述IQ調制器的集成兩臂MZ(馬赫曾德爾)均偏置于最大傳輸點，上下兩臂光信號相位差為180度，由本振源提供的上下兩臂電信號相位差為90度。
【文檔編號】H04B10/50GK104467976SQ201410723240
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】劉志明, 陳坤峰, 高業勝, 王黎明 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所, 中北大學