全光微波信號處理技術(shù)分析

曾慶余空軍預(yù)警學(xué)院

全光微波信號處理技術(shù)分析

曾慶余
空軍預(yù)警學(xué)院

摘要：當(dāng)前國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及面越來越廣，而人們對于當(dāng)前無線通訊的需求度也在不斷提升，并且現(xiàn)代無線通訊的頻段開始向高頻區(qū)發(fā)展。但是傳統(tǒng)的信號處理技術(shù)對于高頻區(qū)信號的處理效果較差，無法滿足穩(wěn)定的通訊需求，加之頻率提高后其在空氣中傳播時的損耗也會增加。而光子則具有較大的帶寬優(yōu)勢，因此利用光子技術(shù)能夠有效處理高頻段信號。本文即是對全光微波信號處理進行進行研究，先對微波光子濾波器處理技術(shù)進行介紹，并說明了三種實現(xiàn)微波光子濾波器的技術(shù)，以期能為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：信號處理技術(shù)；微波光子技術(shù)；微波光子濾波器

微波主要指的是波長在紅外線和高頻波段之間的電磁波，其波長的范圍大約在1m到1mm之間，所對應(yīng)的頻率則在300MHz到300GHz之間。在現(xiàn)代社會當(dāng)中微波的應(yīng)用面較廣，而且被更多地應(yīng)用在了無線通訊技術(shù)領(lǐng)域，但隨著無線通訊容量的不斷提高，所使用的微波頻段也需要相應(yīng)提升，但是對高頻段的微波處理卻更加困難，只有利用現(xiàn)代光子處理技術(shù)才能夠保證保證現(xiàn)代通訊技術(shù)的穩(wěn)定使用。

一、微波光子濾波器的概述

在現(xiàn)代微波信號處理技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用效果較好的應(yīng)是微波光子濾波器，這種技術(shù)繼承了光子技術(shù)本身帶寬上的優(yōu)勢，并且還可以攜帶更高頻率的信號數(shù)據(jù)。同時這一技術(shù)本身還具有較強的可調(diào)諧性、重構(gòu)性等特點，對于微波通訊當(dāng)中產(chǎn)生的干擾情況也有較強的抵抗作用，因此也成為了當(dāng)前微波信號處理技術(shù)研究當(dāng)中的熱點課題[1]。

二、微波光電子濾波器的實現(xiàn)技術(shù)

（一）電光相位調(diào)制器和失諧濾波器的組合技術(shù)

在20世紀末期時，西班牙的光電子物理工程師就提出了對于微波光電子濾波器的實現(xiàn)基礎(chǔ)，其當(dāng)時主要是在原有的有源環(huán)內(nèi)，利用強度調(diào)制器講環(huán)內(nèi)的微波損失進行調(diào)整，進而實現(xiàn)對光電子濾波器抽頭系數(shù)的改變，并由此改變了濾波器原有的通帶情況。

在這一技術(shù)下主要是利用光學(xué)分析儀對設(shè)備接收到的微波信號的頻率進行測定；而偏振控制器則主要對設(shè)備輸出光源信號的偏振角度進行控制；在設(shè)備的有源環(huán)內(nèi)加入了放大器，從而能夠?qū)⒔邮蘸筠D(zhuǎn)化的光電子信號進行放大，同時還能夠利用電光調(diào)節(jié)器來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)化后的光子信號進行進一步的調(diào)節(jié)。在實際應(yīng)用過程中，如果EOM端所接收的微波信號的損耗較低，則此時微波光子濾波器的抽頭系數(shù)則較大，反之較小，這樣也就實現(xiàn)了對通帶情況的進一步調(diào)節(jié)。在隨后的2001年時有澳大利亞科學(xué)家對這一技術(shù)進行了完善，并研發(fā)出了平通帶陷波器，這一微波信號處理技術(shù)主要就是利用平衡探測器對信號進行調(diào)節(jié)，雖然調(diào)節(jié)方法較為簡單，但是由于實際應(yīng)用過程中的帶寬完全取決于該技術(shù)元件的屬性，因此導(dǎo)致該技術(shù)設(shè)備的制造成本較高，不利于大面積的推廣[2]。

（二）電光相位調(diào)制器和可調(diào)光學(xué)濾波器組合技術(shù)

可調(diào)光學(xué)濾波器主要的作用就是對光載波進行失諧控制，在技術(shù)設(shè)計過程中同時利用兩個可調(diào)光學(xué)濾波器，并將其與光電相位調(diào)制器技術(shù)進行稽核，進而能夠?qū)Ω哳l段下的微波信號和平通帶下的信號進行切換處理。

在這一技術(shù)的設(shè)計當(dāng)中，利用半導(dǎo)體激光器作為光子發(fā)射的源頭，并采用連續(xù)發(fā)射的方式向光電相位調(diào)節(jié)器提供調(diào)制光源，在經(jīng)過調(diào)制后所產(chǎn)生的信號則可以通過設(shè)備內(nèi)的衰減器對光子的輸出功率進行控制，這樣就能夠使其滿足設(shè)備當(dāng)中光耦合器的需求，避免頻率過大影響設(shè)備的讀數(shù)。但是在傳遞的光電子信號當(dāng)中僅有一部分是進入到光耦合器當(dāng)中，并且這部分信號能夠直接被傳送到帶通濾波器內(nèi)，而另外一部分則被傳送到有源循環(huán)延時環(huán)當(dāng)中。在這一技術(shù)下，對電光相位調(diào)制器進行驅(qū)動的信號主要來源于矢量分析儀，而這一分析儀能夠發(fā)射各頻率下的正弦波，而電光相位調(diào)制器的功能就是將不同頻率的正弦波加載到同一相位上，并形成光載波。

在一部分洗好進入到有源循環(huán)延時環(huán)當(dāng)中時，就可以被放大器對其頻率進行調(diào)整，然后經(jīng)過濾波器的失諧功能對其進行再次的調(diào)整，并再次傳送到光耦合器當(dāng)中進行輸出。其中濾波器的功能表現(xiàn)在兩個方面，其一是有效對微波信號經(jīng)放大器調(diào)整后所產(chǎn)生的輻射噪聲進行控制；其二則是能夠?qū)ο辔徽{(diào)整后的信號進行失諧調(diào)整，就能夠有效強化微波信號的傳遞，從而保證無線通信狀態(tài)下信號的穩(wěn)定和數(shù)據(jù)的保存。

（三）電光相位調(diào)制器和法布里-珀羅半導(dǎo)體放大器（FPSOA）結(jié)合技術(shù)

在微波信號的實際處理當(dāng)中，往往會遇到需要將多個頻率下的信號同時加載到同一個光載波當(dāng)中，而實現(xiàn)這一目標(biāo)的方式就是使用單通帶微波光子濾波器。該技術(shù)是在2006年時由西班牙電子工程學(xué)家研制的，其主要是將寬帶光源加載到了MZI干擾儀上，進而獲得了這一濾波器的雛形，但這一雛形機在實際應(yīng)用過程中在頻率為0時的頻段下也會產(chǎn)生通帶，因而導(dǎo)致設(shè)備整體的調(diào)諧性較低。隨后世界各國科學(xué)家開始對其進行改造，并且最終與2010年時正式研制成功，其利用FP-SOA代替原有的放大器，進而對0頻段下的通帶進行了有效的調(diào)節(jié)，并且使得微波光子濾波器的Q值達到了252[3]。其中FP-SOA元件本身的輸出穩(wěn)定性較大，而且還保留了反射率，能夠使元件當(dāng)中的FP腔和SOA增益功能進一步融合，從而有效提升了微波信號處理設(shè)備的可調(diào)諧性。

結(jié)語

現(xiàn)代對于微波信號處理技術(shù)的需求度越來越高，傳統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代需求，必須利用微波光電子濾波器來實現(xiàn)，而這一技術(shù)則可以利用電光相位調(diào)制器和失諧濾波器的組合技術(shù)、電光相位調(diào)制器和可調(diào)光學(xué)濾波器組合技術(shù)、電光相位調(diào)制器和法布里-珀羅半導(dǎo)體放大器結(jié)合技術(shù)來實現(xiàn)。

參考文獻：

[1]王超.基于光纖布拉格光柵的微波光子信號處理[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2014，29（06）：859-873.

[2]王書楠，楊建華，周仁江，等.微波光子技術(shù)在電子戰(zhàn)中的可能應(yīng)用和發(fā)展[J].電子對抗，2014（04）：18-23.

[3]油海東.基于雙芯光纖的光信號處理技術(shù)及其應(yīng)用研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

作者簡介：曾慶余（1991-），男，山東人，本科，研究方向：信號與信號處理。