技术摘要：
本发明公开了一种基于微波光子变频的发射频率分集阵列实现装置及方法。所述装置包括：任意波形发生器连接至声光调制器的射频输入端口，射频信号源连接至双平行调制器的射频输入端口，偏置控制电路一连接至双平行调制器的偏置控制端口；单色激光器连接光耦合器一的输入  全部
背景技术：
在通信基站、雷达系统等一些应用场合，希望将射频前端和发射天线阵集成起来， 这就要求射频前端能够尽量简化。基于电学方法的发射射频前端受限于电缆插损，发射源 和前端放大等器件不能远距离分置，因此不利于前端系统简化，而光纤特有的长距离高保 真传输特性能够支持远距离分置。 频率分集阵列由于可以产生距离相关的波束，近些年得到了广泛的研究。在文献 [1]和文献[2]中提出了一种利用线性调频连续波实现频率分集阵列的方法，这种方法的优 点是只需要一个线性调频的信号源和一套固定延时网络就可以为天线阵提供频率分集的 发射信号。但是在发射高频信号时，基于电学方法的线性调频信号源工作频率受限：传统的 电子学线性调频信号产生方式包括使用锯齿波控制压控振荡器、使用声表面波滤波器的方 法以及高速数字合成的方法[3]。在高分辨率的雷达距离测量和成像等应用中，这些电子器 件所产生信号的工作频率受限。例如：通常声表面波滤波器的工作频率不超过5GHz，数字合 成产生的信号频率很难超过6GHz，压控振荡器的工作频率也在数GHz，因而限制了雷达系统 的距离分辨率。不仅如此，文献中使用的电学延迟线基于印制板制作，适应带宽窄、插入损 耗大。 本发明在现有技术的基础上，提出了一种基于光学延迟线 微波光子变频信号产 生的方法来实现频率分集阵列，目前，可调光延迟线(VODL:variable  optical  delay  line)的延时精度可达0.1ps甚至更低，典型调节范围为300-500ps。进一步地，由于采用了 基于微波光子变频的信号产生方法，使得本发明能够适应的频带宽、延时精度高、延时量可 控，还具有抗电磁干扰等优点。 以上论述引用的参考文献及相关专利如下： [1]Taylan  Eker,A  conceptual  evaluation  of  frequency  diverse  arrays  and  novel  ulilization  of  LFMCW,Ph.D  thesis,Middle  east  technical  university, 2011. [2]T .Eker ,s .Demir ,A .Hizal ,etc .,Exploitation  of  linear  frequency  modulated  continuous  wavefom(LFMCW)for  frequency  diverse  array ,IEEE  Transactions  on  Antennas  and  Propagation，61(7) ,3546-3553,2013. [3]徐宁啸，微波光子宽带雷达信号产生及接收中关键技术研究，浙江大学博士论 文，2017.
技术实现要素：
本发明的发明目的在于：提供一种基于微波光子变频的发射频率分集阵列实现装 4 CN 111555813 A 说　明　书 2/5 页 置及方法，该系统采用一套微波光子变频装置就能够为频率分集阵列提供发射源信号，能 够突破电学方法中前端与处理系统难以分置、电学延迟线适应频率低、延时精度不足、插损 大等难题。 本发明采用的技术方案如下： 一种基于微波光子变频的发射频率分集阵列实现装置，包括：单色激光器、光耦合 器一、声光调制器、双平行调制器、任意波形发生器、射频信号源、偏置控制电路、光耦合器 二、可调光延迟线、光电探测器、射频前端和天线阵列。任意波形发生器连接至声光调制器 的射频输入端口，射频信号源连接至双平行调制器的射频输入端口，偏置控制电路一连接 至双平行调制器的偏置控制端口；单色激光器连接光耦合器一的输入端口；光耦合器一的 输出端口一经声光调制器连接光耦合器二的的输入端口二，光耦合器一的输出端口二经双 平行调制器连接光耦合器二的输入端口二；光耦合器二的输出端口、可调光延迟线、可调光 延迟线、光电探测器、射频前端和天线阵列依次连接。 其中,光耦合器二将信号分成N路，分别对应N个可调光延时线，形成N个发射通道。 所述N个可调光延时线依次连接光电探测器和射频前端，到达含有N个阵元的天线阵列。 其中，双平行调制器在偏置控制电路的作用下，工作于载波抑制单边带调制状态。 依据需要的信号频率为递增或递减要求，可以选择使双平行调制器工作于下边带或上边带 调制状态。 其中，在单色激光器和光耦合器二之间的光路采用保偏光纤或者偏振控制器保持 光信号的偏振状态。 其中，在同一时刻，N个可调光延时线的延时量不同。在用于产生等间隔的频率分 集信号时，相邻可调光延时线的延迟差相等。在用于产生非均匀间隔的频率分集信号时，相 邻可调光延时线的延迟差不同。 其中，任意波形发生器既可以发出线性调频的锯齿波信号，也可以发射其他非线 性调频信号。当需要频率分集阵列的输出频率等间隔时，则任意波形发生器输出锯齿波信 号。 一种基于微波光子变频的发射频率分集阵列实现方法，包括如下步骤： (1)任意波形发生器连接声光调制器的射频输入端口，射频信号源连接双平行调 制器的射频输入端口，偏置控制电路连接双平行调制器的偏置控制端口； (2)单色激光器输出的光信号经光耦合器一一分为二，其中一路经声光调制器加 载线性调频信号；另一路经双平行调制器加载微波或毫米波信号； (3)光载线性调频信号和光载微波或毫米波信号经光耦合器二合路后，再分成N路 子光束； (4)N路子光束进入不同长度的可调光延时线，然后经光电探测器完成相干拍差， 转换成微波或毫米波信号，并经射频前端放大后由天线发射出去。 其中，步骤(1)中射频信号源的频率决定了发射频率分集信号的初始频率。 其中，步骤(3)中，每路子光束中都包括了相干叠加的光载线性调频信号和光载微 波或毫米波信号。 其中，步骤(4)中，由于基带线性调频信号的频率随时间变化，在经过不同长度的 光纤延时后，在某一时刻T观察时，N个光电探测器输入口的光载线性调频信号频率不同，因 5 CN 111555813 A 说　明　书 3/5 页 此经相干拍差产生的微波或毫米波信号频率也不同。 其中，步骤(1)中任意波形发生器发出的线性调频信号和步骤(4)中可调光纤延时 线的延时量共同决定了发射频率分集信号的频率偏移量。 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 1、本发明由于采用了光纤作为发射频率分集阵列的传输和处理媒介，整个系统可 以实现阵列前端和处理系统的分置，克服了电缆在长距离传输损耗大，适应频率低等缺点， 能够有效地减化前端配置，满足现有通信网络中基站转发和中心站处理的分置要求。 2、由于采用可调光纤延时线代替电学延时线，克服了电学延时线插损大，控制精 度不足等缺点，配合任意波形发生器发出的多种波形，既能够用于等间隔的频率分集阵列， 也能够用于非均匀间隔的频率分集阵列。在需要高精度调谐时，可以选择由电机驱动的模 拟延时，调谐更准确，频率分集阵列的波束方向图的性能更优。 3、由于采用偏置控制板可以控制双平行调制器输出上边带或者下边带信号，因此 通过偏置控制进行切换就可以调谐系统按照频率递增或者递减的方式发射频率分集信号， 能够简化系统控制。 4、由于采用声光移频器和双平行调制器结合的方式产生线性或非线性调频的微 波/毫米波信号，本振信号和中频信号可以实现高度隔离，能够缓解在高频信号变频处理时 存在的射频隔离、杂散大等问题，更适应未来系统在较高频率下工作的需求。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附 图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对 范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他相关的附图。 图1是基于微波光子变频的发射频率分集阵列实现系统框图； 图2是在光耦合器2输出端口的光谱示意图，此时双平行调制器位为载波抑制上边 带调制； 图3是在光耦合器2输出端口的光谱示意图，此时双平行调制器位为载波抑制下边 带调制。