引言：

传统的瞬时测频接收机采用电子学的方法，可以提供0.5～18GHz的频率测试(灵敏度不高于一50dBm)，结构复杂，体积庞大，造价昂贵且易受电子干扰。近年来，在电子战系统中，毫米波段(0.5～4OGHz)的信号已投入使用，传统的探测手段难以实现如此大的带宽操作，微波光子技术为瞬时测频接收机性能的提升和改进提供了可能，能够提供一个宽带测频、低损耗、抗干扰、系统小型便携的解决方案。利用微波光子学的方法实现微波信号的瞬时测频，能够克服电子瓶颈，适应复杂的电磁环境，有望取代传统的电子学实现方法，具有较强的应用前景。

1基于强度调制的微波频率瞬时测量：

将待测射频信号调制到两个不同波长的光波信号上，通过一个传递函数为正弦函数的微波光子滤波器后Ⅲ，用分波器把两种不同波长的调制光载波信号分开，如图1所示。

不同波长的光信号被两个光电探测器分别转化为电信号，用于后续电路的处理。该系统对两个光源的中心频率有不同的要求：其中一个光源的中心频率应为滤波器的带通频率，另一个光源的中心频率为滤波器的抑制频率。这样可以得到一个线性度较好的幅度比较函数，有利于减少测试误差。经过信号处理，可得到幅度比较函数如下：

其中：为待测射频信号频率，FSR为滤波器的自由频谱范围，可通过设计滤波器的不同参数获得一个合适的值。从上式可以看出，幅度比较函数仅与待测信号频率有关，因此，不受光源功率波动和待测信号功率大小的影响。实验中实现了0～2OGHz微波频率的测量，误差在±0．2GHz之内。但该结构中，采用Sagnac环作为光子滤波器，影响了系统的稳定性，光调制器的偏置点漂移降低了测试精度，且系统不可重构，测试范围和分辨率不能调整。结构复杂，用的光学器件多，成本较高。加拿大多伦多大学微波光子实验室的工作人员提出了一种微波频率测量带宽和分辨率可调谐的解决方案]。光路结构如图2所示。

用两个可调谐的光源产生载波信号，未知功率和频率的待测信号通过马一泽调制器调制到光载波上，经过一段色散光纤，对两种不同波长的载波引入不同的色散，使不同波长的调制载波信号产生不同的功率补偿，经过两个可调谐微波光子滤波器，把两个不同波长的载波信号分开，通过光电探测器获得待测微波信号功率。经后续处理，可得到仅与微波信号频率有关的幅度比较函数。采用这种方法，通过调整两载波光源的波长间隔，可以改变系统的测频带宽，而不用改变光路结构，为了取得较高的测频分辨率，需要两个载波光源有较大的波长间隔。用该光路结构实现瞬时测频，测频带宽和测频精度之间有一个平衡关系，高的测频精度往往以窄的测频带宽为代价。如果采用多个光源产生不同波长的载波，可以在保持较大测频带宽的情况下提高测量的分辨率，但会增加结构的复杂度和成本。实验中在11～13．6GHz的频率范围内，实现了±0．02GHz的测量误差精度。这种方法测频精度相对较高，可通过载波光源实现测频带宽和分辨率的调谐，但对载波光源的要求苛刻，测频带宽受载波光源影响较大。NiushaSarkhosh等人利用激光半导体放大器的非线性效应，对两个差分延时的光载波进行混频，建立微波频率与激光半导体放大器混频效应的关系函数[3]，成功地实现了2～20GHz的微波频率测量，且仅用一个低成本的直流光电探测器，降低了系统成本。

2基于相位调制的微波频率瞬时测量:

用马一泽强度调制器实现微波频率的瞬时测量，需要用复杂的电路控制马一泽强度调制器的直流偏置点，容易引入测量误差。用相位调制器取代马一泽强度调制器的测频方案]，不用设置调制器的直流偏置点，避免了偏置点的漂移引起系统的不稳定。此外，相位调制器结构简单，插入损耗较少，更适于实际中的应用。为进一步降低系统成本，可采用单光源产生载波信号，利用相位调制技术，通过两个不同的光路，达到瞬时测频的目的。光路结构如图3所示。

一分布反馈激光器产生载波信号，光学器件之间采用保偏光纤连接，载波信号经过半波片，调整半波片的中心轴，使其与偏振保持光纤的慢轴成l45。，产生两束正交偏振连续光载波，分别沿着偏振保持光纤的慢轴和快轴传输至相位调制器，待测微波信号驱动相位调制器，产生调制载波信号，该信号经保偏耦合器分成等功率等偏振的两部分，如图3所示：上臂信号通过一段保偏光纤，调整偏光器的偏振角，使其与保偏光纤的慢轴成135。。由于差分群延迟引入的功率衰退，使得调制载波信号经历了一个低通滤波效应。低通滤波效应的表达式可表示为：

其中：厂为待测微波信号频率，为偏振保持光纤引入的差分群延迟值。下臂引入一段色散补偿光纤，调整该臂上的偏光器，使其偏振轴与保偏光纤慢轴方向一致，让只沿慢轴传输的光信号通过偏光器进入色散补偿光纤。色散补偿光纤带来的功率衰退使调制载波信号经历一个带通滤波效应，这种带通滤波效应的传递函数可表示为：

实现调制载波信号的低通和带通滤波效应，取代了昂贵的微波光子滤波器，降低了成本，由于低通和带通滤波效应有陷波频率和零频率，能够得到线性度较好的幅度比较函数。通过改变色散光纤和偏振保持光纤的长度可以改变微波频率测量范围。实验中实现了1．7～12．2GHz的微波带宽的高精度测量，测量误差低于±0．07GHz，能够满足现实需要。

本文摘自《微波光子技术在瞬时测频中的应用》