微波光子射频前端线性优化及波形生成技术研究

作     者：汪康 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：文爱军;王世奎

授予年度：2018年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：微波光子 动态范围 非线性失真 线性优化 波形生成 

摘      要：随着超宽带、高速率以及大容量的需求与日俱增,微波光子学越来越备受通信行业的青睐。而作为微波光子学的两个重要应用,射频前端线性优化和波形生成均是现代电子装备系统中不可或缺的关键技术。但是一方面,如何抑制非线性失真、提高射频前端系统的动态范围是射频前端光域线性优化亟待解决的问题。另一方面,实现高频率的任意波形生成、大范围频率可调谐是光子波形生成技术面临的挑战。针对上述内容,本文就基于微波光子的射频前端线性优化和波形生成技术展开充分的理论证明和仿真验证工作。具体工作内容如下:论文首先概述了课题研究背景及意义,阐明微波光子学的优势所在,总结国内外线性优化和波形生成的技术方案。随后介绍了微波光子学的调制理论和光电检测理论,并对光链路的系统性能进行理论推导与分析,详尽地阐述了系统增益、噪声系数、动态范围以及灵敏度的数学模型和影响因素。其中动态范围是线性优化技术中最关心的指标之一。研究一种基于DP-QPSK调制器和PD的线性优化方案,对该方案进行了详细的理论推导和仿真验证。其中子调制器通过控制偏置电压,工作在低偏置点。对该方案进行改进,提出一种采用BPD平衡探测技术的方案,其不仅能够有效地抑制IMD3分量,同时还可以消除IMD2对系统的干扰。仿真结果表明,在光功率40mW前提下,采用BPD的输出方式对IMD3和IMD2的抑制均达到50dB以上,二阶SFDR能够达到94.5 dB·Hz,三阶SFDR能够达到122.8dB·Hz。提出一种基于并联IM和BPD的线性优化方案。利用两个性能相同的IM,控制两条并行链路的射频功率比,利用偏振控制器分配两路不同强度的正交偏振态光,使并行两路的IMD3功率相同,基频分量功率不同,再结合BPD,实现非线性失真的抑制。仿真结果表明,相比于直接PD检测的单路信号,BPD输出的IMD3也获得大于50dB的抑制,在光功率40mW情况下,三阶SFDR能够达到126.4dB·Hz。提出一种基于DP-QPSK调制器的三角波生成方案。作为另一种微波光子学的重要应用,此波形生成方案通过对调制器偏置电压的控制,调节输出电谱中一次谐波和三次谐波的比值,以此获取周期性的三角波脉冲序列。此方案经过充分的理论推导和仿真分析,并验证了三个频率点,输出时域波形良好,具有一定的频率可调谐性。