全光微波信號處理技術分析

曾慶余空軍預警學院

全光微波信號處理技術分析

曾慶余
空軍預警學院

摘要：當前國內網絡技術的普及面越來越廣，而人們對于當前無線通訊的需求度也在不斷提升，并且現代無線通訊的頻段開始向高頻區發展。但是傳統的信號處理技術對于高頻區信號的處理效果較差，無法滿足穩定的通訊需求，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勢，因此利用光子技術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進行介紹，并說明了三種實現微波光子濾波器的技術，以期能為相關工作提供參考。

關鍵詞：信號處理技術；微波光子技術；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，所對應的頻率則在300MHz到300GHz之間。在現代社會當中微波的應用面較廣，而且被更多地應用在了無線通訊技術領域，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提升，但是對高頻段的微波處理卻更加困難，只有利用現代光子處理技術才能夠保證保證現代通訊技術的穩定使用。

一、微波光子濾波器的概述

在現代微波信號處理技術當中應用效果較好的應是微波光子濾波器，這種技術繼承了光子技術本身帶寬上的優勢，并且還可以攜帶更高頻率的信號數據。同時這一技術本身還具有較強的可調諧性、重構性等特點，對于微波通訊當中產生的干擾情況也有較強的抵抗作用，因此也成為了當前微波信號處理技術研究當中的熱點課題[1]。

二、微波光電子濾波器的實現技術

（一）電光相位調制器和失諧濾波器的組合技術

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基礎，其當時主要是在原有的有源環內，利用強度調制器講環內的微波損失進行調整，進而實現對光電子濾波器抽頭系數的改變，并由此改變了濾波器原有的通帶情況。

在這一技術下主要是利用光學分析儀對設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備輸出光源信號的偏振角度進行控制；在設備的有源環內加入了放大器，從而能夠將接收后轉化的光電子信號進行放大，同時還能夠利用電光調節器來實現對轉化后的光子信號進行進一步的調節。在實際應用過程中，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則較大，反之較小，這樣也就實現了對通帶情況的進一步調節。在隨后的2001年時有澳大利亞科學家對這一技術進行了完善，并研發出了平通帶陷波器，這一微波信號處理技術主要就是利用平衡探測器對信號進行調節，雖然調節方法較為簡單，但是由于實際應用過程中的帶寬完全取決于該技術元件的屬性，因此導致該技術設備的制造成本較高，不利于大面積的推廣[2]。

（二）電光相位調制器和可調光學濾波器組合技術

可調光學濾波器主要的作用就是對光載波進行失諧控制，在技術設計過程中同時利用兩個可調光學濾波器，并將其與光電相位調制器技術進行稽核，進而能夠對高頻段下的微波信號和平通帶下的信號進行切換處理。

在這一技術的設計當中，利用半導體激光器作為光子發射的源頭，并采用連續發射的方式向光電相位調節器提供調制光源，在經過調制后所產生的信號則可以通過設備內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備當中光耦合器的需求，避免頻率過大影響設備的讀數。但是在傳遞的光電子信號當中僅有一部分是進入到光耦合器當中，并且這部分信號能夠直接被傳送到帶通濾波器內，而另外一部分則被傳送到有源循環延時環當中。在這一技術下，對電光相位調制器進行驅動的信號主要來源于矢量分析儀，而這一分析儀能夠發射各頻率下的正弦波，而電光相位調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延時環當中時，就可以被放大器對其頻率進行調整，然后經過濾波器的失諧功能對其進行再次的調整，并再次傳送到光耦合器當中進行輸出。其中濾波器的功能表現在兩個方面，其一是有效對微波信號經放大器調整后所產生的輻射噪聲進行控制；其二則是能夠對相位調整后的信號進行失諧調整，就能夠有效強化微波信號的傳遞，從而保證無線通信狀態下信號的穩定和數據的保存。

（三）電光相位調制器和法布里-珀羅半導體放大器（FPSOA）結合技術

在微波信號的實際處理當中，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中，而實現這一目標的方式就是使用單通帶微波光子濾波器。該技術是在2006年時由西班牙電子工程學家研制的，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用過程中在頻率為0時的頻段下也會產生通帶，因而導致設備整體的調諧性較低。隨后世界各國科學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節，并且使得微波光子濾波器的Q值達到了252[3]。其中FP-SOA元件本身的輸出穩定性較大，而且還保留了反射率，能夠使元件當中的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備的可調諧性。

結語

現代對于微波信號處理技術的需求度越來越高，傳統技術已經無法滿足現代需求，必須利用微波光電子濾波器來實現，而這一技術則可以利用電光相位調制器和失諧濾波器的組合技術、電光相位調制器和可調光學濾波器組合技術、電光相位調制器和法布里-珀羅半導體放大器結合技術來實現。

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].數據采集與處理，2014，29（06）：859-873.

[2]王書楠，楊建華，周仁江，等.微波光子技術在電子戰中的可能應用和發展[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及其應用研究[D].北京交通大學，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。