微波光子濾波器在衛(wèi)星通信信號處理中的應(yīng)用

黃寧博，孫亨利，張安旭，呂　強

(1.中國電子科技集團公司 航天信息應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，河北 石家莊 050081；2.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

?

微波光子濾波器在衛(wèi)星通信信號處理中的應(yīng)用

黃寧博1,2，孫亨利1,2，張安旭1,2，呂強1,2

(1.中國電子科技集團公司 航天信息應(yīng)用技術(shù)重點實驗室，河北 石家莊 050081；2.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

微波光子學(xué)主要研究微波和光波的相互作用，其應(yīng)用領(lǐng)域有寬帶無線接入網(wǎng)、傳感網(wǎng)絡(luò)、雷達、衛(wèi)星通信、儀器儀表和現(xiàn)代電子戰(zhàn)等。微波光子技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)為：載波所具有的巨大帶寬優(yōu)勢，傳輸介質(zhì)所具有的重量輕、低損耗，以及光載波能夠抵抗空間存在的各種電磁干擾等，而這也正是目前的電子技術(shù)面臨的困境。積極研究、探索用光子學(xué)技術(shù)和方法來進行微波信號的產(chǎn)生、傳輸和處理等，就成為了微波光子學(xué)的熱門研究方向。論述了微波光子技術(shù)在信號濾波處理等方面的應(yīng)用以及近年來的研究進展，簡要介紹了正系數(shù)、負系數(shù)、復(fù)系數(shù)以及單通道微波光子濾波器的基本架構(gòu)、工作原理及其在衛(wèi)星通信信號處理中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢。在有巨大應(yīng)用前景的單通道微波光子濾波器中，目前已能實現(xiàn)0～20 GHz的頻率調(diào)諧范圍、350 MHz的通道帶寬。

微波光子技術(shù)；信號處理；衛(wèi)星通信；微波光子濾波器；延時模塊

0　引言

近40年來，伴隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展，光波和微波的交叉學(xué)科——微波光子學(xué)也引起了世界范圍內(nèi)相關(guān)高校、研究機構(gòu)和商業(yè)界的廣泛關(guān)注[1]。微波光子技術(shù)將光子器件、技術(shù)及系統(tǒng)應(yīng)用到微波和毫米波信號的產(chǎn)生[2]、傳輸和處理[3]等領(lǐng)域。鑒于傳統(tǒng)微波器件的損耗及帶寬均無法滿足特定場合實際系統(tǒng)的應(yīng)用，自1976年Wilner和Heunel首先提出利用光纖作為延時介質(zhì)進行信號處理以來[4]，微波光子信號處理已經(jīng)成為熱門研究領(lǐng)域。目前，微波光子技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高性能模擬微波信號鏈路傳輸[5]、雷達及其天線拉遠[6]、衛(wèi)星通信、射電天文學(xué)[7]、有線電視系統(tǒng)、信號產(chǎn)生與處理[8]等領(lǐng)域。在信號處理應(yīng)用中的一個關(guān)鍵處理模塊是濾波器，鑒于傳統(tǒng)電子濾波器所遇到的瓶頸，利用光子技術(shù)實現(xiàn)微波信號的濾波具有傳統(tǒng)電濾波器無法比擬的優(yōu)勢，如低損耗、大帶寬、抗電磁干擾、可調(diào)諧和可重構(gòu)性等[9]。

衛(wèi)星通信有效載荷以及衛(wèi)星通信地面站的發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)中都需要用到不同頻段的帶通濾波器，且對濾波器的帶寬要求亦不盡相同。傳統(tǒng)電濾波器性能參數(shù)的不通用性給其廣泛應(yīng)用帶來了困難，也給濾波器設(shè)計帶來了難題。微波光子濾波器在參數(shù)調(diào)諧和系統(tǒng)可重構(gòu)方面彌補了傳統(tǒng)濾波器的缺點，因而可應(yīng)用于不同業(yè)務(wù)的衛(wèi)星地面站系統(tǒng)中。

1　微波光子濾波器基本原理

在傳統(tǒng)的電子電路信號處理中，微波信號源發(fā)出的或者天線接收到的射頻信號直接被饋入射頻電路中進行處理；對于待處理高頻信號，一般要先經(jīng)過下變頻將高頻微波信號降為中頻信號才能進行處理。而采用微波光子濾波技術(shù)，射頻信號直接加載到光載波上，然后再由光纖和光信號處理器等光電子器件組成的光學(xué)系統(tǒng)進行信號處理，處理過的射頻信號最后在光電探測器中經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換恢復(fù)出來，而無需復(fù)雜的變頻技術(shù)。微波光子濾波器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括光源、調(diào)制器、光色散器件和光電探測器等[10]。需要處理的微波信號加載在光載波上，通過光鏈路傳輸并經(jīng)過放大、延時和色散等處理；最后到達光電接收機進行光電轉(zhuǎn)換，恢復(fù)出微波信號。

圖1　微波光子濾波器系統(tǒng)組成

微波光子濾波器中的關(guān)鍵器件是光延時模塊，常用作延時模塊的有光纖布拉格光柵(FBG)、陣列波導(dǎo)光柵(AWG)、色散光纖或者硅基微環(huán)等。圖1給出了一個兩抽頭的有限沖激響應(yīng)(FIR)微波光子濾波器的結(jié)構(gòu)框圖。一般對于具有N抽頭的微波光子濾波器，其輸出端微波信號表達式為[10]：

y(t)=a0x(t)+a1x(t-T)+a2x(t-2T)+

(1)

式中，a0、a1、a2等是每個延時支路的抽頭系數(shù)，表示增益或損耗；T為相鄰兩延時支路的時延差。對式(1)進行傅里葉變換，得到該結(jié)構(gòu)的微波光子濾波器的傳輸響應(yīng)為：

(2)

對于FIR濾波器，這是一個周期函數(shù)，其周期即是該微波光子濾波器的自由頻譜范圍(FSR)，且滿足FSR=1/T。典型的微波光子濾波器響應(yīng)曲線如圖2所示。

圖2　正系數(shù)微波光子濾波器頻率響應(yīng)曲線

2　微波光子濾波器的分類及實現(xiàn)

微波光子濾波器按其頻譜響應(yīng)曲線的差異，又可分為正抽頭系數(shù)、負抽頭系數(shù)和復(fù)抽頭系數(shù)微波光子濾波器。

2.1正系數(shù)微波光子濾波器

對于正系數(shù)微波光子濾波器，抽頭系數(shù)只有正值，表現(xiàn)在延時鏈路中即為每一路延時分量只對光波的強度有增益或損耗，而無相位的變化。正系數(shù)微波光子濾波器的一個重要特點是，對于基帶低頻信號，由于每一延時支路由信號頻率不同所引入的相移相對較小，從而到達探測器后可認為這些被探測到的低頻電信號基本是同相疊加，因此這類微波光子濾波器在基帶低頻信號段總會存在響應(yīng)，這稱為基帶響應(yīng)。也正因為如此，正系數(shù)微波光子濾波器只能用作低通濾波器。圖1和圖2分別給出了基于延時線結(jié)構(gòu)的典型的正抽頭系數(shù)微波光子濾波器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖及頻率響應(yīng)曲線。這種延時線結(jié)構(gòu)的時延差由相鄰支路的光纖長度差決定。

除了使用光纖作為延時單元，還可以采用光柵作為延時模塊，將電信號加載到寬譜光源上，從而不同波長的光載波將在不同反射點被反射[11]，相鄰2個反射點之間的光程差決定了時延差，且光纖光柵的反射率決定了各個支路的抽頭系數(shù)的大小。此外，寬譜光源也可以用陣列激光器來替代，且頻譜純度和噪聲系數(shù)要優(yōu)于采用寬譜光源的微波光子濾波器，但在成本上略高于前者。對于激光器波長間隔為Δλ、色散系數(shù)為D(ps/nm/km)、長度為L的光纖延時線，所引入的時延差為T=Δλ·D·L。例如，當波長間隔為0.4 nm、色散系數(shù)為17 ps/nm/km、長度為25 km的單模光纖，它所引入的時延差T=170 ps，對應(yīng)的FSR=5.88 GHz。這種結(jié)構(gòu)的微波光子濾波器的頻率響應(yīng)與圖2所示類似。值得注意的是，采用寬譜光源或陣列激光器作為光源的微波光子濾波器，須保證激光器的拍頻信號落在濾波器通帶之外，這在實際系統(tǒng)實現(xiàn)中并不需要再額外放置電濾波器，一般采用截止頻率帶寬較小的調(diào)制器或光電探測器即可實現(xiàn)。

2.2負系數(shù)微波光子濾波器

由于正系數(shù)微波光子濾波器在低頻處總有基帶響應(yīng)，故只能用作低通濾波器。為克服這一應(yīng)用限制，研究人員又引入了負系數(shù)微波光子濾波器。實現(xiàn)負系數(shù)微波光子濾波器最直接的實驗方案是采用差分探測方法[12]。平衡差分探測器輸出2路電信號的差信號，在消除基帶響應(yīng)的同時得到2路相位相差180°的微波信號，從而實現(xiàn)了2抽頭的負系數(shù)微波光子濾波器。利用差分探測方法實現(xiàn)的負系數(shù)微波光子濾波器并不是全光的，而是混合的。典型的負系數(shù)微波光子濾波器頻譜響應(yīng)曲線如圖3所示。

圖3　典型負系數(shù)微波光子濾波器頻率響應(yīng)曲線

此后研究人員又分別提出了全光負系數(shù)微波光子濾波器，如利用半導(dǎo)體光放大器的交叉增益調(diào)制效應(yīng)(波長轉(zhuǎn)換)[13]、注入鎖定激光器等方案[14]，這主要是利用了光波注入引起的相位反轉(zhuǎn)，從而在光域?qū)崿F(xiàn)了2個正負抽頭系數(shù)的微波光子濾波器。

除了在光源部分引入相位反轉(zhuǎn)外，也可以通過改變所用強度調(diào)制器的偏置點來引入相位反轉(zhuǎn)[15]，這2個強度調(diào)制器分別工作在正斜率和負斜率正交偏置點處，經(jīng)過色散延時后在光電探測器上便得到不同延時量的微波信號，構(gòu)成了2抽頭負系數(shù)全光微波光子濾波器，其頻率響應(yīng)曲線與圖3所示類似。為了得到更多的抽頭數(shù)，可在光源部分采用多波長激光器或激光器陣列，并相間輸入到正負偏置的強度調(diào)制器中。

在負系數(shù)微波光子濾波器中，除了利用強度調(diào)制器的方案，也可以采用相位調(diào)制器搭建微波光子濾波器系統(tǒng)[16]。在該方案中，負抽頭系數(shù)的獲取是通過色散元件的作用，將相位調(diào)制轉(zhuǎn)換為強度調(diào)制而得到的。其工作原理是，當直接將微波射頻信號加載到相位調(diào)制器上，得到調(diào)制后的載波及正負一階邊帶，但正負一階邊帶相位正好相差180°。由于光電探測器的包絡(luò)檢波特性，正一階邊帶與光載波的拍頻出的微波信號正好抵消了負一階邊帶與光載波的拍頻輸出的微波信號，從而導(dǎo)致其輸出將無法恢復(fù)出調(diào)制端所加載的電信號。然而當相位調(diào)制器輸出的光信號經(jīng)過色散器件的延時作用后，2個邊帶與載波的相位關(guān)系就會發(fā)生改變，引起相位調(diào)制到強度調(diào)制的轉(zhuǎn)換。這種相位調(diào)制方案相比于強度調(diào)制方案的優(yōu)勢在于，相位調(diào)制器不需要進行偏置點的穩(wěn)定控制，從而消除了強度調(diào)制器方案中的偏置點漂移問題，簡化了實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和損耗。

2.3復(fù)系數(shù)微波光子濾波器

在很多應(yīng)用場合，由于需要處理的微波射頻信號頻率并不是完全固定不變，當載波頻率發(fā)生變化時，相應(yīng)的微波濾波器的通帶中心頻率也需要改變，這就要求濾波器具有頻率調(diào)諧特性。這種調(diào)諧特性在電濾波器中是很難實現(xiàn)的，尤其是對于高頻微波濾波器而言更是如此。而微波光子濾波器在通帶中心頻率調(diào)諧性方面具有極大優(yōu)勢，也是微波光子濾波器未來發(fā)展的重要方向。基于光纖延時線結(jié)構(gòu)的微波光子濾波器的頻率調(diào)諧性是通過調(diào)節(jié)時延來實現(xiàn)的，然而直接調(diào)整各支路的時延差又會導(dǎo)致頻率響應(yīng)的自由頻譜范圍改變，這也就同時改變了單個通帶的3 dB帶寬，導(dǎo)致濾波器的整個頻率響應(yīng)曲線形狀發(fā)生了變化。而在很多應(yīng)用中，總是期望僅僅改變?yōu)V波器的通帶或者阻帶的中心頻率而不改變頻譜響應(yīng)曲線形狀。要實現(xiàn)這一功能，就需要采用具有復(fù)系數(shù)的延時線微波光子濾波器。一個N抽頭的復(fù)系數(shù)延時線微波光子濾波器的傳遞函數(shù)[10]如式(3)所示，典型頻率響應(yīng)曲線如圖4所示。

(3)

從式(3)中可以看出，為了在調(diào)諧濾波器中心頻率的同時保持濾波器頻率響應(yīng)形狀曲線不變，所有抽頭的相移項應(yīng)保持一個確定的相位差關(guān)系，因此實現(xiàn)復(fù)系數(shù)微波光子濾波器的關(guān)鍵就在于如何利用微波光子技術(shù)實現(xiàn)射頻移相器的功能。在文獻[17]中微波的相移功能是通過光纖中的受激布里淵散射(SBS)作用實現(xiàn)的。在得到的2路微波信號中，可以在±180°范圍內(nèi)實現(xiàn)對其中一路微波信號進行寬帶移相，從而得到一個2抽頭的復(fù)系數(shù)微波光子濾波器。同時在另一支路采用單邊帶調(diào)制技術(shù)，又克服了光纖色散引入的功率代價的影響，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)范圍得以進一步擴展。

圖4　復(fù)系數(shù)微波光子濾波器頻率響應(yīng)曲線

由于SBS是一種非線性效應(yīng)，該系統(tǒng)的可靠性在實際應(yīng)用中會受到很大限制，為此，研究人員采用了新的方法來搭建寬帶射頻移相器。文獻[18]給出了基于這類寬帶微波光子移相器的兩抽頭復(fù)系數(shù)微波光子濾波器。在所得到的實驗結(jié)果中，在Ka、Ku頻段，陷波濾波抑制深度可達到60 dB，并可在60 MHz頻段范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)諧。類似的方案也可以采用2個獨立的強度調(diào)制器替代1個雙平衡M-Z強度調(diào)制器。

2.4單通道可調(diào)諧微波光子濾波器

盡管上面提到的有限沖擊響應(yīng)微波光子濾波器在高性能雷達、射電天文學(xué)以及毫米波通信中極富應(yīng)用吸引力，但這種離散時間有限沖擊響應(yīng)濾波器的一大缺點是其頻率響應(yīng)的周期性，很容易導(dǎo)致有用頻率分量和間隔較遠的無用頻率分量都引入到系統(tǒng)中，增加系統(tǒng)噪聲，這在復(fù)雜電磁環(huán)境下很難得到實際應(yīng)用。此外，在衛(wèi)星通信應(yīng)用的地面站系統(tǒng)中以及未來極具應(yīng)用前景的通信雷達通道一體化應(yīng)用系統(tǒng)中，也都亟需單通道頻率、可大范圍調(diào)諧的濾波器，而目前這種高性能的濾波器采用電子技術(shù)是很難實現(xiàn)的。為了解決這一電子技術(shù)難題，研究人員提出了采用光子技術(shù)實現(xiàn)單通道寬帶可調(diào)諧微波光子濾波器的實現(xiàn)方案，其原理架構(gòu)可分為利用寬譜光源的無限沖擊響應(yīng)濾波器和基于光濾波器的相干微波光子濾波器。

2.4.1基于非切割寬譜光源的無限沖擊響應(yīng)單通道微波光子濾波器

在文獻[19]的實驗中，利用可調(diào)諧光濾波器產(chǎn)生非切割的矩形寬譜光源作為微波信號的光載波。濾波整形后的寬譜光源經(jīng)由起偏器形成偏振光，兩正交偏振態(tài)的光路經(jīng)歷不同延時后經(jīng)偏振合束器輸入到偏振調(diào)制器中。當偏振調(diào)制器與起偏器配合使用，二者偏振主軸夾角不同時，它們所引起的調(diào)制效果也不同，在小信號調(diào)制下，可以出現(xiàn)雙邊帶調(diào)制、載波抑制調(diào)制和奇階邊帶抑制調(diào)制。這篇文獻即采用這種原理，在2個偏振支路上分別單獨得到載波和邊帶，從而得到復(fù)系數(shù)微波光子濾波器。同時由于采用的是非切割寬譜光源，頻譜的周期無窮大，所得到的微波光子濾波器即是單通道的。此外，通過改變寬譜光源的譜寬，可以改變?yōu)V波器的3 dB帶寬，當譜寬為4 nm時，帶寬在350 MHz左右；調(diào)節(jié)2個偏振支路的延時差，可以實現(xiàn)通帶中心頻率的調(diào)諧。0～20 GHz范圍內(nèi)中心頻率調(diào)諧實驗結(jié)果如圖5所示。

在基于寬譜光源的單通道可調(diào)諧微波光子濾波器實驗方案中，除了利用光波的偏振特性，也可以采用直接光束分路。文獻[20]中提出了可變光載波時移機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)載波與邊帶信號分別產(chǎn)生獨立延時，進而結(jié)合色散媒質(zhì)，最終產(chǎn)生寬帶可調(diào)諧單通道微波光子濾波器。

2.4.2基于光濾波器的相干微波光子濾波器

上面討論的基于延時線結(jié)構(gòu)的濾波器屬于非相干微波光子濾波器，在其工作頻段內(nèi)，不論是采用寬譜光源還是激光器陣列，都需要避開光干涉的影響。實際上，微波光子濾波器也可以采用單一光波長，這時就無需考慮光干涉的影響，在一定范圍內(nèi)拓展了微波光子濾波器的工作頻段。相干微波光子濾波器的一般實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖6所示，一個窄線寬光波輸入到相位調(diào)制器中，在小信號調(diào)制作用下，輸出1個光載波和2個一階邊帶。

圖6　基于光柵的單通道微波光子濾波器結(jié)構(gòu)

在負系數(shù)微波光子濾波器一節(jié)中已經(jīng)提到，由于相位調(diào)制的2個一階邊帶是相位相反的，如果它們直接在光電探測器中進行拍頻，則輸出只有直流信號而沒有射頻信號輸出。這里為了恢復(fù)調(diào)制信號，采用了一個光濾波器(如光纖布拉格光柵FBG)濾除其中一個邊帶，這樣雙邊帶相位調(diào)制信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱芜厧д{(diào)制信號，就可以在光電探測器中輸出微波信號。因此，這個實驗系統(tǒng)實現(xiàn)微波光子濾波器功能的原理就是，當加載到相位調(diào)制器上的微波信號頻率恰好等于光載波頻率與FBG的阻帶頻率的差時，就可以在輸出端得到該微波信號；而當其他頻率的信號加載到調(diào)制器上時，在輸出端只有直流信號輸出，實現(xiàn)了對特定頻率微波信號的單通帶濾波，通帶帶寬由FBG的帶寬決定，采用不同的FBG，其帶寬一般可在幾十MHz到數(shù)十GHz范圍內(nèi)改變。此外，這種結(jié)構(gòu)還可以實現(xiàn)通道中心頻率的調(diào)諧，當固定FBG的通帶中心頻率后，可以通過調(diào)諧輸入光源的波長實現(xiàn)調(diào)諧。這樣就很容易構(gòu)成了單通道寬帶可調(diào)諧微波光子濾波器[10]。

以此結(jié)構(gòu)為模型，研究人員又陸續(xù)提出了與此類似的相干單通道可調(diào)諧微波光子濾波器，以期提高濾波器的性能參數(shù)。事實上，對于工作在相干區(qū)域的微波光子濾波器來說，濾波器的頻率響應(yīng)就是光濾波器的譜響應(yīng)在微波頻段的映射。因此，實現(xiàn)相干微波光子濾波器的關(guān)鍵就在于設(shè)計適合應(yīng)用需求的光濾波器的響應(yīng)譜線。這種微波光子濾波器的頻率調(diào)諧性也多是通過調(diào)節(jié)源端的激光器光波長實現(xiàn)的。

3　結(jié)束語

本文回顧了微波光子技術(shù)在信號濾波處理等方面的應(yīng)用，并簡要介紹了微波光子濾波器的基本架構(gòu)及其工作原理和應(yīng)用。盡管微波光子濾波器具有相較于電濾波器的明顯優(yōu)勢，然而在目前的技術(shù)條件下，這類基于光子技術(shù)的濾波器也有其缺點，如較高的插損和較小的動態(tài)范圍等。這些性能參數(shù)的改善，有賴于器件如高功率處理能力的光電探測器、低插損高調(diào)制效率的調(diào)制器等參數(shù)的提高。此外，目前所報道的微波光子濾波器多是基于分立的光源、調(diào)制器、探測器和延時模塊等器件，導(dǎo)致整個系統(tǒng)體積較大、成本較高，未來微波光子濾波器技術(shù)的發(fā)展將朝著硅基集成化方向發(fā)展。隨著硅基光子技術(shù)的發(fā)展進步，微波光子濾波器的性能也必將進一步提高，并將廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)和雷達通信一體化系統(tǒng)中。

[1]CAPMANY J,NOVAK D.Microwave Photonics Combines Two Worlds[J].Nature Photonics,2007,1:319-330.

[2]SEEDS A J.Microwave Photonics[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2002,50(3):877-887.

[3]YAO J.Microwave Photonics[J].OSA/IEEE Journal of Lightwave Technology,2009,27(3):314-335.

[4]WILNER K,VA DEN HEUVEL A P.Fiber-optic Delay Lines for Microwave Signal Processing[J].IEEE Proceedings,1976,64(5):805-807.

[5]TONDA-GOLDSTEIN S,DOLFI D.Optical Signal Processing in Radar Systems[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2006,54(2):847-853.

[6]MINASIAN R A.Photonic Signal Processing of Microwave Signals[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,2006,54(2):832-846.

[7]JACKSON K P,NEWTON S A,MOSLEHI B.Optical Fiber Delay-Line Signal Processing[J].IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,1985,MTT-33(3):193-210.

[8]CAPMANY J,ORTEGA B,PASTOR D,et al.Discrete-Time Optical Processing of Microwave Signals[J].IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,2005,23(2):702-723.

[9]CAPMANY J,ORTEGA B,PASTOR D.A Tutorial on Microwave Photonic Filters[J].IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,2006,24(1):201-229.

[10]YAOJ P.A Fresh Look at Microwave Photonics Filters[J].IEEE Microwave Magazine,2015,16(8):46-60.

[11]ZENG F,YAO J.All-Optical Microwave Filters Using Uniform Fiber Bragg Gratings With Identical Reflectivities[J].IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology,2005,23(3):1 410-1 418.

[12]SALES S,CAPMANY J,MARTI J,et al.Experimental Demonstration of Fiber-optic Delay Line Filters with Negative Coefficients[J].Electronics Letters,1995,31(13):1 095-1 096.

[13]COPPINGER F,YEGNANARAYANAN S,TRINH P D,et al.All-optical RF Filter Using Amplitude Inversion in a Semiconductor Optical Amplifier[J].IEEE Transactions Microwave Theory and Technology,1997,45(8):1 473-1 477.

[14]WANG X,CHAN K T.Tunable All-optical Incoherent Bipolar Delay-line Filter Using Injection-Locked Fabry-Perot Laser and Fiber Bragg Gratings[J].Electronics Letters,2000,36(24):2 001-2 002.

[15]CAPMANY J,PASTOR D,MARTINEZ A,et al.Microwave Photonics Filter with Negative Coefficients Based on Phase Inversion in an Electro-optic Modulator[J].Optics Letters,2003,28(16):1 415-1 417.

[16]WANG J,ZENG F,YAO J P.All-optical Microwave Bandpass Filter with Negative Coefficients Based on PM-IM Conversion[J].IEEE Photonics Technology Letters,2005,17(10):2 176-2 178.

[17]LOAYSSA A,HERNANDEZ R,BENITO D,et al.Characterization of Stimulated Brillouin Scattering Spectra by Use of Optical Single-Sideband Modulation[J].Optics Letters,2004,29(6):638-640.

[18]LI W,ZHU N,WANG L.Continuously Tunable Microwave Photonic Notch Filter with a Complex Coefficient[J].IEEE Photonics Journal,2011,3(3):462-467.

[19]WANG H,ZHENG J,LI W,et al.Widely Tunable Single-Bandpass Microwave Photonic Filter Based on Polarization Processing of a Nonsliced Broadband Optical Source[J].Optics Letters,2013,38(22):4 857-4 860.

[20]XUE X,ZHENG X,ZHANG H,et al.Widely Tunable Single-Bandpass Microwave Photonic Filter Employing a Non-sliced Broadband Optical Source[J].Optics Express,2011,19(19):18 423-18 429.

黃寧博男，(1986—)，博士，工程師。主要研究方向：微波光子學(xué)及光通信。

孫亨利男，(1986—)，碩士，工程師。主要研究方向：微波光子學(xué)和自由空間光通信。

Applications of Microwave Photonic Filters in Signal Processing of Satellite Communications

HUANG Ning-bo1,2,SUN Heng-li1,2,ZHANG An-xu1,2,LV Qiang1,2

(1.Key Laboratory of Aerospace Information Applications,CETC,Shijiazhuang Hebei 050081,China;2.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

Microwave photonics mainly discusses the interaction between microwave and lightwave,which has been used in wireless access networks,sensing networks,radar,satellite communications,instruments and modern electronic warfare.The advantages of microwave photonics include the huge bandwidth carried by the carrier,light weight,low loss and the immunity to electromagnetic interference,and these help to overcome the bottlenecks that the traditional electronic technologies have met.Therefore,it is better to explore the photonic techniques to generate,transfer and process the microwave signal.In this paper,a summary of the applications and development of microwave photonics in signal filtering is presented,followed by a simple description of the principles and structures of microwave photonic filters with positive coefficients,negative coefficients and complex coefficients.As to the microwave photonic filter with a single-bandpass,a frequency tuning range of 0～20GHz and a bandwidth of 350MHz have been achieved,which has a prospect in satellite communications and radar.

microwave photonics;signal processing;satellite communications;microwave photonic filters;optical delay module

10.3969/j.issn.1003-3106.2016.09.01

2016-05-14

國家自然科學(xué)基金青年基金資助項目(61401411)。

TN29

A

1003-3106(2016)09-0001-05

引用格式：黃寧博,孫亨利,張安旭,等.微波光子濾波器在衛(wèi)星通信信號處理中的應(yīng)用[J].無線電工程,2016,46(9):1-5,32.