基于反馈机制的光子微波信号级联滤波方法

光子微波通信过程中,受噪声影响造成带宽变窄,降低了通信效率。为了优化光子微波通信质量,提出基于反馈机制的光子微波信号级联滤波方法。利用形态学腐蚀和膨胀去除信号模糊程度后,将相似度较高的信号聚集为连续区域,完成微波信号去噪。选用卡尔曼滤波器对微波信号测量噪声初次滤波,使用均值滤波以及双门限输出方案二次滤波双路光电反馈下生成的微波信号。通过两种滤波器的级联处理,去除微波信号中不同的杂波,实现窄线宽光子微波信号级联滤波。实验结果表明,所提方法级联滤波波动幅度小,能够平稳输出滤波结果,且不同温度下的级联滤波衰减特性相对平稳。

高分辨率任意可重构微波光子滤波器

提出了一种能够实现任意滤波形状的高分辨率可重构微波光子滤波器方案。利用可编程光滤波器完成抽头系数的独立灵活配置,配合使用相干探测技术实现滤波器的正负抽头,从而可以完成滤波形状的任意可重构。研究表明一个大梳齿数量的平坦光频梳被作为光源可提高抽头数量,从而实现高分辨率的滤波器的重构。除此之外,通过预先引入色散,响应中的杂散也被有效地抑制。经仿真验证,该滤波器具有93 MHz的高分辨率,杂散抑制40 dB以上,创新性地构造了具有不同中心频率的低通、带通、高通、带阻滤波器,以及矩形、高斯形、sinc形等任意滤波形状,对于后续微波光子滤波器的研究起到了引导性作用。

基于微波光子滤波器光纤端面反射率特性的火焰传感研究

利用微波光子滤波器(microwave photon filter,MPF)光纤端面反射率随温度场的变化导致光纤端面反射率发生改变的原理,研究了火焰传感系统的相关特性。采用迈克尔逊结构干涉仪构成的MPF,微波光子信号在经过2km光纤后,其光纤端面受到火焰的影响反射率发生变化,研究其变化特性与火焰之间的关系。对置于火焰中的部分传感光纤端面进行燃烧,光反射的信号幅度会因为火焰变化发生改变。该系统使用16 d Bm输出功率的非相干光源,将159.63~159.80 kHz、4 V(峰-峰值)幅度的微波信号调制于光载波上,形成微波光子信号。在传感臂光纤端面施加外焰和内焰,测量射频强度的变化,从而获取火焰传感信息。施加外焰射频强度最小值平均值变化量达到0.460 3dB;最大值平均值变化量达到0.578 7 dB,加入内焰射频强度最小值平均值变化量达到5.818 9 dB;最大值平均值变化量达到6.600 2 dB。实验验证得该系统对于火焰具有较好的传感性能。

基于微环谐振器的超紧凑微波光子滤波器的设计

设计了一个基于硅基微环的超紧凑的微波光子滤波器,用以提高硅基微波光子器件的集成密度及增大其自由光谱范围。根据波导光学的耦合模理论,推导出双环并联谐振器的光强传递函数,并通过仿真得到了微波光子滤波器的输出特性。结果表明:当微环半径为0.79μm时,谐振器中直波导宽度为0.3μm,环形波导宽度为0.25μm,滤波器的自由光谱范围为140 nm,插入损耗为0.5 dB,半峰全宽为7 nm,此滤波器的性能完全满足粗波分复用系统的要求。

微波光子滤波器的平坦特性分析

随着微波光子学的发展,微波光子滤波器的应用和研究逐步成为研究热点,在深入研究光纤光栅、马赫曾德尔调制器以及掺铒光纤的基础上,提出了一种平坦微波光子滤波器的结构,通过理论计算和仿真,在光纤耦合器耦合系数为0.5、光纤光栅反射率为0.33、掺铒光纤增益为10,以及光纤耦合器耦合系数为0.4、光纤光栅反射率为0.5、掺铒光纤增益为2时,分别实现了平坦带通和平坦带阻响应,对滤波器的平坦条件进行了深入研究,得到了只有当两部分滤波器的延时差相等才能实现平坦的必要条件,并依据此分析了影响滤波器周期的因素,提出了利用曝光光敏光纤增加光纤折射率从而增加滤波器延时的方案,从而补偿了长度控制上的精确度对该结构的限制。

一阶无限抽头响应微波光子滤波器的品质因数分析

随着人们对宽带无线通信带宽需求的不断增加,微波光子学器件的研究成为热点之一,近几年,光学器件的发展非常迅速,基于此的微波光子滤波器的应用和研究也逐步成熟起来。在深入研究微波光子滤波器性能理论的基础上,提出了一阶无限抽头响应的微波光子滤波器(IIRMPF)模型,利用自动控制原理动态结构图的变换知识进行理论推导,得出当反馈回路中加权系数和增益系数的乘积为1时,一阶IIRMPF可以得到最大的品质因数(Q值),并通过建立基于光纤布拉格光栅(FBG)和有源光纤的IIRMPF结构进行验证。结果表明,该结构与理论推导相吻合,最后实验制作了反射率分别为99.5%和50%的FBG,得到了Q值为804的微波光子滤波器响应。

基于相位调制和光子晶体光纤Sagnac环的可调谐微波光子滤波器

提出了一种光子晶体光纤Sagnac环切割宽带光源的中心频率连续可调的微波光子滤波器.用温敏液体(Cat.19340)对光子晶体光纤(长度为5m)中心的一个大孔进行填充后嵌入Sagnac环.仿真分析了不同填充占空比对Sagnac环梳状谱周期和滤波器通带中心频率调谐范围的影响,测得占空比越大,Sagnac环的梳状谱周期越小,滤波器通带中心频率的调谐范围越大.在占空比最大的情况下,当温度为20℃和80℃时,Sagnac环的梳状谱周期分别为0.72nm和0.52nm,用该Sagnac环对宽带光源进行切割,当温度在20℃~80℃变化时,多波长光源波长间隔在0.72nm^0.52nm连续可调,实现了滤波器通带中心频率在15.5GHz^21.5GHz范围内连续可调.

基于偏振控制的Sagnac环负系数微波光子滤波器

为了克服正抽头系数低通滤波的限制,满足光载无线通信(ROF)、无线通信等系统对带通滤波器的需要,提出了一种新的负系数带通微波光子滤波器结构。系统采用了一种偏振敏感的电吸收调制器,其横向电场(TE)和横向磁场(TM)方向上具有不同的调制系数,在小信号调制下仍为线性调制。通过旋转偏振控制单元的波片,改变其快轴与TE方向的夹角,可以得到任意偏振态的转换。当偏振控制单元由两个旋光方向相反的法拉第旋光片和一个1/2波片组合时实现了负系数滤波,和一个1/4波片组合时得到了正系数滤波。

微波光子滤波器

微波光子滤波器能够实现在光域内直接对射频信号的处理,并且较易实现可调谐性和传输函数的快速重构,从而成为微波光子学的一个重要研究内容.本文综合评述了不同光源的微波光子滤波器和基于FBG的不同微波光子滤波器结构,并分析比较了各自的功能特点和不足.

采用光纤光栅研究微波光子滤波器的关键性能

宽带无线通信的带宽瓶颈促进了ROF技术的发展,并使微波光子器件成为研究热点之一。微波光子滤波器(MPF)实现了在光域内直接对微波信号的处理功能,受到了众多研究者的关注。光纤光栅(FBG)具有独特的波长选择和色散特性,是构成MPF结构的最佳可选光器件之一。在理论分析MPF的基础上,结合基于FBG的MPF典型结构给出了影响MPF性能的关键因素,即非相干性、高品质因数、负系数、可调谐性和可重构性。对一阶无限抽头MPF结构进行了建模分析,并提出一种基于FBG的具有平坦、负系数和高品质因数特性的MPF,得出获得高品质因数的最佳条件,理论分析结果和基于FBG的MPF结构的实际仿真结果相吻合。

基于光子晶体光纤Lyot-Sagnac环的可调谐微波光子滤波器

提出了一种光子晶体光纤Lyot-Sagnac环切割宽带光源的中心频率连续可调的微波光子滤波器.用温敏液体(Cat.19340)对两段光子晶体光纤(长度为11.94m和1.94m)中心的一个大孔进行填充后嵌入Lyot-Sagnac环,仿真分析了不同填充占空比对Lyot-Sagnac环梳状谱周期和滤波器通带中心频率调谐范围的影响,结果表明:占空比越大,Lyot-Sagnac环的梳状谱周期越小,滤波器通带中心频率的调谐范围越大.在占空比最大温度为20℃和80℃时,两段光子晶体光纤的有效长度为10m时,LyotSagnac环的梳状谱周期分别为0.36nm和0.26nm;当两段光子晶体光纤的有效长度为13.88m时,Lyot-Sagnac环的梳状谱周期分别是0.26nm和0.19nm.用该Lyot-Sagnac环对宽带光源进行切割,当温度在20℃到80℃之间变化时,通过调节环内的偏振控制器,多波长光源波长间隔可在0.19nm^0.36nm范围内连续可调,实现了滤波器通带中心频率在31.04GHz^58.81GHz范围内连续可调.

基于高双折射光子晶体光纤与光纤环的超宽带可调谐微波光子滤波器

提出一种基于高双折射光子晶体光纤与光纤环的超宽带可调谐微波光子滤波器.以多波长光纤激光器作为光源,向高双折射光子晶体光纤内填充温敏液体,通过改变填充温敏液体的温度,高双折射光子晶体光纤可具有不同的双折射,得到不同波长间隔的激光,从而使微波光子滤波器具有不同的自由频谱范围.当温度的变化范围为20~80℃时,仿真测得微波光子滤波器自由频谱的变化范围为2.49~39.9GHz.引入光纤环构建级联型微波光子滤波器,滤波器的主旁瓣抑制比可提高到33.6dB,Q值可达到499,提高了滤波器的频率选择性.

基于SBS的通带可变微波光子滤波器

提出并分析了一种大范围可调谐的通带可变微波光子滤波器。它基于受激布里渊散射(SBS)效应并使用2个调制器与1个光纤布喇格光栅生成泵浦信号。通过分别调节这2个调制器的调制频率,可得双通带滤波器和通带间隔可变的四通带滤波器,并实现滤波器中心频率的大范围连续可调谐,而在整个调谐过程中,滤波器的3dB带宽保持不变。仿真分析了不同调制信号对滤波器通带及中心频率的影响,以及滤波器的带宽与泵浦的功率和SBS增益介质长度的关系。

可调光子滤波器微波信号接收码元速率估计

为了解决传统微波信号接收码元速率估计方法存在精度低与时间长的问题,提出了可调光子滤波器微波信号接收码元速率估计方法。首先对可调光子滤波器微波信号进行小波变换,提取绝对相位调制信号码元之间的相位瞬变信息,然后对信号进行去噪处理与重构,引入自相关方法将码元速率估计问题转换为周期估计问题,从而实现可调光子滤波器微波信号接收码元速率估计,最后仿真实验结果表明,本文方法具有较高的估计精度与较短的估计时间,且信号强度高,为后续的信号处理奠定坚实的基础。

基于窗函数的微波光子滤波器设计和仿真

将各种窗函数应用于微波光子滤波器(PMF)的设计中,利用MATLAB对PMF的系统响应进行了仿真,分析了窗函数类型以及抽头个数、抽头系数的精度对PMF性能的影响.通过对窗函数进行简单的变形可以得到带通PMF的抽头系数.仿真结果表明:在保证Q值不变的条件下,利用切比雪夫窗函数比利用高斯窗函数所设计出来的PMF的边瓣抑制比高36 dB.

微波光子滤波器在卫星通信信号处理中的应用

微波光子学主要研究微波和光波的相互作用,其应用领域有宽带无线接入网、传感网络、雷达、卫星通信、仪器仪表和现代电子战等。微波光子技术的优势主要体现为：载波所具有的巨大带宽优势,传输介质所具有的重量轻、低损耗,以及光载波能够抵抗空间存在的各种电磁干扰等,而这也正是目前的电子技术面临的困境。积极研究、探索用光子学技术和方法来进行微波信号的产生、传输和处理等,就成为了微波光子学的热门研究方向。论述了微波光子技术在信号滤波处理等方面的应用以及近年来的研究进展,简要介绍了正系数、负系数、复系数以及单通道微波光子滤波器的基本架构、工作原理及其在卫星通信信号处理中的应用及发展趋势。在有巨大应用前景的单通道微波光子滤波器中,目前已能实现0~20 GHz的频率调谐范围、350 MHz的通道带宽。

基于受激布里渊散射的微波光子滤波器

提出了一种基于可调谐多波长光纤激光器和受激布里渊散射(SBS)的中心频率可调谐的复系数多抽头微波光子滤波器.滤波器的复系数由SBS相移器的相移产生,通过改变SBS的泵浦功率即可改变相移的大小,实现滤波器的中心频率连续可调,同时保证滤波器的频率响应特性不变.滤波器的频率选择性可通过减小载波的波长间隔得到改善.通过调节多波长光纤激光器的相邻波长间隔使品质因数(Q)提高了15.922 1,微波光子滤波器(MPF)的中心频率实现了6.402GHz范围内的连续调谐.

级联MZI带通巴特沃斯微波光子滤波器的设计

随着对MPF(微波光子滤波器)的深入研究,设计的方法和滤波器性能都得到了很大改进,但是对于给定参数实现一些典型结构的MPF的报道却很少。在深入研究数字滤波器和MPF结构的基础上,采用数字滤波器的设计方法,给出了带通巴特沃斯MPF的详细设计过程。利用数字滤波器的设计方法得到了所需带通巴特沃斯MPF传递函数的零点和极点。采用光纤环辅助的MZI(马赫-曾德干涉仪)级联,实现滤波器的传递函数,根据传递函数的零点和极点计算确定了各级联MZI的结构参数:耦合系数、臂长差和环长,并对其进行了仿真验证,结果与带通巴特沃斯MPF设计要求基本一致,并进一步研究了不同结构参数对MPF的影响。

基于宽谱光源的可调多通带微波光子学滤波器研究

从现有微波光子滤波器着手,提出一种新的独立可调多通带微波光子学滤波器,验证了独立可调双通带微波光子学滤波器的可行性,实验结果与理论分析结果相符。

高Q值跳频带通微波光子滤波器

提出一种基于Lyot-Sagnac滤波器和级联结构的高品质因数跳频带通微波光子滤波器.在该滤波系统中,利用宽带光源和Loyt-Sagnac滤波器原理实现波长间隔可变的连续光载波.利用相位调制器与单模光纤形成第一级单通带微波光子滤波器,光纤环形谐振器作为第二级滤波结构.经两级滤波器级联,实现高品质因数跳频单通带微波光子滤波器.在使用三段保偏光纤的情况下,通过调整偏振控制器的偏振状态,可实现滤波器中心频率在1.012 1GHz,1.214 5GHz,1.416 9GHz,1.619 3GHz,1.821 7GHz之间跳跃.由于采用了级联结构,所设计的滤波器继承了前后两级滤波器的共同优点,故滤波器的滤波特性良好,品质因数最高可达13 155.69;主旁瓣抑制比均在18dB以上,最高达25.51dB.且该装置结构简单,调谐便利.