全光微波信号处理技术分析

曾庆余空军预警学院

全光微波信号处理技术分析

曾庆余
空军预警学院

摘要：当前国内网络技术的普及面越来越广，而人们对于当前无线通讯的需求度也在不断提升，并且现代无线通讯的频段开始向高频区发展。但是传统的信号处理技术对于高频区信号的处理效果较差，无法满足稳定的通讯需求，加之频率提高后其在空气中传播时的损耗也会增加。而光子则具有较大的带宽优势，因此利用光子技术能够有效处理高频段信号。本文即是对全光微波信号处理进行进行研究，先对微波光子滤波器处理技术进行介绍，并说明了三种实现微波光子滤波器的技术，以期能为相关工作提供参考。

关键词：信号处理技术；微波光子技术；微波光子滤波器

微波主要指的是波长在红外线和高频波段之间的电磁波，其波长的范围大约在1m到1mm之间，所对应的频率则在300MHz到300GHz之间。在现代社会当中微波的应用面较广，而且被更多地应用在了无线通讯技术领域，但随着无线通讯容量的不断提高，所使用的微波频段也需要相应提升，但是对高频段的微波处理却更加困难，只有利用现代光子处理技术才能够保证保证现代通讯技术的稳定使用。

一、微波光子滤波器的概述

在现代微波信号处理技术当中应用效果较好的应是微波光子滤波器，这种技术继承了光子技术本身带宽上的优势，并且还可以携带更高频率的信号数据。同时这一技术本身还具有较强的可调谐性、重构性等特点，对于微波通讯当中产生的干扰情况也有较强的抵抗作用，因此也成为了当前微波信号处理技术研究当中的热点课题[1]。

二、微波光电子滤波器的实现技术

（一）电光相位调制器和失谐滤波器的组合技术

在20世纪末期时，西班牙的光电子物理工程师就提出了对于微波光电子滤波器的实现基础，其当时主要是在原有的有源环内，利用强度调制器讲环内的微波损失进行调整，进而实现对光电子滤波器抽头系数的改变，并由此改变了滤波器原有的通带情况。

在这一技术下主要是利用光学分析仪对设备接收到的微波信号的频率进行测定；而偏振控制器则主要对设备输出光源信号的偏振角度进行控制；在设备的有源环内加入了放大器，从而能够将接收后转化的光电子信号进行放大，同时还能够利用电光调节器来实现对转化后的光子信号进行进一步的调节。在实际应用过程中，如果EOM端所接收的微波信号的损耗较低，则此时微波光子滤波器的抽头系数则较大，反之较小，这样也就实现了对通带情况的进一步调节。在随后的2001年时有澳大利亚科学家对这一技术进行了完善，并研发出了平通带陷波器，这一微波信号处理技术主要就是利用平衡探测器对信号进行调节，虽然调节方法较为简单，但是由于实际应用过程中的带宽完全取决于该技术元件的属性，因此导致该技术设备的制造成本较高，不利于大面积的推广[2]。

（二）电光相位调制器和可调光学滤波器组合技术

可调光学滤波器主要的作用就是对光载波进行失谐控制，在技术设计过程中同时利用两个可调光学滤波器，并将其与光电相位调制器技术进行稽核，进而能够对高频段下的微波信号和平通带下的信号进行切换处理。

在这一技术的设计当中，利用半导体激光器作为光子发射的源头，并采用连续发射的方式向光电相位调节器提供调制光源，在经过调制后所产生的信号则可以通过设备内的衰减器对光子的输出功率进行控制，这样就能够使其满足设备当中光耦合器的需求，避免频率过大影响设备的读数。但是在传递的光电子信号当中仅有一部分是进入到光耦合器当中，并且这部分信号能够直接被传送到带通滤波器内，而另外一部分则被传送到有源循环延时环当中。在这一技术下，对电光相位调制器进行驱动的信号主要来源于矢量分析仪，而这一分析仪能够发射各频率下的正弦波，而电光相位调制器的功能就是将不同频率的正弦波加载到同一相位上，并形成光载波。

在一部分洗好进入到有源循环延时环当中时，就可以被放大器对其频率进行调整，然后经过滤波器的失谐功能对其进行再次的调整，并再次传送到光耦合器当中进行输出。其中滤波器的功能表现在两个方面，其一是有效对微波信号经放大器调整后所产生的辐射噪声进行控制；其二则是能够对相位调整后的信号进行失谐调整，就能够有效强化微波信号的传递，从而保证无线通信状态下信号的稳定和数据的保存。

（三）电光相位调制器和法布里-珀罗半导体放大器（FPSOA）结合技术

在微波信号的实际处理当中，往往会遇到需要将多个频率下的信号同时加载到同一个光载波当中，而实现这一目标的方式就是使用单通带微波光子滤波器。该技术是在2006年时由西班牙电子工程学家研制的，其主要是将宽带光源加载到了MZI干扰仪上，进而获得了这一滤波器的雏形，但这一雏形机在实际应用过程中在频率为0时的频段下也会产生通带，因而导致设备整体的调谐性较低。随后世界各国科学家开始对其进行改造，并且最终与2010年时正式研制成功，其利用FP-SOA代替原有的放大器，进而对0频段下的通带进行了有效的调节，并且使得微波光子滤波器的Q值达到了252[3]。其中FP-SOA元件本身的输出稳定性较大，而且还保留了反射率，能够使元件当中的FP腔和SOA增益功能进一步融合，从而有效提升了微波信号处理设备的可调谐性。

结语

现代对于微波信号处理技术的需求度越来越高，传统技术已经无法满足现代需求，必须利用微波光电子滤波器来实现，而这一技术则可以利用电光相位调制器和失谐滤波器的组合技术、电光相位调制器和可调光学滤波器组合技术、电光相位调制器和法布里-珀罗半导体放大器结合技术来实现。

参考文献：

[1]王超.基于光纤布拉格光栅的微波光子信号处理[J].数据采集与处理，2014，29（06）：859-873.

[2]王书楠，杨建华，周仁江，等.微波光子技术在电子战中的可能应用和发展[J].电子对抗，2014（04）：18-23.

[3]油海东.基于双芯光纤的光信号处理技术及其应用研究[D].北京交通大学，2015.

作者简介：曾庆余（1991-），男，山东人，本科，研究方向：信号与信号处理。