【摘 要】
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微波光子移相与相位编码信号生成技术作为雷达系统中不可或缺的关键技术,可以灵活控制波束指向,提高探测距离和距离分辨率,有效解决了传统电子技术存在的“电子瓶颈”问题。然而,随着高频电磁频谱的不断开发和使用,目前已有的光子移相与相位编码信号生成方案存在功能比较单一、无法实现频率大范围可调等问题,不能很好地满足未来高频率、大带宽、多功能、低损耗雷达系统的需求。因此,本文主要针对基于电光外调制的光子移相与相
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微波光子移相与相位编码信号生成技术作为雷达系统中不可或缺的关键技术,可以灵活控制波束指向,提高探测距离和距离分辨率,有效解决了传统电子技术存在的“电子瓶颈”问题。然而,随着高频电磁频谱的不断开发和使用,目前已有的光子移相与相位编码信号生成方案存在功能比较单一、无法实现频率大范围可调等问题,不能很好地满足未来高频率、大带宽、多功能、低损耗雷达系统的需求。因此,本文主要针对基于电光外调制的光子移相与相位编码信号生成技术展开研究,具体工作内容如下:（1）介绍本文的研究背景,总结了微波光子技术的优势与主要研究方向,分别归纳国内外微波光子移相与相位编码信号生成技术的研究现状。重点阐述几种电光外调制器的基本结构与工作原理,对基于马赫曾德尔调制器（Mach-Zehnder modulator,MZM）和双平行马赫曾德尔调制器（Dual parallel MZM,DPMZM）的一些常用边带调制方式做了详细的公式推导,最后概述了雷达脉冲压缩理论与相位编码信号。（2）针对已有微波光子移相方案中的倍频因子相对较小且比较单一的问题,提出一种基于偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器（Polarization division multiplexing DPMZM,PDM-DPMZM）的可调倍频因子多通道移相信号生成方案。在不使用滤波器的情况下,可以生成2、4、6、8、12倍频的移相信号,相位只需调节起偏器就能实现0～360°连续线性可调。生成的倍频移相信号具有平坦的相位响应和功率响应,频率可调谐性好,工作频率范围覆盖3.6～276 GHz,最高频率已接近太赫兹波段,在高频宽带雷达系统中具有广阔的应用前景。（3）为扩展系统功能,降低系统复杂度和成本,同时减小对高频器件的依赖性,提出一种二次谐波混频移相信号生成方案。通过改变直流偏置电压,可以生成上/下变频移相信号,同时适用于雷达发射机和接收机。该方案仅需调节偏振控制器即可生成相位全范围线性可调的混频信号,采用本振二次谐波分量参与混频,降低对本振信号频率和调制器带宽的要求。生成的混频移相信号在不同频率处相位响应和功率响应都较平坦,无杂散动态范围均高于106.98 dB·Hz2/3。（4）为提高雷达系统的探测距离和距离分辨率,在移相方案结构的基础上进行改进,分别提出一种可调倍频因子相位编码信号生成方案和一种双频相位编码信号生成方案。这两个方案均没有使用光滤波器,频率可调谐性好,能够生成任意进制的相位编码信号。可调倍频因子相位编码信号生成方案中,倍频因子可以在2～12之间调节,使得系统具有大带宽的特性。在双频相位编码信号生成方案中,采用平衡探测,有效消除了直流分量和其他杂散信号,提高输出信号质量,可灵活运用于双波段雷达系统,提升雷达系统的生存能力,降低误检概率,实现功能多样化。采用16位的伪随机二进制序列进行编码,对生成的相位编码信号进行希尔伯特变换,恢复出来的相位信息与原始编码信号一致,脉冲压缩处理后计算得到的脉冲压缩比也接近于理论值16,表明生成信号具有良好的脉冲压缩性能。
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