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从距离数十米或数千米远的远端天线单元将宽带、大动态的射频信号高性能传输到中心站,在商业和国防军事上均有很大的应用价值。射频光前端技术将射频信号调制成光信号并利用光纤传输到接收处理单元,并在接收端利用光电探测器还原射频信号。此外,射频光前端系统还可以利用光的方法实现射频信号从接近直流到毫米波段的超宽带频率下变换,以便后续的数字信号处理。与传统同轴电缆的射频链路相比,模拟的射频光前端系统具有宽带、低传输损耗和抗电磁干扰等技术优势,可广泛应用在民用通信、国防军事和航空航天等领域。高性能射频光前端系统研究的挑战在于如何高稳定性地抑制系统产生的噪声和非线性失真,实现大的系统动态范围。论文对基于数字相干接收的射频前端关键技术进行了研究,论文主要的创新工作如下：一、提出了基于单一相位调制器的高线性数字相干射频光前端改进型方案,以改善原有双平行调制器方案的技术缺陷。该方案利用铌酸锂相位调制器电光系数各向异性的特点,使用单一相位调制器完成原有双平行调制器结构的功能,并利用单一相位调制器TE和TM模两个正交的传输主轴实现零差拍链路,从而避免双平行调制器结构的延迟匹配问题。实验结果表明,辅助以线性化数字信号处理技术,该射频光前端系统的无杂散动态范围从112dB·Hz2/3提高到了123.8dB·Hz2/3,并且系统结构简单,性能稳定。二、尽管上述方案利用单一相位调制器大大减小了双平行调制器结构的延迟匹配问题,然而该方案仍需利用后续数字锁相环技术消除残留激光相位噪声,没有根本解决问题。由此,论文进一步提出了基于“偏振调制器—双平行偏振分束器”结构的数字相干射频光前端方案。该方案利用偏振调制器和偏振控制器的串联结构实现从偏振调制到差模强度解调的转化,并且通过两平行光路偏振态的调节来等效实现调制器偏振点的调节以得到正交的I/Q两路信号。由于该方案实现了从偏振调制到强度解调的转变,激光器相位噪声不再对解调信号产生扰动。实验结果表明,辅助以线性化数字处理技术,系统三阶交调失真功率得到了40dB的抑制,系统的无杂散动态范围达到了124dB·Hz2/3,并且性能稳定,无需外围辅助设备来消除激光相位噪声的影响。三、基于上述偏振调制器的射频光前端技术,进一步提出了具有全光超宽带下变换处理能力的射频光前端系统。该系统包含两串联的偏振调制器,分别用于远端射频信号的接收和中心站高功率本振信号的加载。接收信号和本振信号在光电探测过程中实现差频,从而得到所需下变频信号。连接级联调制器后的是双平行偏振控制器和偏振分束器组成的正交信号解调模块。实验结果表明,辅助以线性化数字信号处理技术,该下变频链路在Ku频段的无杂散动态范围从102.7dB·Hz2/3提高到了112dB·Hz2/3,并且在宽频带范围内系统工作性能稳定。