站内搜索:
 首页  学院概况  新闻公告  师资队伍  本科生培养  研究生培养  科学研究  交流合作  党建园地  学生天地  招聘招生  下载中心  院长信箱 
当前位置: 首页>>交流合作>>学术动态>>正文
电子信息学院高永胜副教授“微波光子I/Q混频技术”研究进展
2018-09-29 15:02   审核人:

微波I/Q混频器可实现微波信号正交上变频和正交下变频,广泛应用于现代电子系统中,是矢量信号直接调制、零中频接收、镜像抑制下变频、鉴频/鉴相等系统的关键组件。传统微波I/Q混频器通常由两个微波混频器、一个90度正交耦合器以及一个0度耦合器构成。由于电子器件固有的频率依赖性,正交耦合器难以做到宽频带内的相位平衡,两个混频器也很难在宽频带内实现平坦的变频效率,另外加上微波器件较差的隔离度,导致目前商用微波I/Q混频器面临带宽受限、幅相失衡、本振泄露和非线性失真等问题。

微波光子技术将微波信号搬移到光域处理,具有大带宽、低频率相关损耗、抗电磁干扰的固有属性。高永胜副教授2016年加入西北工业大学电子信息学院,近两年在微波光子I/Q混频技术方面取得重要进展。

为了解决微波光子混频在多通道光纤传输时面临的色散-功率衰落问题,高永胜提出基于偏振复用马增调制器的多通道混频系统。该研究将微波光子混频和模拟信号光纤传输相结合,借助光偏振调谐射频和本振信号的相位差,在实现微波信号高效率混频的同时,可将混频信号长距离多点馈送,实现射频天线的多站光纤拉远、降低天线站复杂度。该成果2017年发表于Journal of Lightwave Technology, 35(9): 1566-1574(二区,IF=3.652)。


根据射频电光调制上下边带的频率和相位对称特性,高永胜利用波分复用器实现射频和本振上下边带的分离和双通道下变频,通过调控调制器的工作点,将两个下变频通道的相位差稳定在90度,从而实现正交下变频。该成果2017年发表于Optics Letters, 42(6): 1105-1108(二区,IF=3.589)。


为了解决直接光电探测引入的直流偏移和偶次失真问题,高永胜通过调控光偏振的构造共轭光通道,以实现高精度、无频率依赖的I/Q通道平衡探测。与直接探测的微波光子I/Q下变频方案相比,所设计的方案将噪声系数降低2.2dB,二阶动态范围提高30.3dB。并利用该方案实现了超宽工作频段射频信号的零中频接收。该成果2017年发表于IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 65(11): 4513-4525(二区,IF= 3.176)。


在以上工作基础上,高永胜将微波光子倍频技术引入I/Q混频系统中,设计偏振复用光电I/Q接收方法,与偏振复用双平行马增调制器相结合,实现了微波光子谐波I/Q下变频。通过调制器偏置点和调制指数优化配置,实验演示了超宽带(10–40GHz)、低相位失衡(<1度)、大动态范围(>100dB)、高镜像抑制比(49.5dB)的谐波正交下变频。该成果2018年发表于Optics Express, 26(6): 7336-7350(二区,IF=3.356)。


在微波光子I/Q上变频方面,利用偏振复用的双平行马增调制器,构造出双通道的微波光子上变频系统,通过偏振调控和平衡探测,实现通道间的正交相位控制。该方案实现了16–40GHz射频信号的单边带上变频以及矢量信号直接调制,该成果2017年发表于Journal of Lightwave Technology, 2017, 35(18): 4023-4032(二区,IF=3.652)。


在以上基础上,设计出高频谱纯度的微波光子谐波I/Q上变频方法,通过通道复用技术改进和调制器工作点优化,解决了并行调制器调制效率不一致引起的幅度失衡以及本振泄漏问题。最终实验演示了超宽带(14–40GHz)、高边带抑制比(>20dB)、低载波泄露(<-20dBc)的单边带上变频,以及低误码(EVM<7%)的矢量信号直接调制。该成果2018年发表于IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 66(9): 4282-4292(二区,IF= 3.176)。


经过实验演示和测试,与美国Marki公司的超宽带微波I/Q混频器(MLIQ-1845)相比,所设计的微波光子I/Q混频系统在工作带宽、本振功率、变频损耗、I/Q幅度平衡度、I/Q相位平衡度、输入IP3点、本振/射频隔离度等关键指标上均有显著优势,在未来宽带毫米波通信、捷变频雷达、多频带卫星转发器,以及微波仪器测量系统中具有巨大的应用潜力。

    

美国Marki公司

MLIQ-1845

微波光子I/Q混频系统

本振/射频频率 (GHz)

18–45

6–40

本振驱动功率   (dBm)

11–18

4–14, 10 (Typical)

变频损耗 (dB)

9–13

1.7–7.5

幅度失衡 (dB)

0.11 (Typical)

0.4 (Max)

相位失衡 (Degrees)

5 (Typical)

0.9 (Max)

输入IP3 (dBm)

12–20

24.3 (26 GHz)

本振/射频隔离度(dB)

< -30

< -30

以上研究得到国家自然科学基金青年项目(61701412)、博士后创新人才支持计划(BX201700197)、中国博士后基金(2017M623238)、中央高校科研业务基本费(G2017KY0301)、国家预研基金(614241105010717)资助,并得到西北工业大学电子信息学院、西安空间无线电技术研究所各位老师的大力支持。

(电子信息学院 文/康博超 图/高永胜 审核/周德云)

 

关闭窗口
 
 通讯地址:陕西省西安市友谊西路127号西北工业大学电子信息学院  邮编:710072;联系电话:029-8843-1206  办公地址:西北工业大学长安校区   
版权所有:西北工业大学电子信息学院;    技术支持:西安博达软件有限公司