集成微波光子技术的现状及其宇航应用浅析

集成微波光子技术具有小尺寸、大宽带、可调谐和低功耗等优势，在未来高通量卫星载荷技术中极具应用前景。本文围绕集成微波光子技术宇航应用的两个关键技术--集成光子技术和集成封装技术，通过分析近几年国内外的发展状况，对目前我国集成微波光子宇航应用所面临的几项挑战进行了总结与分析。     

基于双驱动调制的低噪声微波光子混频器

微波光子混频技术是利用光域频谱搬移间接实现微波信号与中频信号之间的频率变换，它具有工作频段高、瞬时带宽大、多通道并行处理能力强等优势。本文设计采用双驱动调制器实现光域微波信号下变频功能，通过对该微波光子混频器的建模与仿真，分析了影响混频器变频性能的因素。并且针对该架构开发了相应的变频模块，同时配置了相应的前置低噪声放大器与中频滤波器来进一步抑制噪声、改善杂散抑制度。通过测试，该模块在24GHz-28GHz频率范围内变频增益＞0dB，噪声系数＜20dB，SFDR约为102dB.Hz2/3，较传统级联调制器方案的微波光子混频器在变频效率与噪声性能方面有显著提升     

可重构多维度探测微波光子雷达

随着“太空经济”时代的到来，大国间的太空竞争也愈发激烈，对星载雷达探测系统的测量精度和多维度目标参数测量提出了更高要求。现有的星载雷达系统主要采用传统微波技术实现，面临电子器件速率低、工作带宽小、可重构性差等问题，这些问题越来越成为限制星载雷达系统进一步发展的瓶颈。将微波光子技术引入雷达系统可利用光子技术高频率、大带宽、可重构的特点有效克服电子技术的局限性，突破雷达技术瓶颈。阐述了可重构多维度目标探测微波光子雷达的特点和基本结构，介绍了多维度目标参数测量和雷达波形可重构的原理与方法，并对星载微波光子雷达的发展趋势和特殊应用环境需要考虑的问题进行了论述。随着微波光子雷达技术研究的不断深入和光电集成技术的迅速发展，微波光子雷达有望在未来星载雷达系统中得到大规模应用。     

微波光子技术在电子对抗中的应用

由于光子技术的宽带和低损耗优势,微波光子技术已经在电子对抗领域中尤其是在微波信号的产生、处理、控制及传输等方面引起了强烈关注.着重阐述了微波信号的光子方法产生及处理、光子微波滤波器、光真延时波束形成以及光学A/D模数转换等技术,最后给出了结论.     

微波光子技术在信号情报侦察中的应用研究

由于微波光子技术的宽带特性、低损耗和抗干扰等优势,微波光子技术在信号情报侦察领域已经引起了强烈关注,尤其在微波信号的产生、处理、控制及传输等方面。着重对微波光子中光学真延时光控阵列技术和光学模数转换技术在宽带信号情报侦察系统中的应用进行了研究。分析了当前信号情报侦察系统面临的问题以及利用微波光子技术的解决框架思路,阐述了光学真延时技术和光学高速模数转换技术的基本原理及关键技术实现途径,并对应用前景进行了分析,最后给出结论。     

光电微系统技术发展综述

光电微系统具有探测精度高、处理速度快、传输通量大等优势,在信息传输、目标探测和光子处理等方面具有广泛应用。本文综合国内外光电微系统产品和技术现状,重点从信息传输、目标探测和光子处理三个方面展开叙述,讨论了激光器、调制器、波导等光电器件,并对三维集成技术和光电微系统平台进行简介。简述了国内外有关光电微系统的发展计划,提出了国内发展独立的微系统平台和相关技术的迫切性和必要性。     

面向高分辨率雷达的微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术研究进展[

随着对高精度探测的不断追求，未来雷达系统正朝着大带宽的方向发展。目前的雷达系统，主要利用传统的微波技术生成雷达信号，受到电子瓶颈限制，单路带宽仅在2 GHz左右，难以满足高精度雷达探测的技术需求。微波光子信号生成技术具有大带宽的技术优势，被认为是可突破电子瓶颈的一种有效技术手段。可将微波光子信号生成技术引入雷达系统中，直接生成带宽高达41 GHz的雷达信号，从而大幅提高雷达系统的探测分辨率。文章首先介绍了微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术的应用情况，然后分类介绍了微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后对各类微波光子大带宽脉冲压缩信号生成技术进行了对比分析，并分析了限制其实际应用的具体问题。     

面向卫星载荷的大瞬时带宽微波光子信道化接收变频技术研究进展

随着卫星通信技术的飞速发展，以及卫星多功能融合技术的需求，未来卫星通信正朝着多频段、大带宽、多波束、配置灵活的方向发展。目前广泛应用于各个领域的卫星通信射频前端，主要采用传统的微波技术进行微波信号的信道化接收变频，带宽限制在GHz以下，无法满足大瞬时带宽信道化接收变频需求。将微波光子技术引入卫星通信射频前端可有效突破电域信道化接收变频技术瓶颈，简化射频前端的系统架构，提高卫星载荷性能。本文首先介绍了星载微波光子信道化接收变频技术的特点及基本结构。接着分类介绍了微波光子信道化接收变频的工作原理、主要实现方法及研究进展，最后给出大瞬时带宽微波光子信道化变频技术发展趋势及应用前景，为大瞬时带宽微波光子信道化接收变频设计及应用提供技术支撑。     

用于通信卫星的宽带微波光子链路性能研究与验证

随着卫星通信技术的飞速发展,以及卫星多功能融合技术的需求,未来卫星通信正朝着多频段、大带宽、多波束、配置灵活的方向发展,这对传统基于电子技术的卫星载荷多格式多频段信号接收及中继转发提出了挑战.本文利用微波光子技术格式透明、工作频段透明的优势,给出了基于微波光子技术的宽带通信卫星载荷结构,该结构在采用传统微波高功率发射及多路信号合成基础上,引入微波光子技术进行多格式多频段微波信号的光调制、光域微波信号宽带接收及转发.在此基础上建立了相应的用于宽带通信卫星的微波光子链路测试验证系统,对诸如噪声系数、系统线性特性及宽带信号传输特性等主要性能进行了详尽的分析与验证,测试结果表明该系统在S/C/Ku/ka频段具有良好的宽带线性特性和传输性能,且该性能与系统的调制灵敏度和解调灵敏度密切相关.     

可编程微波光子芯片研究现状及发展趋势

可编程微波光子芯片是可以通过编程控制改变芯片功能，用于处理微波信号的光子芯片。它可以在同一芯片上软件定义不同的光学处理单元，以实现滤波、移相、延时等多种信号处理功能。相比于只能实现特定功能的专用微波光子芯片，可编程微波光子芯片功能可重构，可广泛应用于通信、雷达等光电子系统中，提升系统灵活性。本文对可编程微波光子芯片的研究现状进行了梳理，介绍了其光路拓扑、主要实验结果和关键技术并对可能的发展方向进行了总结。     

面向下一代载荷系统应用的光子集成芯片探索

文章以光子集成技术在未来卫星宽带通信与中继一体化系统应用为出发点，开展光子集成载荷应用需求分析，完成了模拟光处理与数字光处理、模拟片上处理与离散光处理的区别分析及特性梳理。重点介绍了现行的光子载荷搭载验证情况，完成光子载荷与传统射频载荷体积、重量、功耗对比分析。在此基础上，提出一种全芯片架构的光子处理转发载荷系统，并完成相应的功能拆解及业务划分，梳理下一步需要重点攻关的片上关键技术，为构建通用化、小型化、多波束并行的高通量卫星通信载荷系统提供技术支撑。     

基于微波光子技术的高通量卫星研究进展

高通量卫星(High Throughput Satellite,HTS)是新一代宽带通信卫星的统称.一方面可用于远程教育、远程医疗、应急救灾等公益事业,另一方面可以为个人和企业提供宽带多媒体和高速率的Internet等商业应用.首先介绍了高通量卫星通信的概念,对基于微波光子技术的高通量卫星进行需求分析,接着对国内外高通量卫星的发展现状进行了详细介绍并进行了对比分析.在此基础上,给出了基于微波光子技术的高通量卫星通信系统组成初步构想,最后给出了总结和展望.基于微波光子技术高通量卫星可实现星载宽带信号光域窄带处理、大规模交换转发和光控波束形成,不仅能够解决当前高通量卫星应用中的问题,满足多用户多业务需求,还兼具频谱效率高、宽带大、吞吐量高等优点,有助于推动卫星载荷向宽带化、阵列化、一体化、小型化和通用化发展,具有重要的意义.     

星上高性能集中式本振信号光学研究

因随着卫星通信系统向高频段、大带宽、多通道方向发展,传统微波技术在高频微波信号的产生、馈送、交换等方面越来越多受到电子瓶颈的限制,而微波光子学作为一门淅兴学科可解决上述问题,对星上高性能集中式本振信号产生及多路馈送技术进行了研究。研究了两种高频微波本振信号产生方法,用低频射频信号或无需射频信号输入即可生成高频的微波本振信号,大幅降低系统对光电器件带宽的要求。一种是基于两个级联马赫-曾德尔(MZ)调制器的高频微波信号产生方法,可生成八倍频微波信号,调节输入射频信号频率即可调整生成微波信号的频率,系统可调谐性较好。另一种是基于光电振荡器的微波信号生成方法,通过设置偏振调制器、MZ调制器及移相器的参数,可实现对光电振荡器环路谐振信号的四、六和八倍频。分析了高频微波本振信号光纤馈送中损耗和色散的影响,发现两者对星上微波本振信号的馈送影响很小,且星上馈送系统的体积和重量可明显降低。研究将为微波光子技术用于星上载荷提供理论基础和技术支撑。     

高温超导谐振器技术及其应用研究综述

目前,用超导临界温度比较高、微波表面电阻Rs较小、超导性能稳定的高温超导薄膜制成的高温超导谐振器已在工程上得到广泛应用。高温超导谐振器较其他谐振器具有Q值高、噪声小、损耗低等优点。它不仅可作为高性能微波器件使用,还可用来开展超导薄膜或介质衬底材料的微波性能研究,在航天领域有望用于空间原子钟。文章对高温超导谐振器的原理、结构、各领域应用及国内外研究情况进行综述,并给出我国发展此项技术的建议。     

基于微波光子I/Q混频的宽带低失真多普勒频移模拟

受射频前端带宽、模数转换器采样率和有效位数的限制，现有基于数字射频存储的多普勒频移模拟器逐渐难以满足当前雷达系统大瞬时带宽、低杂散失真的测试需要。文章利用最新的微波光子技术，提出一种基于微波光子I/Q混频的多普勒频移模拟方法，并进行了实验验证。利用微波光子技术的大带宽特性，该方案可对不同频段（15GHz与20GHz）的单音和宽带射频信号进行大范围（5MHz到25MHz）、高杂散失真抑制（大于30dB）的多普勒频移，多普勒频移方向、回波信号功率也可动态控制。该方法可为未来雷达目标多普勒频移模拟提供新思路，显著提高模拟带宽和回波质量。     

相控阵雷达系统天线前端的光子技术

介绍了目前相控阵雷达系统天线前端正在发展的几种光子技术,即微波准光学有源阵列天线、光控可重置天线和未来理想的光子天线技术,分析了它们的工作原理和特点。     

波带片衍射成像技术在对地观测卫星中的应用

介绍了国外波带片衍射成像技术在对地观测领域中的发展,论述了光子筛技术的演化历程,并总结了衍射成像技术在国外高轨和低轨卫星成像中的应用,提出了波带片衍射成像技术可使“低轨成像卫星小型化”和“高轨成像卫星高分（辨率）化”的优势,及目前国外在研究波带片衍射成像技术中存在的带宽较窄、薄膜折叠展开方法、衍射透镜面形保持等问题,并对中国开展用于对地观测的波带片衍射成像技术的研发提出了建议。     

用于PolyStrata技术的光刻工艺探索研究

在高集成的射频微机电系统RF MEMS（Radio Frequency Micro Electro Mechanical System）器件的发展趋势下，三维集成工艺的研究越来越多。基于PolyStrata技术的三维多层堆叠同轴器件以其无色散、低损耗、超宽带的优势脱颖而出，PolyStrata技术使用紫外厚胶作为牺牲材料，对光刻胶粘附性、精度、工艺兼容及释放性能要求高，常规厚胶难以满足。探索A、B两种紫外光刻厚胶，对两者工艺参数及图形质量进行对比研究。结果表明，光刻胶A厚度均匀性为98.6%，图形偏差小于10μm；光刻胶B图形偏差小于5μm，但均匀性较差，约80.4%。     

聚酰亚胺介质膜高频薄膜电容制作工艺

概述了用聚酰亚胺材料做介质的高频薄膜电容及其微波混合集成电路的制作工艺的理论基础，介绍了高频薄膜的制作工艺过程及关键工艺技术和达到的技术指标。用聚酰亚胺做介质膜的高频薄膜电容能够承受弹上产品要求的各项环境试验，性能稳定、质量可靠。     

光子射频干扰对消技术研究进展

射频自干扰是同时同频全双工技术应用面临的关键问题之一。光子射频干扰对消技术与传统的电学对消技术相比，具有工作带宽大、调节精度高等特性，在实现宽频段、大带宽、高干扰抑制度方面极具性能优势和应用潜力。文章介绍了光子射频干扰对消的基本原理，对影响干扰抑制效果的因素进行了仿真分析。从干扰对消相位反相条件的实现、多路径干扰消除、光子集成对消芯片三个方面给出了光子射频干扰对消技术的研究进展，对该技术的发展趋势和实际应用需要考虑的问题给出了论述。