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。     

星载光电振荡器(OEO)实现方法研究

文章针对未来卫星领域对高频率、低相位噪声微波本振源发展需求,提出一种适应于星载应用的光电振荡器实现方法。首先介绍了光电振荡器应用背景、技术特点及发展现状。之后详细分析了星载光电振荡器的设计方法,给出了光电振荡器的振荡阀值、产生毫米波频率、幅度数学模型等,最后对光电振荡器的相位噪声性能进行详细分析。分析表明,利用光电振荡器能够产生超低相位噪声(-163d Bc/Hz@10KHz)的微波本振信号,且光电振荡器的相位噪声和振荡频率无关,星载光电振荡器为未来卫星领域提供一种可行的微波本振信号生成方法。     

多带通UWB信号光子学产生方法

基于多个不同权重与时延的doublet脉冲叠加,提出一种新的多带通超宽带（ MB-UWB）信号光学产生与传输的方法。射频（ RF）信号对光载波进行强度调制后,电高斯脉冲对光信号进行相位调制并利用标准单模光纤（ SMF）进行传输。 SMF实现相位调制-强度调制（ PM-IM）转换,产生doublet脉冲;实现多个doublet信号的时延差,产生叠加的UWB信号。通过调节RF信号源的频率可以实现UWB信号中心频率和带宽的改变;通过调节RF信号源的幅度可以实现边带抑制比的改变。仿真实现了边带抑制比大于25dB,中心频率5~8GHz,带宽2.9~3.8GHz的UWB的信号产生。     

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。     

基于双驱动DP-MZM的倍频双啁啾信号产生方法

提出了一种基于双驱动双平行马赫增德尔调制器（DP-MZM）的倍频双啁啾线性调频（LFM）信号产生方法。方案中，DP-MZM的上臂受射频驱动，产生偶数阶光边带；下臂受基带信号调制，产生单边带光信号。合理地设置驱动信号的调制系数和主调制器的直流相移，可抑制DP-MZM输出光信号中的载波分量。耦合光信号平方率检波后，可产生载波二倍频、带宽四倍频的双啁啾LFM信号。实验验证了所提方案的可行性，获得了载频 14 GHz、带宽1.6 GHz、时宽带宽积1600的双啁啾LFM信号。对波形进行自相关处理，1 μs的波形被压缩至0.762 ns，对应脉冲压缩比为1312。所提方案无需偏振器件和光滤波器，具有操作简单、调谐性高的优势，产生信号表现出好的旁瓣抑制性能和脉冲压缩性能。利用模糊函数分析了产生信号对雷达距离-多普勒模糊的改善，搭建了运动目标场景验证了产生信号的探测性能。     

全光纤陀螺及其相位调制器设计

光纤陀螺采用压电陶瓷相位调制器可以提高检测灵敏度和测量范围。一种实用。简便的压电陶瓷相位调制器的设计调试方法，在本文中作了介绍。     

基于光纤真延迟的信号交织采样技术研究

为了解决电子侦察系统大瞬时处理带宽难以实现的问题,参考借鉴目前主流高速AD器件内部的DEMUX模式,结合光纤真延迟技术,提出了一种利用光纤真延迟线控制精确时延的信号交织采样技术,仿真结果证明了该方法的有效性.     

基于铁氧体的Ka频段自动跟踪调制器设计与实现

文章针对铁氧体移相器相位温度稳定性差、所需驱动功率大的问题，设计了一种基于锁式铁氧体移相器的Ka频段自动跟踪调制器，采用和、差支路对称设计，以改善和、差支路相对相位温度变化的离散性；采用锁式移相器，选用运算放大器驱动N沟道与P沟道MOSFET栅极共接的推挽源极跟随器的功率放大，同时降低差支路移相器控制信号频率等方法，以减小驱动功耗。最终研制完成的自动跟踪调制器具有工作带宽宽、和差支路相位温度变化离散小、功耗低等优点。实测结果表明，在25GHz~27GHz频率范围内，在-10℃~+45℃温度变化范围内，和差支路相位变化离散≤15°，驱动功耗≤1.5W。该设备可以广泛应用于星载和地面单通道单脉冲角跟踪系统。     

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     

星载多体制变速率高速数字成形滤波器设计

卫星信道带宽资源有限,为了抑制码间干扰并提高频带利用率,必须在星载调制器中使用成形滤波器。随着对卫星数据传输速度需求的不断提高,可变速度编码调制(VCM)和自适应编码调制(ACM)应运而生,其核心思想是在不同的星地信道条件下使用预设的或自适应得到的调制体制和调制速率。基于该思想,提出一种基于多路并行且工作于固定频率时钟下的星载高速多体制变速率数字成形滤波器设计方案。仿真和实现结果表明,方案可行,性能良好,可以应用于星载高速多体制变速率调制器。     

基于PDM-MZM的线性模拟光链路设计

模拟光链路因其大带宽、低损耗等优势,在宽带无线通信、多基地雷达、卫星载荷信号馈送、电子战存储转发中极具应用前景，成为了当前微波光子领域研究的热点。然而由于电光调制和光电探测的非线性, 模拟光链路的动态范围受限。基于偏振复用马曾调制器的线性模拟光链路，通过改变两个RF信号的电功率比及两个子调制器的直流偏置点，可以分别改变调制指数比和光功率比，从而构造了两个相位相反的非线性失真信号以抵消链路的三阶交调失真，改善系统的无杂散动态范围。实验结果表明，与基于单个马曾调制器的常规链路相比，基于偏振复用马曾调制器的链路三阶交调失真被抑制33.7dB，无杂散动态范围提高17.6 dB，宽带射频信号的星座图和误差矢量幅度改善明显。     

空间太阳能电站反向波束控制仿真分析

分析几项重要的空间太阳能电站反向波束控制技术研究工作,提出空间太阳能电站微波无线能量传输(MPT)分系统的初步方案和主要参数,在此基础上建立空间太阳能电站微波波束发射和反向波束控制仿真模型,重点分析发射天线子阵列的微波馈电相位误差、频率误差和姿态误差等因素对于系统传输效率的影响,相关结论将为微波无线能量系统的设计和微波无线能量传输技术的研究提供参考。     

空间激光通信系统光电器件辐射效应研究

针对空间激光通信系统所用高速半导体激光器、光电探测器、掺铒光纤放大器(EDFA)、石英光纤等关键器件,开展电子、质子和γ射线辐照试验。半导体激光器经~(60)Co-γ射线和电子加速器辐照后斜率效率发生轻微下降,下降程度与总剂量大小有关;而光功率在电子辐照后出现严重下降,表明电子辐照比γ射线产生更多的损伤,可以归因于电子造成的位移损伤。PIN光电探测器在质子辐照后,暗电流和电容都明显增大,主要是由于质子造成的位移损伤引入深能级缺陷增加势垒,导致光电探测器性能退化。EDFA系统的掺铒光纤经~(60)Co-γ射线辐照后,对系统的增益和噪声影响很大。石英光纤主要受总剂量效应影响,辐射损耗随光纤通入的光波波长增大而减小,而且光纤损耗的剂量率效应不明显,实际试验可以根据试验条件选择适当的剂量率。研究结果可为空间激光通信系统的元器件选型、辐射效应评估与抗辐射加固设计提供参考数据。     

一种新型微带宽频带180°调制器

该文在ε_r=9.6的微波复合介质材料上设计和研制了一种工艺上易于实现的新型宽频带180°调制器。实验表明:在3.65—4.35GHz 频率范围内,其驻波比小于1.46,插入损耗小于1.1dB,幅度不平衡小于±0.30dB,相位不平衡小于±3.2°。     

新型大尺度空间微波功率发射阵列的考虑

以空间太阳能电站为应用代表的微波功率传输系统中,微波功率发射阵列是其中的核心组成部分。为保证特定传输距离限制下的波束收集效率,目前国际上多种空间太阳能电站方案中收发天线口径都达到了km级以上。在空间构建大尺度的微波功率发射有源相控阵,面临的主要问题有：发射阵列电性能的高要求、发射阵列折叠状态的总体积限制、大功率发射阵列的热控问题。针对这些问题,文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列的一些研究及设计考虑,主要包括大尺度阵列同源分发倍频的频率分配方案;高效率高集成功率发射组件技术;大尺度阵列相位同步与误差自校正技术;低剖面天线结构及型面误差补偿技术;大型天线3D打印在轨建造方案设想以及空间微波功率发射阵列热控新思路等。文章提出了新型大尺度空间微波功率发射阵列3个方面的6个主要问题,可为空间太阳能电站系统提供可优化、开放性的设计与发展思路。     

单片机波形发生器的设计

该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和锯齿波，波形为双极性，频率和幅值可由键盘设定，频率在0-8kHz范围内可任意设定，并可按步进120μs调整，幅值在-5～＋5V范围内可任意设定，并可按步进0．04V调整。该波形发生器基于AT89S51单片机，由D／A波形发生模块、数码管显示模块、键盘输入模块、波形数据存储模块组成。波形的类型、频率和幅值能够在七段LED数码管上实时显示。它还具有掉电保护功能，可存储掉电前的波形和设置。     

用于微波无线能量传输的无衍射电磁超表面设计

微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。     

高速并行2 倍符号速率采样数字成形滤波实现及分析

随着数传系统传输信息量的不断增大,需使用8PSK 等高阶调制和成形滤波相结合进行传输。基于FPGA 和高速DAC 的数字成形滤波由于具有参数灵活可配置、适应性强等众多显著优势,正逐渐取代传统的模拟滤波器。由于传输速率很高,成形滤波采样倍数选择通常不能太高。为减轻DAC 采样压力,减小FPGA 与DAC 之间传输数据速率,设计基于2 倍符号速率采样的数字成形滤波器并通过查找表与并行滤波相结合的方法进行实现,所占用FPGA 资源明显小于3 倍采样。构建测量系统进行实物测试,测试结果表明:在8PSK 700Msps 符号速率(信息速率2. 1Gbps)传输条件下,进行2 倍采样时,星载调制器EVM 达到10. 3%,动态幅度不平衡0. 095dB,相位不平衡2. 034°,主要性能指标满足工程应用使用需求。EVM 虽稍差于3 倍采样,但DAC 采样频率降低了1/3,减小了FPGA 与DAC 之间传输数据速率,进而提升了传输效率,为后续星载高速调制器研制提供了参考,在高速率传输时具有广阔的应用前景。     

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。     

遥感卫星OFDM高速数据传输系统

研究和设计了一种用于遥感卫星高速数据传输的传输系统方案。该系统采用具有高带宽利用率和良好抗多径衰落性能的正交频分复用(OFDM)技术。文中着重分析和设计了在大多普勒频移以及Rician衰落条件下的卫星信道编码调制参数、频率和时钟捕获与跟踪算法、信道估计、克服星上非线性放大器的影响等关键问题，以实现星地之间的高速宽带传输。最后还介绍了有关发送和接收机的实现结构。