微波光子滤波器在复杂电磁环境下的应用

光纤光栅技术与应用专题讲座(四)

第7讲　微波光子滤波器在复杂电磁环境下的应用

Ξ

丁小玉1,张宝富2,谢　畅3(1.解放军理工大学通信工程学院研究生3队,江苏南京210007;2.解放军理工大学通信工程学院电信工程系;

3.解放军理工大学通信工程学院研究生1队)

摘　要:随着空间电磁信号越来越密集,电磁环境尤其是战场电磁环境变得更加复杂化,对各种通信设备和

武器装备构成了威胁。以无线方式传播的微波信号遭到了严重的干扰和压制,通信系统的距离大为缩短、性能急剧下降甚至无法实现通信。针对日益复杂的电磁环境,人们利用光纤的巨大带宽和天生的抗电磁干扰优势,采用光子学的方法产生、传输和处理微波信号,从而开辟了一个崭新的研究领域即微波光子学,微波光子滤波器是其重要的应用领域之一。在复杂电磁环境下,通过微波光子滤波器技术对微波信号进行处理可获得优越的性能,因而在军事通信中获得了广泛的应用。文中对微波光子滤波器的基本概念、结构原理、关键技术与实现方法进行了详细和深入的介绍,并探讨了其在复杂电磁环境下的应用。

关键词:复杂电磁环境;微波光子滤波器;光载无线;延时单元

中图分类号:TN 253文献标识码:A 文章编号:CN 3221289(2009)022*******

Ap p lica t i o n o f P ho ton ic 2m i c row a ve F ilte r i n C om p lica ted

El e c trom ag ne t i c Env iro nm e n t

D IN G X ia o 2y u 1,ZH AN G B ao 2f u 2,X I

E Ch ang 3

(1.Postgradua te Team 3I C E ,PLAU ST ,N anji ng 210007,C hina ;

2.D epa r t m en t of Te lecomm unicat i ons Engineer ing I C E,PLAU ST;

3.Postgradua te T eam 1I C E,PLAU ST )

A b s t r a c t :A s the density of elect rom agne tic signals is denser and denser in the space ,the

e lect rom agnet ic envir onm ent ,especia lly the ba t tle

f ield electrom agne tic environm en t becom es m ore and m ore com p lica ted .It threa tens the c omm unicat i on equi pm ent s and the w eapon fu rnishm ent .

T he m icrow ave signa ls using w irele ss suffe rs from se ri ou s jamm ing and supp ression,and the c om 2m unica tion distance and p erfo r m ance sha rp ly dec reases ,and even can not car ry ou t com m unica 2t i on.F aced w ith the m ore and m o re com pl ica ted elect rom agne tic environm ent,the p hoton ic m ethod w a s adop ted by u sing op t ica l fibe r ’s advant age of g reat w ide bandw idth and ant i 2jamm ing to generate,t ran s m it and p roce ss m icrow ave signals .A ne w study a rea ca lled m icrow ave pho tonic s w a s op ened ,w ith the m icrow ave pho tonic filte r a s one of the m o st i m portan t app lica tions .In c om 2p lica ted elect rom agne tic environm ent,bet ter perfo r m ances can be ga ined by using m icrow ave photonic filte r to p r ocess m icrow ave signal s,so the f ilt er can be w idely app lied in t he m ilita ry comm un ica t i on .In this p aper ,the basic concep t ,the st ructu re and p rinciple and the key technology f 2f 2　第30卷第2期

　2009年6月军　事　通　信　技　术Journa l of M ilita ry Comm un i ca ti ons Techno l ogy V ol .30No .2Jun .2009

Ξ收稿日期22;修回日期2326

作者简介丁小玉(3),女,硕士生o the photonic m icro w ave ilter were introduced and its app licati ons under co mp licated electro :20090110:200902:198-.

m agne t ic envir onm ent discussed.

Ke y w o rds :com p lica ted e lect r om agne t ic environm en t ;pho tonic 2m icrow ave f il ter ;RoF ;de 2

lay ce ll

在日益增强的复杂电磁环境下,无线和微波信号遭到严重干扰和压制,使得设备的通信距离大为缩短、通信性能急剧下降甚至无法实现通信,于是如何将微波信号调制到光域,在光域对其处理和光纤传输来解决这种问题成为通信发展的一种必然趋势,微波光子滤波器就是适应这种趋势而产生的。

所谓的微波光子滤波器是在光域内实现对微波信号进行滤波的技术,又叫做光子微波滤波器。与传统的微波滤波器的不同之处在于这种微波滤波器是用光纤和光器件来实现,实际上是一个光纤或光子学子系统。

微波光子滤波器按其是否有源,可以分为有源滤波器和无源滤波器;按其抽头数是否有限,可以分为有限响应滤波器(F I R )和无限响应滤波器((II R );按其是否相干,可以分为相干型滤波器和非相干型滤波器;按其是否可调谐,可以分为可调谐滤波器和不可调谐滤波器[1]。但主流的分类方法还是按照它的延时单元不同分为两大类,一类是利用光纤环作为延时单元,另一类是利用光栅作为延时单元。

图1　微波光子滤波器的结构原理示意图

1　基本原理与结构框图

微波光子滤波器的基本原理是通

过光纤延迟线(或其他机制)实现相同

或不同权重的分枝抽头从而实现滤波

功能[2],其结构原理如图1所示。

从图1中,可以看到R F (射频)信号x (t )经过一个电光调制器EOM (Electro 2Op t ic M odu la to r)调制到光波上,然后经过一个分路器,把光分成N 条支路。在每条支路中,光强受到了可控的调节a r ,并且分别经过不同的延时rT (r =0～N -1)。接着这N 束光波被合成一路光信号,通过光探测器PD (Pho tonic De tecto r ),最后输出R F 信号。输出R F 信号的

表达式是:y (t )=∑N -1

r=0a r x (t -rT ),其中T 为单位延时时间。

比较输入和输出信号,可以得到微波光子滤波器的传输函数:h (t )=

∑N -1

r=0a r ×Δ(t -rT ),对应的频域响应

为:H (f )=∑N -1r=0a r exp (-j 2Πrf T )。

图2　一个经典的基于FB G 的微波光子滤波器结构从传输函数和频域响应函数可

以看出,决定滤波器响应的两个重

要因素是每一路的权重a r 和延时

rT 。权重a r 决定了滤波器的形状,而

T 决定了自由光谱范围FSR (F ree

Spec tral R ange )的值为1

T 。

将延时单元替换为布拉格光栅

(FB G )就得到图2所示的基于FB G

的微波光子滤波器的结构图。

图中调制器出来后的信号进入了一个环行器,然后进入了一个光栅阵列。在光栅阵列当中实现了延时和对不同抽头的权值的控制组成光栅阵列的每个光栅的中心反射波长都不一样,而且相邻的两个光栅之间有个固定的距离间隔。这样经过调制的宽带光进入光栅阵列后,就根据波长的不同,被切割成和光栅数目69军　事　通　信　技　术2009年　2: