微波光子滤波器在复杂电磁环境下的应用
通信系统中滤波器的应用及分析
摘要随着数字革命的出现，使得万维网、卫星广播、移动和长途电话等服务成为可能，但对于现代卫星通信和陆地移动通信系统来说，有限的频谱已满足不了人们的需求。
而滤波器就作为了现代通信系统必不可少的选频器件,其作用日益突出,滤波器性能的优劣直接影响整个通信系统的质量。
当今无线通信技术的发展对微波电路的性能要求越来越高、种类越来越多，新的工艺和设计方法也相应层出不穷。
而带通滤波器作为其中的一个重要器件其相关技术也得到了广泛而深入的研究和长，足的发展。
传统的数字滤波器设计计算繁琐，尤其是设计高阶滤波器时工作量大，利用Matlab可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。
本文介绍了有限长单位冲激响应FIR数字滤波器的传统设计思想和步骤，同时也介绍了利用MATLAB对FIR数字滤波器进行设计的方法、设计的操作步骤以及对设计的滤波器的仿真。
关键词：现代通信；滤波器；MATLAB；仿真；目录摘要 0引言 (2)第一章现代通信系统与滤波器 (3)1.1通信领域滤波器的发展历史 (3)1.2现代通信对滤波器的要求 (3)1.3微波滤波器的现状及发展趋势 (3)1.4 数字滤波器在通信中的应用 (3)第二章Matlab及其组件介绍 (4)2.1 Matlab简介 (4)2.2 simulink简介 (4)2.3 FDATool简介 (5)第三章FIR数字滤波器设计的Matlab设计 (7)3.1 窗函数法 (7)3.2 频率采样法 (7)3.3 仿真函数 (8)3.4 FIR数字滤波器仿真 (9)3.5 利用simulink进行通信系统仿真 (10)3.5.1 利用FDATool进行设计 (10)3.5.2 FIR滤波器仿真 (11)3.5.3 改变参数 (11)3.5.4 结果分析 (12)第四章 IIR带通滤波器 (13)4.1 设计任务 (13)4.2 IIR设计方法 (13)4.3利用simulink进行通信系统仿真 (15)4.3.1 利用FDATool进行设计 (15)4.3.2 IIR滤波器仿真 (16)4.3.3 改变参数 (16)4.3.4 结果分析 (17)第五章总结与心得 (18)5.1设计总结 (18)5.2自我总结 (18)致谢 (19)参考文献 (20)引言随着人类无线通信技术的快速发展，现如今相距遥远的人们随时随地保持联络已经不再是不可能。
可调谐可重构微波光子滤波器的研究
可调谐可重构微波光子滤波器的研究微波光子学是一门涉及光学、微波和电子工程的多学科交叉领域。
微波光子滤波器作为微波光子学的一个重要应用,在学术界和工业界引起了广泛的关注与研究。
与传统微波滤波器相比,具有传输损耗低,尺寸小、重量轻、可用带宽大、适应环境广、抗电磁干扰等优点,同时还具备可调谐可重构的优点。
随着通信传输速率的提高和信息处理的高精密度要求,在实现射频信号复用时,需要根据信道要求来合理配置信道带宽,从而达到资源的合理分配与充分利用,避免了不必要的带宽冗余和能量损耗。
因此研究并设计通带带宽可灵活重构、中心频率可连续调谐的微波光子滤波器具有实际意义和应用价值。
为了克服传统微波光子滤波器的频率响应周期性,近十年来,利用受激布里渊散射效应处理光信号被研究者们应用到各种各样的滤波器结构中。
基于受激布里渊散射效应的滤波器原理是将信号有选择的放大或衰减,而对带外噪声完全不放大或衰减,因此可以将受激布里渊散射谱看成是一个具有高选择性的光域滤波器,而且,布里渊散射谱的线宽很窄,在普通单模光纤中约为几十兆赫兹。
受激布里渊散射还是一种具有低阈值的非线性光学效应,对于微波光子系统中的光纤长度要求并不十分严格,并且可以将光波导作为传输介质实现微波光子滤波器的集成化,减小系统体积和能量损耗,推进微波光子滤波器的商业发展。
本文的设计思想是基于受激布里渊散射效应,结合光频率梳技术以及数字调制技术,实现滤波器通带带宽的灵活重构。
由于光频率梳的频率间隔和基带码型速率在电域中的可控精度高,并且布里渊散射谱的本征线宽较窄,因此本文设计的滤波器带宽重构可控精度高。
利用受激布里渊散射效应的频移特性,本文设计的滤波器中心频率可连续调谐。
具体的设计思路、研究工作及创新点如下:1.本文设计的基础是基于受激布里渊散射与相位调制相结合的滤波器结构。
采用两个独立可调谐的激光源,分别作为泵浦光和探测光,利用布里渊散射谱对相位调制信号边带选择放大,在光电探测器中拍频后,实现中心频率调谐范围为2倍的布里渊频移的窄带宽单通带滤波器。
《2024年微波滤波器智能优化设计的关键技术研究》范文
《微波滤波器智能优化设计的关键技术研究》篇一一、引言随着无线通信技术的快速发展，微波滤波器作为无线通信系统中的关键元件，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。
因此，微波滤波器的设计技术一直是研究的热点。
传统的微波滤波器设计方法主要依赖于经验设计和手工优化，效率低下且难以满足日益复杂的系统需求。
因此，研究微波滤波器智能优化设计的关键技术具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、微波滤波器的基本原理与结构微波滤波器是一种用于传输和分离信号的电子设备，其主要功能是使有用信号通过并阻止或减小无用信号的传输。
微波滤波器的结构包括多种类型，如波导滤波器、同轴线滤波器、介质滤波器等。
其中，介质滤波器因具有小型化、高性能等优点，被广泛应用于现代无线通信系统中。
三、传统微波滤波器设计方法的局限性传统微波滤波器设计方法主要依赖于设计者的经验和手工优化，存在以下局限性：1. 效率低下：传统设计方法需要大量的人力和时间进行反复调试和优化。
2. 难以满足复杂需求：随着无线通信系统的日益复杂，传统设计方法难以满足系统对滤波器性能的复杂需求。
3. 缺乏灵活性：传统设计方法难以实现快速设计和批量生产。
四、智能优化设计技术在微波滤波器中的应用针对传统设计方法的局限性，智能优化设计技术被广泛应用于微波滤波器的设计中。
智能优化设计技术主要包括遗传算法、神经网络、深度学习等人工智能技术。
这些技术可以自动学习和优化滤波器的设计参数，提高设计效率和性能。
1. 遗传算法在微波滤波器设计中的应用：遗传算法是一种模拟自然进化过程的优化算法，可以自动搜索最优解。
在微波滤波器设计中，遗传算法可以用于优化滤波器的拓扑结构和尺寸参数，提高滤波器的性能。
2. 神经网络在微波滤波器设计中的应用：神经网络是一种模拟人脑神经元结构的计算模型，具有强大的学习和预测能力。
在微波滤波器设计中，神经网络可以用于建立滤波器性能与结构参数之间的非线性映射关系，实现快速设计和优化。
2024版MPF微波光子学滤波器详解PPT课件
通过分析MPF中各个模式之间的耦合关系来设计滤波器。这种方法可以处理多模耦合和模式转换等问题， 但需要较高的数学基础和计算能力。
关键技术挑战及解决方案
光电器件性能限制
光电器件的带宽、损耗、噪声等 性能会直接影响MPF的性能。解 决方案包括采用高性能的光电器 件、优化器件结构和工艺等。
温度稳定性问题
MPF的性能会随温度的变化而发 生变化，影响滤波器的稳定性。 解决方案包括采用温度补偿技术、 选择温度稳定性好的材料等。
偏振相关问题
MPF对输入光的偏振状态敏感， 不同偏振态下滤波器的性能会有 所不同。解决方案包括采用偏振 不敏感的光电器件、设计例
宽带MPF应用案 例
02
MPF在微波光子学 系统中的应用
03
MPF的性能参数及 优化方法
04
MPF的实验设计与 实现
学生自我评价报告
对MPF微波光子学滤波器的理解程度 在课程学习过程中的收获与不足 对实验设计与实现的自我评价
对未来学习方向的建议
01
深入研究MPF的性能优化方法
02 探索MPF在新型微波光子学系统中的应用
MPF技术原理
利用光子学方法实现微波信号的滤波处理。
MPF技术特点
宽带宽、低损耗、可调谐、抗电磁干扰等。
MPF实现方式
基于光纤光栅、微环谐振器、马赫-曾德尔干涉仪 等。
02
MPF结构与工作原理
Chapter
常见MPF结构类型
光纤光栅型MPF
利用光纤光栅的周期性折射率调制实现滤波功能，具有插入损耗低、带宽可调等优点。
新型材料
如二维材料、拓扑材料等，在微波光 子学滤波器中具有优异的光学、电学 和热学性能，为滤波器设计提供了更 多的可能性。
微波光子滤波器的研究进展及其在ROF系统中的应用
微波光子滤波器的研究进展及其在ROF系统中的应用1微波光子滤波器概述1.1微波光子滤波器的发展及应用微波光子滤波器是一个利用光学方法处理微波信号并实现滤波功能的光学子系统。
传统电子技术的滤波技术是直接将射频信号下变频后在电路中进行处理，相对缺少灵活性，系统易受电磁波的干扰;受到频带及采样频率等电子瓶颈的限制。
而微波光子滤波技术是在光域上处理载有的电信号，利用光纤、光学链路、光电子器件等对信号采样、加权、相加等处理。
由于微波光子滤波器是用光学的方法处理微波信号，它可以克服传统的电滤波器的“电子”瓶颈。
传统的采样频率最高只能达到几千兆赫兹左右，而微波光信号处理则可以达到上千亿赫兹，这将给高速无线通信提供良好的基础。
比起传统的电子滤波器，微波光子滤波器用光学的方法处理微波信号，这种方法利用了光纤延迟线损耗小、抗电磁干扰、体积小、重量轻、能提供较宽的工作带宽和高速的取样频率等优势;并且微波光子滤波器更容易实现可调和可重构。
这些优点使得微波光子滤波器的应用非常广泛。
微波光子滤波器可以在现代高速光纤无线接入网中得到广泛的应用。
既可以应用到地面雷达系统中，也可以应用到从通用移动通信系统(UMTS: universal Mobile Telecommunication system)到固定接入微蜂窝网络中的宽带无线接入网及相关标准中(例如无线局域网(WLAN: Wireless Local Area Network)、全球互操作性微波接入(WIMAx: world Interoperability for Microwave Access) 以及局域多点分布服务(LMDS: Local Multipoint Distribution Service)，另外，由于重量轻的特点，微波光子滤波器的在数字卫星通信系统中也有广泛的应用。
这些技术都希望通过提高微波频率，减小微波信号的覆盖范围来提高传输的信道容量，而利用ROF 系统技术提高系统的传输容量，它利用宽带光纤无线技术能实现大容量无线射频信号的有线传输和超宽带无线接入。
微波光子技术在雷达相控阵中的应用分析与展望
微波光子技术在雷达相控阵中的应用分析与展望发布时间：2023-01-16T08:43:16.619Z 来源：《中国科技信息》2022年18期作者：陈茹1 宋力2 何腾飞2 张怀中2[导读] 微波光子学是研究微波信号和光信号之间相互作用的交叉学科陈茹1 宋力2 何腾飞2 张怀中21.武汉滨湖电子有限责任公司湖北武汉4302052.中国人民解放军95133部队湖北武汉430415摘要：微波光子学是研究微波信号和光信号之间相互作用的交叉学科，研究通过光信号处理实现对微波信号的处理，以达到微波链路整体性能提升的效果。
微波光子技术自20世纪70年代提出，经过几十年的发展，已经取得长足的进步。
研究微波光子技术最初的目的是使用光纤传输模拟电视信号，近些年研究人员开始研究该技术在其它领域的应用。
其中，美国和欧盟对微波光子技术在雷达中的应用进行了深入的研究，以期基于微波光子技术实现雷达能力的跨越式突破。
基于此，对微波光子技术在雷达相控阵中的应用分析与展望进行研究，以供参考。
关键词：微波光子，相控阵，混合集成引言在日益复杂的电磁环境下，干扰抑制一直是个经久不衰的研究议题。
在相控阵雷达进行目标搜索和目标跟踪时，如果敌方施放有源压制式干扰，则会导致类噪声形式的干扰信号将目标淹没，从而影响雷达的目标搜索效果。
当干扰落在天线方向图的主瓣范围内，传统的自适应波束形成方法会严重破坏主波束的形状，影响雷达搜索和跟踪的结果。
1国内外微波光子技术应用情况美国国防部高级研究计划局(DAＲPA)对微波光子雷达的发展规划，共分为三个阶段:第一阶段是利用光传输损耗低的特点，进行模拟光链路传输研究;第二阶段是利用光域信号处理带宽大的特点，研究光控波束形成;第三阶段是研究光电混合的系统中引入更多的微波光子信号处理技术，实现芯片化的微波光子雷达射频前端。
相比于美国，欧盟更致力于微波光子雷达系统的研究。
欧盟微波光子雷达发展规划可粗分为光子辅助射频系统、光子完成复杂射频功能、光子取代部分射频系统、光子构建雷达系统四个发展步骤，目前，已基本完成相关的研究。
微波滤波器的应用解析
声表面（SAW）波滤波器
特点：（1）频率响应平坦 （2）体积小，质量轻，一致性好，便 于批量生产。 （3）品质因数和带阻高，广泛应用于 射频前端和中频系统 缺点：插损一般较大，难于集成，同时在高 频下难以处理大功率，一般用于2GHz 以下的无线通信系统中。
陶瓷介质滤波器
• 用微博陶瓷介质按照TM、TEM等模式要求 制成的圆柱。圆环等形状的介质谐振器， 再按微波网络传输原理用电容集总参数和 分布参数耦合而成。 • 核心元件：压电陶瓷振子（关键材料：压 电陶瓷材料） • 特点：性能优良，插损小，有较高的功率 承受能力，可与天线、开关集成，价格低 廉。
陶瓷介质滤波器
• 缺点：体积大，形状因子与品质因数较小， 较难用于多带多功能3G移动通信系统。
SIR(阶跃阻抗谐振器)滤波器
• 随着无线通信的发展，信号间的频带越来越窄，要求信号 相互影响越小，对于滤波器的要求也越来越高。如何实现 滤波器的小型化、高选择性、宽阻带成为滤波器的主要研 究方向。阶跃阻抗谐振器(SIR)是由两个以上具有不同特 性阻抗的传输线组合而成的横向电磁场或准横向电磁场模 式的谐振器。λ／4型SIR是其中最具吸引力的一种形式。 它既能减小滤波器尺寸，又能通过调节阻抗比来很好控制 杂散频率，实现滤波器小型化和宽阻带的要求。梳状线形 式的滤波器由于一端的电容加载，缩短了滤波器的谐振器 的尺寸。交叉耦合滤波器成为近20年的研究热点，由于其 有限处的传输零点可以任意设置，最多可以设置与滤波器 阶数一样多的传输零点数目，最大限度地提高了滤波器的 带外抑制能力.
微带线滤波器
射频和微波电路中最常用
优点： (1) 尺寸小，易于加工; (2) 可以采用不同的衬底材料而改变频率 的范围； (3)易于跟其他电路集成，在平面制图 和制版上非常方便
微波光子学技术的研究与应用
微波光子学技术的研究与应用随着科技的不断发展，微波光子学技术作为现代科技领域的一种新兴技术逐渐受到人们的关注。
微波光子学技术是一种将微波和光子学有机结合在一起的新兴技术。
通过利用微波场的特性，将微波与光波进行转换，在通信、雷达遥感、计算机和可编程逻辑控制器等领域展现出极大的应用价值。
一、微波光子学技术的基础理论微波光子学技术是一种利用微波和光波相互转换从而实现光波信号传输和处理的技术。
微波和光波是相互独立的两种物理信号，具有互补性的特点。
微波的波长较短，传播损耗小，适合于长距离传输。
而光波的波长较长，传播速度快，传输带宽大，抗干扰能力强。
微波光子学技术的基础理论包括微波与光波之间的相互转换方法以及微波光子学中常用的光纤、微波源、光模式分复用器等技术设备。
二、微波光子学技术的研究进展微波光子学技术的研究发展自20世纪80年代以来，发展迅速。
近年来，随着纳米技术和量子技术的不断发展，微波光子学技术的研究进展更加迅速，取得了一些重要进展，例如：1. 量子微波光子学量子微波光子学是利用微波光子学中的量子效应来实现量子计算和量子通信的一种新领域。
其基本思想是将微波和光子结合起来，作为量子比特来存储和处理量子信息。
该技术已经成为利用超导电路和光学量子通信的基础。
2. 微波光子学在通信系统中的应用微波光子学在通信系统中的应用主要体现在光纤通信和无线通信。
在光纤通信中，利用微波光子学技术可以将光信号转换为微波信号，从而实现信号的传输和处理。
在无线通信中，微波光子学技术主要用来优化无线信号的传输和接收。
三、微波光子学技术的未来发展微波光子学技术在未来的发展趋势中将会越来越重要。
随着物联网的快速发展，大数据和人工智能的应用，需要更高性能的通信和计算机器。
此外，量子计算和量子通信技术的进一步推广也需要微波光子学技术的支持。
在未来，微波光子学技术的发展中，将会涌现更多的新技术和新应用。
结论综上所述，微波光子学技术是当前新兴的技术领域之一，其在通信、计算机和雷达遥感等领域具有极高的应用价值。
MPF微波光子学滤波器详解
高Q滤波器实现
由Q值的定义可以看出，实现高Q即是要同时得到大的FSR和窄的3dB 带宽。目前高Q的方案主要分为FIR、IIR以及级联结构的高Q实现。
对于单个FIR滤波器来说，FSR=1/T，而对于非相干的滤波器，T不可 能无限制的减小，即FSR的大小是受到限制的。
光源工作在非相干状态下的MPF在PD上响应时只能是光强度的叠加,由于光强只 能为正值,对应于各个抽头的权重,只能取正值。
为了能够得到完全意义上的带通滤波器响应,需要在滤波器中引入负抽头。
为了实现负抽头,目前提出的方法有采用差分探测,混合光电方法,利用光电 调制器的方向调制特性,或者采用光学器件中的自相位调制,受激布里渊散射,受 激拉曼散射等非线性效应。
(2) 可调谐性： 可调谐性是指MPF中心波长的位置可以通过改变光器件控制参数等方
式而改变。实际上就是实现采样周期T的可调，现有方案中主要使用光纤延 时线、高色散光纤和光纤布拉格光栅来解决，而在后两种方案中，可调光源 的使用十分必要。
（3）负抽头的滤波器实现 要得到工作稳定的MPF,目前大多数的MPF研究都集中在非相干MPF。但是
3．主旁瓣抑制比(MSR) 表示了滤波器主瓣对边带的抑制程度，其大小决定了对边带的抑制
程度，也反映了滤波器对边带噪声抑制性能的好坏。
4. 3dB 带宽(W3dB) 滤波器的 3dB 带宽是滤波器响应功率值下降3dB时的频谱宽度，
其反应了滤波器所能通过的信号频率范围。
5. 抽头数和抽头系数
MPF的抽头数也就是滤波器的采样点数，这是由滤波器的载波信号源 和滤波器的结构决定的，抽头数的多少会影响到滤波器的主旁瓣抑制比 (MSR)。滤波器的抽头系数分为正系数，负系数和复系数，系数的符号直接 影响滤波器的通带特性，正系数的一般只能实现基带附近的低通滤波，而 具有负系数或复系数的滤波器能够实现带通滤波或陷波滤波。
微波光子学技术研究及其应用
微波光子学技术研究及其应用随着科技的不断发展，微波光子学技术逐渐成为一个新兴的领域，并在广泛的应用中发挥了重要的作用。
微波光子学是一种新型的光电子混合极限技术，是微波技术与光电技术的完美融合。
它可以实现基于光芯片的微波信号发射、调制、传输和接收，在雷达、光通信、无线电频谱监测等方面有着广泛的应用。
微波光子学技术的基础是光与微波之间的相互转换。
这里的光是指光波，而微波则是指电磁波的一种，其频率范围一般在300MHz-300GHz之间。
运用光纤和光学器件的技术手段，可以实现光与微波之间的相互转换，从而实现了微波与光之间的互换。
微波光子学技术与传统的集成电路技术相比，其优势在于：一是具有更高的频率响应速度，通常高达THz量级；二是具有更好的线性动态范围和更高的信噪比；三是具有更好的抗干扰能力和更低的功耗；四是与现有的光通信和微波通信技术具有良好的兼容性。
在雷达方面，微波光子学技术的应用在于：实现微波信号的高速调制和解调，并通过光纤传输将信号送到雷达前端，起到增强雷达信号的作用。
而在光通信方面，微波光子学技术则可以实现光与微波之间的相互转换，实现光频率合成发射器、光频率链路，以及高速光通信等应用。
在无线电频谱监测方面，微波光子学技术也有着广泛的应用。
通过将无线电信号与微波信号相互转换，可以通过光学方法实现宽带高灵敏度的频率搜索和测量，实现无线电信号的谱分析、频谱监测等应用。
此外，微波光子学技术在安全领域、医学图像诊断等方面也有着潜在的应用。
在安全领域，微波光子学技术可以实现高速数据的加密和解密，提高信息安全性；而在医学图像诊断方面，则可以利用微波光子学技术进行医学图像的诊断和治疗，以及肿瘤等疾病的检测等。
总之，微波光子学技术是一项全新的技术，其具有独特的优势和广泛的应用前景。
随着科技的不断发展和创新，微波光子学技术也将持续推动各个领域的进步和发展。
微波光子滤波器在卫星通信信号处理中的应用
微波光子滤波器在卫星通信信号处理中的应用黄宁博;孙亨利;张安旭;吕强【摘要】Microwave photonics mainly discusses the interaction between microwave and lightwave,which has been used in wire-less access networks,sensing networks,radar,satellite communications,instruments and modern electronic warfare.The advantages of mi-crowave photonics include the huge bandwidth carried by the carrier,light weight,low loss and the immunity to electromagnetic interfer-ence,and these help to overcome the bottlenecks that the traditional electronic technologies havemet.Therefore,it is better to explore the photonic techniques to generate,transfer and process the microwave signal.In this paper,a summary of the applications and development of microwave photonics in signal filtering is presented,followed by a simple description of the principles and structures of microwave photonic filters with positive coefficients,negative coefficients and complex coefficients.As to the microwave photonic filter with a single-bandpass,a frequency tuning range of 0~20GHz and a bandwidth of 350MHz have been achieved,which has a prospect in satellite com-munications and radar.%微波光子学主要研究微波和光波的相互作用，其应用领域有宽带无线接入网、传感网络、雷达、卫星通信、仪器仪表和现代电子战等。
微波滤波器的应用与展望
微波滤波器的应用与展望摘要微波滤波器是现代微波中继通信、微波卫星通信、电子对抗等系统中必不可少的组成部分。
本文对各类微波滤波器的用途和发展过程作了分析, 内容涉及LC滤波器、微带线滤波器、波导滤波器、腔体滤波器；并指出了微波滤波器的发展趋势，包括SAW滤波器、LTCC滤波器等。
关键词微波滤波器；波导滤波器；腔体滤波器；LTCC滤波器1发展历程1917年，第一个LC滤波器出现，是由德国的Wagner和美国的Campell分别发明的；1918年第一个多路复用系统在美国出现，随后一直至50年代无源滤波器得到飞速发展并日趋成熟。
S.B.Cohn在1957年首先提出直接耦合腔体滤波器的理论，非常的方便实用。
R.J.Cameron在1980年~1982年提出了广义切比雪夫函数，随后在交叉耦合多路滤波网络的综合中，切比雪夫函数得到了大量的应用。
R.J.Cameron在1999年~2003年间提出了耦合矩阵综合微波滤波器的方法并使之完善。
2微波滤波器的应用现代无线电系统，包括微波卫星通信、中继通信、电子对抗、雷达等发展迅猛，而滤波器的性能的直接影响整个系统的性能优劣，因此微波滤波器也得到不断的更新于发展，为了满足各种应用环境的需要，出现了很多不同类型的微波滤波器。
2.1微带线滤波器微带线滤波器因其易于跟其他电路集成，而且在平面制图和制版上比较方便，在射频和微波电路中得到了很广泛的应用。
它的特点是尺寸小，易于加工，可以采用不同的衬底材料而改变频率的范围。
半波长平行耦合微带线带通滤波器在微波集成电路中应用很广泛，它的优点是结构很紧凑、第二寄生通带的中心频率在主通带中心频率的3倍处，适用的频率范围很大，相对带宽可以达到20%；但其缺点是插损较大，滤波器在一个方向上占用的空间比较大。
发夹型滤波器的结构是发夹型谐振器并排排列耦合而成，结构更为紧凑，它的信号输入输出方式可采用平行耦合式或者抽头式。
其他类型的微带线滤波器还有交指型滤波器、微带类椭圆函数滤波器等。
微波光子学技术的应用研究
微波光子学技术的应用研究微波光子学技术是指将微波技术和光子学两种技术相结合，形成一种新型的技术。
微波技术是指在数兆赫至毫米波段工作的电磁波技术，而光子学则是指透过规范光线引导，运用光的性质来实现通讯的技术。
将微波技术和光子学结合的技术，可以扩大可用频段，更好地使用光学器件，以及实现低噪声和快速速率等优点。
微波光子学技术因其具有极高的应用研究价值而备受关注。
微波光子学技术可以广泛应用于通信、雷达、导航、生命科学、材料科学等领域。
其中，通信领域的应用是最受关注的。
微波光子学技术可以使光电转换更快速、更低损耗，使得通信速率大大提高，甚至可以达到数十Gbps或以上的速率。
这种技术已经被应用于光纤通信、无线通信、卫星通信等不同的通信系统中。
在雷达领域，微波光子学技术可以使用纤维光学器件来提高天线性能。
同时，它可以使雷达在某些方面具备先进的探测技术。
例如，这种技术可以使用时间域反射计测量物体尺寸，而不是使用频域探测。
在导航领域，微波光子学技术可以使用GPS，实现超高精度和高灵敏度的位置测量。
此外，它还可以使用段隔律器来实现超高精度的时间标准。
在生命科学领域，微波光子学技术可以用于生物分子的高精度测量和显微镜技术，例如，使用生物传感器可以实现精确的分子检测技术。
这种技术还可以用于药物研发中的分子相互作用研究。
在材料科学领域，微波光子学技术可以用于各种材料的非破坏性测试。
特别是在国防领域，这种技术非常有用。
例如，利用生物传感器可以实现射频能量的高灵敏度检测。
同时，微波光子学技术也可以应用于燃料电池和电池的能量输出量测量。
微波光子学技术的研究还面临着许多的挑战。
例如，如何充分发挥微波光子学技术的卓越性能，设计和制造出性能更为优越的光电器件，如何制备高清晰度的微波光子学器件，以及如何提高微波光子学器件的可靠性和稳定性都是需要进一步研究的问题。
综上所述，微波光子学技术是一种非常有前景和有应用价值的技术，因为它可以扩大可用频段、提高光电转换速度、减少噪声、提高速率、实现低损耗等优点而备受关注。
微波光子滤波器
文章编号:167320291(2009)0320083205微波光子滤波器祁春慧,裴 丽,郭 兰,吴树强,赵瑞峰(北京交通大学全光网与现代通信网教育部重点实验室,北京100044)摘 要:微波光子滤波器能够实现在光域内直接对射频信号的处理,并且较易实现可调谐性和传输函数的快速重构,从而成为微波光子学的一个重要研究内容.本文综合评述了不同光源的微波光子滤波器和基于F BG 的不同微波光子滤波器结构,并分析比较了各自的功能特点和不足.关键词:微波光子学;光纤光栅;滤波器中图分类号:T N71311 文献标志码:AMicrow ave Photonic FilterQI Chunhui ,PEI Li ,G UO Lan ,WU Shuqiang ,ZH AO Ruifeng(K ey Laboratory of All Optical Netw ork and Advanced T elecommunication Netw ork ,M inistry of Education ,China ,Beijing Jiaotong University ,Beijing 100044,China )Abstract :F or microwave photonic filter can process RF signal directly in the optical domain ,its response can be easily tuned and its trans fer function can recon figurate fast ,microwave photonic filter become an im portant research content in microwave photonics.In this paper ,we have introduced s ome filter structures with different light s ources and structures based on fiber bragg grating ,sim ply analyzed their function characteristics and shortages.K ey w ords :microwave photonics ;fiber bragg grating ;filter 收稿日期:2008-07-10基金项目:国家自然科学基金资助项目(60771008,60837002);北京市自然科学基金资助项目(4082024);留学回国人员基金(教外2008890);教育部博士点基金资助项目(200800040002)作者简介:祁春慧(1983—),女,河北保定人,博士生.em ail :qch83053@.裴丽(1970—),女,山西运城人,教授,博士,博士生导师. 微波光子学将微波学与光子学相结合,集成了微波学与光子学的优点,在射频波和光纤之间透明转换,微波提供了低成本可移动无线连接方式,而光纤提供了低损宽带连接,且不受电磁的干扰[1].微波光子学中关键技术之一就是微波光子滤波器,其主要目的是代替传统的方法来处理射频(RF )信号,即利用射频信号直接调制光载波,并在光域内直接进行处理,该滤波器具有高紧密型,电磁环境下的高兼容性,体积小且易于安装等优点.近几年来,随着人们对宽带通信容量不断增长的需求,微波光子滤波器逐渐成为国内外学者研究的热点之一.从最初的利用单模光纤的延时特性到利用光纤光栅的滤波技术,微波光子滤波器的调谐范围从几MH z 发展到几十G H z ,动态范围约为40dB ,Q 值(品质因数)达到325以上,并实现了传输函数的快速重构[2].目前国内外关于微波光子滤波器的报道很多,大都是利用射频信号来调制光载波并在光纤链路上进行传输,经过不同的延时后得到不同的抽头,从而实现不同的滤波响应.鉴于光纤光栅(F BG )独特的波长选择特性,近年来提出了许多基于F BG 的微波光子滤波器结构.本文作者对几种典型微波光子滤波器的结构进行了综合评述,并分析比较了各自的功能特点和不足.1 几种典型微波光子滤波器结构微波光子滤波器按照光源不同可以分为多模光源,宽带光源和激光阵列等结构;按光纤光栅不同的应用方式可分为啁啾光纤光栅,光纤光栅对,光纤光第33卷第3期2009年6月 北 京 交 通 大 学 学 报JOURNA L OF BEI J I NGJ I AOT ONG UNI VERSITY V ol.33N o.3Jun.2009栅阵列,光纤光栅环,特殊结构的光纤光栅等结构.111 不同光源的微波光子滤波器最初构建微波光子滤波器是利用光纤的高色散延时特性,但光纤产生的延时是固定的,因此其延时的不可调谐限制了滤波器调谐性[3].1994年J.Marti 等提出了解决该限制的方案,即利用多模光源和高色散光纤[4],其结构如图1所示,通过改变多模光源中不同纵向模式光波之间的波长间隔,实现滤波器的可调谐性.图1 利用多模光源和色散介质构成的微波光子滤波器Fig.1 M icrowave photonic filter com posed of multim odeoptical s ource and dispersive media1999年,西班牙的加尔达海纳理工大学的研究者报道了第1个传输函数重构和带通可调谐同时实现的微波光子滤波器,其基本结构如图2所示[5-7],该结构使用激光阵列作为滤波器的光源,调制后的光信号注入到啁啾光纤光栅CF BG 中,通过控制激光光源的输出功率,可以实现传输函数的快速重构,通过改变光载波的波长分离,滤波器的带通可以实现调谐,且调谐范围可以很容易达到40G Hz.图2 利用激光阵列作为光源构成微波光子滤波器Fig.2 M icrowave photonic filter com posed of laser array分析以上两种结构可以发现,第1种结构虽然简单,但其灵活性差,且误差率大,若使用宽带CF BG 代替色散光纤,低插入损耗使得误差率得到改善且易实现调谐性.第2种结构最大的优点是用激光阵列作为滤波器光源,从而同时实现了传输函数重构和带通可调谐特性,该结构有两方面的优点:一是可以独立地调节激光器的波长,适当改变阵列的激光器中心波长,可改变延时差从而实现滤波器的调谐特性;二是激光器的输出功率可以独立快速调节,这意味着滤波器的传输函数可以快速重构.但是利用激光阵列必须保证相邻波长之间的延时为常数,因此其精确度难以控制,且使用了大量的光源,成本比较高.112 基于FBG 的不同微波光子滤波器结构利用F BG 构成微波光子滤波器的结构非常灵活,不同的构建方式有其独特的性质.11211 利用F BG 阵列[8]可调谐激光器的输出光被外部调制经由光纤分光器送入到F BG 阵列中,反射信号通过光纤环形器注入到光纤耦合器中,输出总的信号由光纤接收机进行检测,并由网络分析仪监控,改变可调谐激光器的波长可以选择工作的光栅,其结构见图3.图3 利用FBG 阵列构成微波光子滤波器Fig.3 M icrowave photonic filter com posed of F BG array这是一种可调谐的带通滤波器,优点在于利用F BG 阵列来代替传统的多模光源或者多输入光源实现带通滤波,其频率响应可以实现调谐特性,且不受光源和系统的限制,但这种滤波器除了精度不易控制以外,信噪比比较小,原因在于光束的数量少,这可以通过增加F BG 阵列的个数进行改进,但这样又会增加结构的复杂度.11212 利用F BG 对[9]鉴于光纤环的特殊结构,有关研究者提出了用一对F BG 来实现滤波特性,其结构如图4所示.图4 利用FBG 对构成微波光子滤器Fig.4 M icrowave photonic filter com posedof a pair of F BG从可调谐激光器中输出的单色光注入到电光调制器(E OM )中,网络分析仪产生RF 信号经过微波放大后进入到E OM 中对单色光进行调制,F BG 1的反射率几乎是线性的,反射率可以通过改变输入光的波长而改变,而F BG 2几乎是全反射的.FSR 可以48北 京 交 通 大 学 学 报 第33卷通过改变两个光栅之间的长度进行调谐.该微波光子滤波器可以得到较好的边模抑制比,但其精度同样不容易控制.11213 用特殊结构F BG 构成微波光子滤波器随着F BG 的发展,各种特殊结构的F BG 相继问世,有关研究者利用超结构光栅[10]和高双折射[11]光栅(Hi -Bi F BG )实现了微波光子滤波器,其结构分别如图5和图6所示.图5 利用超结构FBG 构成微波光子滤波器Fig.5 M icrowave photonic filter com posedof superstructureF BG图6 利用H i -Bi FBG 构成微波光子滤波器Fig.6 M icrowave photonic filter com posed of Hi -Bi F BG超结构F BG 的折射率调制是周期性间断的,其反射谱有一组分立的反射峰.如果加入色散介质,则不同的峰将会经历不同的时间延时,这样的结构会产生一系列的光抽头.利用超结构F BG 构成微波光子滤波器,可实现带通响应,且结构简单,可以获得较高的反射值,得到的光抽头可以准确设置而不会有位置误差,但其难点在于超结构F BG 的制作非常复杂,不能严格保证F BG 的反射峰幅度以中心波长对称分布,因此需要严格的F BG 制作工艺.与超结构F BG 不同,Hi -Bi F BG 以其双折射的特性可以实现调谐,RF 信号驱动E OM ,并调制激光器的输出光,E OM 的输出光注入到波片中并经由隔离器,耦合器耦合到含有Hi -Bi F BG 的光纤环中,波片用来调节进入到光栅中的光的两种状态保持正交,光纤环的输出经由耦合器,检测器进入到网络分析仪中.这是一种连续可调谐的微波光子槽形滤波器结构,其最大优势在于可以提供两个FSR 值.其中较大的FSR 由光栅的平均差分群时延产生,较小的FSR 由光纤环干涉产生.光纤环引起时间延迟包括两部分,一部分来自于两臂长度的不同,另一部分来自于啁啾光栅本身.此外该结构不受干涉问题的干扰,是高度稳定的,但由于结构中引入了偏振器使得结构比较复杂.11214 高Q 值带通滤波器[12]掺铒光纤的出现为实现高Q 值的滤波器提供了可能,结构如图7所示.图7 利用掺铒光纤实现高Q 值的带通微波光子滤波器Fig.7 M icrowave photonic filter com posed of E DF实验结构包括有源光纤和一对F BG,F BG 1的反射率为50%,F BG 2的反射率为100%,调制光进入到光栅对中,其中一半光被F BG 1反射回来,而另一半经过掺铒光纤的放大后被F BG 2全部反射回来.在光栅的反射中,信号返回,通过掺铒光纤放大后再次进入到F BG 1中,光栅耦合近一半的信号输出,形成了脉冲响应的抽头.而被F BG 1再次反射的信号再次经过掺铒放大重复过程,信号被光栅和光纤向前向后不停地有效反射,光纤用来补偿光的耦合输出和其他损耗.这种结构能够产生大量的抽头,并且具有信号总是传输相同的路径长度的优点.通过减小光栅之间的间隔可获得很短的时间延迟,产生微波频率.该结构在F BG 对中引入了掺铒光纤从而实现了高Q 值,但掺铒光纤的长度严重限制了滤波器的FSR.11215 环形滤波器[13]国内浙江大学的研究者提出了两种新颖的滤波结构:可调谐IIR 滤波器和可调谐陷波滤波器,见图8、图9.它们都基于光纤环和CF BG,其FSR 可通过改变输入光载波的波长而实现连续调谐.这也是目前报道的较新的微波光子滤波器的结构.图8 可调谐IIR 滤波器结构Fig.8 C on figuration of tunable IIR filter可调谐IIR 的滤波器,是一种基于耦合器和光纤环的IIR 微波光子滤波器.网络分析仪输出的射频信号调制可调激光器的光信号,输出光注入耦合器中,耦合器的一个输入端和输出端通过光纤构成光纤环,为了实现可调谐性,在环中设置环形器,在58第3期 祁春慧等:微波光子滤波器图9 可调谐陷波滤波器结构Fig.9 C on figuration of tunable notch filter环形器的另一端串接若干个不同工作波长的光纤光栅,改变输入光的波长可以选择工作的光栅,这样,光信号在环中走的距离不同,从而使滤波器的FSR 相应地改变.图10 利用波导阵列光栅和光纤光栅构成的微波光子滤波器Fig.10 M icrowave photonic filter com posedof AWG and F BG与可调谐IIR 滤波器结构不同,可调谐的陷波滤波器在耦合器的两个输出端通过光纤连接构成环状结构,耦合器输出的两个强度相同的信号在环中沿相反方向传输,经过光栅反射后经历了不同的延时,并从耦合器的另一个输入端输出.两个抽头的光程差由相应的CF BG 在光纤环中的位置和输入光波长决定.由于采用的是CF BG,这个陷波滤波器的FSR 可实现连续可调.该结构与IIR 结构相比,主要缺点是:由于有1/2的光信号返回到原光信号的入射端,因而存在3dB 的光损耗;同时,为了避免光反射进可调谐激光器,还需在光路中放置隔离器.两种结构可以实现不同特性的滤波功能,且都可以实现调谐的功能,根据需求设计包含更多CF BG 的滤波器,可以实现更大范围的调谐,但结构可能会更加复杂,另外可以通过控制光栅在光纤环上的位置来保证调谐的精度控制.11216 易重构微波光子滤波器利用阵列波导光栅和光纤光栅可以构成易重构微波光子滤波器[14]见图10.该滤波器为可重构易调谐的无限脉冲响应微波光子滤波器,利用半导体光放大器S OA 代替宽带光源,可以实现调谐,而且其放大功能克服了波导阵列光栅AWG 的额外损耗.以标准单模光纤S MF 作为色散介质,AWG 将S OA 的宽带光源进行分离并重新组合,每一个AWG 的输出通道连接一光纤光栅F BG,通过AWG 的波峰和F BG 的波峰重叠对分离光进行重新组合,当两者的波长相对时,有一个最大的功率.但对F BG 进行微扰,如拉伸或者改变温度,则F BG 的反射峰会漂移,这样就引起了两者的相互抵消,从而减少了分离光的功率,这样就得到了不同功率的输出光,经过E DFA 的放大后耦合到S MF 中得到色散延时并进行分析.该结构可以实现多抽头的滤波器且容易实现传输函数的重构,其虽然克服了单独使用宽带光源的灵活性,但其要求F BG 相对于AWG 有较窄的带宽,波长比较集中,不能做到抽头任意地窄,这样会减少光功率的利用值,从而引起滤波器较大的噪声,限制了其实用性.11217 讨论与分析另外在最新的报道中,有人提出了利用调制器和光偏振器来构成微波光子滤波器[15-17],如在文献[15]中,利用偏振调制器和光偏振器构成了多抽头任意正负系数的微波光子滤波器,而文献[16]中也利用偏振调制器和偏振保持光纤构成了负系数的带通微波光子滤波器,但偏振调制器的成本比较高,而且偏振态的调节校准非常困难,这样不能保证滤波器的精确度及其灵活性,不便于实际的应用.以上列举了几种已报道的典型的微波光子滤波器的结构,对其进行比较发现,由于F BG 具有独特的波长选择性,因而可更加灵巧地构建微波光子滤波器,而在构成方式上,利用CF BG 代替均匀F BG 可实现连续的可调谐,且结构比较简单.另外可利用特殊结构的F BG 特性构成微波光子滤波器,但其制作比较复杂,精度难以控制,可以考虑用均匀F BG 来实现特殊F BG 的特性,从而代替特殊结构的F BG 实现滤波功能.近几年来利用F BG 环构成微波光子滤波器的结构屡见报道,理论和试验都证明这种方式不仅结构简单,而且滤波功能更完善,如果在光纤环中加入掺铒光纤,即可以实现高Q 值和连续可调谐的微波光子滤波器,相信这将是微波光子滤波器的发展趋势,另外随着激光器的发展,可以在光源方面再加以改进,使得微波光子滤波器的功能更加完善,结构更加简单,更有利于走向实用化.2 结语系统地介绍了微波光子滤波器的发展和各种典型的结构,并对各种结构的优缺点做了简单的分析.68北 京 交 通 大 学 学 报 第33卷微波光子学将微波和光子技术相融合,目前对该领域的研究方向很多,而微波光子滤波器的研究更是之中的热点之一,其从最初的简单的滤波功能到可调谐性,再到高Q值[18],微波光子滤波器正逐步地发展成熟,相信不久的将来,随着微波光子滤波器走向实用化,必将为宽带通信打开一个新的局面.参考文献:[1]王齐春,何建国.微波光子研究动态[J].光电子技术,2002,22(4):206-210.W ANG Qichun,HE Jianguo.Development of Research on M i2 crowave Photonics[J].Optoelectronic T echnology,2002,22(4): 206-210.(in Chinese)[2]JoséCapmany,Dalma N ovak.M icrowave Photonics C ombinesT w o W orlds[J].Nature Photonics,2007,1:319-330.[3]Capmany J,Pastor D,Ortega B,et al.Optical Processing of M i2crowave S ignals[C]∥International T opical Meeting on M i2 crowave Photonics,2000:241-244.[4]Marti J,Ram os F,Laming R I.Photonic M icrowave Filter Em2ploying Multim ode Optical S ources and Wideband Chirped FiberG ratings[J].E lectronics Letters,1998,34(18):1760-1761.[5]Pastor D,Capmany J.Fibre Optic Tunable T ransversal Filter Us2ing Laser 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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 tedEl e c trom ag ne t i c Env iro nm e n tD IN G X ia o 2y u 1,ZH AN G B ao 2f u 2,X IE 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 ,thee lect rom agnet ic envir onm ent ,especia lly the ba t tlef 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 .2009Ξ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 2lay 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 -1r=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 -1r=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 reeSpec tral R ange )的值为1T 。
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:相同的光束,光束的宽度由光栅的反射带宽决定。
而每束切割光因为反射点的不同,到达环行器入口相邻之间都有一个时间差,这样就形成了不同光束的延时差。
对照微波光子滤波器的传输函数,可以发现,基于光栅的微波光子滤波器结构,它的权值由光栅的反射系数a r 决定,而T 由光栅之间的距离L 决定。
T 与L 之间的关系是:T =2n eff L �c,n eff 是有效折射系数(effect ive refractive index ),c 是真空下光速。
衡量微波光子滤波器的性能指标主要有:自由谱范围、3dB 带宽∃8F W HM (越小通频带的选择性越好)、品质因子Q (与抽样数有关,越高指定频带内的选择性越好)和旁瓣相对于主峰的抑制比(M SSR )。
图3 一个微波光子滤波器的幅频响应曲线影响和限制这些性能的因素有很多,主要有线性度(光纤的非线性产生的自相位调制、交叉相位调制和四波混频等影响了信号质量)、光源的相干性(相干的微波光子滤波器容易受到外界环境的影响,滤波特性很不稳定)、极化特性、正系数(正系数的滤波器只能实现低通滤波,而且滤波效果不是很理想)、多分支(分支越多相当于电子滤波器的级数越多,滤波器的性能越好)、自由光谱范围(F SR )(决定了滤波器的频谱周期和带宽)、噪声(噪声越大对系统带来的不利影响也越大)、可重构性和可调谐性(反映了滤波器的动态性能)等[3]。
一个设计良好的微波光子滤波器的幅频响应如图3所示,它具有周期性。