基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法，涉及一种频率测量装置和方法。频率测量装置设有宽带光源、马赫-曾德光纤干涉仪、电光调制器、光纤放大器、微波天线、色散光纤、光电探测器和电功率计。采用基于马赫-曾德光纤干涉仪光谱分割和色散光纤相结合的结构，实现可调谐的单响应微波光子滤波器；扫描光纤可调延迟线调节该单响应微波光子滤波器的透射峰频率位置，通过光电探测器恢复电信号功率的测量来实现对被测微波信号的频率的检测。该微波光子滤波器采用非相干滤波器结构；同时通过快速的可调延迟线长度扫描来实现对于多频率微波信号的检测。可实现防电磁干扰的远距离高频微波信号频率测量。
1.基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置，其特征在于设有宽带光源、马赫-曾德光纤干涉仪、电光调制器、光纤放大器、微波天线、色散光纤、光电探测器和电功率计；所述宽带光源与马赫-曾德光纤干涉仪的输入端口连接，马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口与电光调制器的输入端口连接，电光调制器的输出端口与光纤放大器的输入端口连接，电光调制器的电驱动端口与微波天线电连接，光纤放大器的输出端口与色散光纤的一端连接，色散光纤的另一端与光电探测器的输入端光连接，光电探测器的输出端口与电功率计的输入端口电连接；所述马赫-曾德光纤干涉仪设有两个3dB四端口光纤耦合器和光纤可调延迟线，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口与第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口连接，第1个3dB四端口光纤耦合器的另一个输出端口通过光纤可调延迟线与第2个3dB四端口光纤耦合器的另一个输入端口连接，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输入端口，第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口。
2.基于单响应微波光子滤波器的频率测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置，所述方法包括以下步骤：
1）打开宽带光源，宽带光源发射的光经过马赫-曾德光纤干涉仪进行光谱分割，形成梳状滤波谱，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输入端与宽带光源相连接，第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口；
2）马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口出射的多波长梳状光谱经过电光调制器被微波天线接收的被测量的微波信号调制，并进入光纤放大器中进行放大；
3）放大后的调制信号进入一捆色散光纤进行采样、时延后，进入光电探测器恢复得到电信号；
4）扫描光纤可调延迟线的长度，通过电功率计测量恢复电信号的功率，得到功率最大值时光纤可调延迟线的长度，根据对应关系得到微波信号的频率，改变马赫-曾德光纤干涉仪干涉光谱的波长间隔，调节单响应微波光子滤波器的中心频率；当中心频率与所测微波信号频率相等时，在光电探测器上得到最大的电功率的输出，马赫-曾德光纤干涉仪两臂长度差与所测微波信号频率之间的关系为：2
其中n为光纤折射率，ΔL为马赫-曾德光纤干涉仪两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，当电功率计上得到的输出功率最大时，记录此时光纤可调延迟线的长度，即可根据上述公式求得所测微波信号的频率。
基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种频率测量装置和方法，尤其是涉及一种基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法。
背景技术
[0002] 微波频率测量是微波检测的关键技术之一，在未来雷达通信系统电子干扰和反干扰中有非常重要的应用，发展高频微波信号和多频微波信号频率测量的方法具有十分重要的意义。
[0003] 采用电学方法实现的微波频率测量由于其“电子瓶颈”的限制难以实现高频信号频率测量，且存在结构复杂、体积大、重量大，易被敌方电磁干扰等缺点。采用光学方法来进行微波信号频率检测，有着光器件大带宽、低损耗、体积小、重量轻和防电磁干扰等优势。
[0004] 中国专利CN101567723公开一种基于光功率检测的微波频率测量方法及其装置，采用由电光调制模块和频率解调模块组成的系统对微波频率进行实时测量。连续微波信号以载波抑制型小信号调制方式加载到调制模块中的连续光源上，仅生成±1阶两个光边带；已调制的光信号分为两路，一路注入到具有正弦函数形透射谱的梳状滤波器；另一路注入到可调谐光衰减器；经检测并对比所述两支路的输出光功率，从功率比值中解调得到微波频率。该发明降低了系统的复杂度和成本，并消除了光源输出功率的波动对频率测量的影响，扩大了频率线性解调的测量频段。
[0005] 中国专利CN101893657A公开一种可高精度测量被测量信号的绝对频率的短选通时间计数法的频率测量装置。包括测量被测量信号来输出应检测的频率值的高位的高位计算部、测量被测量信号而输出应检测的频率值的低位的低位计算部和相加高位的输出和低位的输出而输出被测量信号的频率测量值的加法部；高位计算部包含测量被测量信号单位时间的频率概数的频率计数器部、从该频率计数器的计数值去除相当于低位的计数值部分而作为高位输出的补偿计算部，低位计算部包含在比单位时间短的时间间隔内计数被测量信号的频率的短选通时间计数器部、将该短选通时间计数器的计数值串作为输入的低通滤波器部和将该低通滤波器部的输出值换算为单位时间的值而作为低位输出的定标部。
发明内容
[0006] 本发明的目的在于针对现有电学方法和光学方法进行微波频率测量的不足，提供一种可实现多频率微波信号的基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置和测量方法。
[0007] 所述基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置设有宽带光源、马赫-曾德光纤干涉仪、电光调制器、光纤放大器、微波天线、色散光纤、光电探测器和电功率计；所述宽带光源与马赫-曾德光纤干涉仪的输入端口连接，马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口与电光调制器的输入端口连接，电光调制器的输出端口与光纤放大器的输入端口连接，电光调制器的电驱动端口与微波天线电连接，光纤放大器的输出端口与色散光纤的一端连接，色散光纤的另一端与光电探测器的输入端光连接，光电探测器的输出端口与电功率计的输入端口电连接；所述马赫-曾德光纤干涉仪设有两个3dB四端口光纤耦合器和光纤可调延迟线，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口与第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口连接，第1个3dB四端口光纤耦合器的另一个输出端口通过光纤可调延迟线与第2个3dB四端口光纤耦合器的另一个输入端口连接，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输入端口，第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口。
[0008] 所述基于单响应微波光子滤波器的频率测量方法，采用所述基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置，所述方法包括以下步骤：
[0009] 1）打开宽带光源，宽带光源发射的光经过马赫-曾德光纤干涉仪进行光谱分割，形成梳状滤波谱，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输入端与宽带光源相连接，第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口；
[0010] 2）马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口出射的多波长梳状光谱经过电光调制器（EOM）被微波天线接收的被测量的微波信号调制，并进入光纤放大器中进行放大；
[0011] 3）放大后的调制信号进入一捆色散光纤进行采样、时延后，进入光电探测器恢复得到电信号；
[0012] 4）扫描光纤可调延迟线的长度，通过电功率计测量恢复电信号的功率，得到功率最大值时光纤可调延迟线的长度，根据对应关系得到微波信号的频率，改变马赫-曾德光纤干涉仪干涉光谱的波长间隔，可以调节单响应微波光子滤波器的中心频率；当中心频率与所测微波信号频率相等时，在光电探测器上得到最大的电功率的输出，马赫-曾德光纤干涉仪两臂长度差与所测微波信号频率之间的关系为，
[0013] fc＝nΔL/Dλ2
[0014] 其中n为光纤折射率，ΔL为马赫-曾德光纤干涉仪两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长，当电功率计上得到的输出功率最大时，记录此时光纤可调延迟线的长度，即可根据上述公式求得所测微波信号的频率。
[0015] 本发明采用基于马赫-曾德光纤干涉仪光谱分割和色散光纤相结合的结构，实现可调谐的单响应微波光子滤波器；扫描光纤可调延迟线调节该单响应微波光子滤波器的透射峰频率位置，通过光电探测器恢复电信号功率的测量来实现对被测微波信号的频率的检测。该微波光子滤波器采用非相干滤波器结构设计，对外界环境干扰不敏感；同时通过快速的可调延迟线长度扫描来实现对于多频率微波信号的检测。该方法可以实现防电磁干扰的远距离高频微波信号频率测量，相比于其他传统测量方案，有着带宽大、防电磁干扰、适于远距离测量和低损耗等突出优势，大大降低了测量的成本和复杂度。
[0016] 本发明采用马赫曾德干涉仪进行光谱分割，结合色散光纤实现单响应微波光子滤波器，通过对马赫-曾德干涉仪两臂长度差进行调节来实现单响应滤波透射峰的扫描，当滤波器透射峰扫描至所测量的微波信号频率处，输出功率得到最大值，从而测得微波信号频率。本发明利用基于马赫-曾德光纤干涉仪光谱分割和色散介质的单响应微波光子滤波器来实现微波信号的频率测量。本发明适用于微波信号频率的防电磁干扰和远距离测量。
附图说明
[0017] 图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0018] 如图1所示，所述基于单响应微波光子滤波器的频率测量装置实施例设有宽带光源1、马赫-曾德光纤干涉仪、电光调制器5、光纤放大器7、微波天线6、色散光纤8、光电探测器9和电功率计10。所述宽带光源1与马赫-曾德光纤干涉仪的输入端口连接，马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口与电光调制器5的输入端口连接，电光调制器5的输出端口与光纤放大器7的输入端口连接，电光调制器5的电驱动端口与微波天线6电连接，光纤放大器7的输出端口与色散光纤8的一端连接，色散光纤8的另一端与光电探测器9的输入端光连接，光电探测器9的输出端口与电功率计10的输入端口电连接。所述马赫-曾德光纤干涉仪设有第1个3dB四端口光纤耦合器2、第2个3dB四端口光纤耦合器4和光纤可调延迟线
3，第1个3dB四端口光纤耦合器2的一个输出端口与第2个3dB四端口光纤耦合器4的一个输入端口连接，第1个3dB四端口光纤耦合器2的另一个输出端口通过光纤可调延迟线3与第2个3dB四端口光纤耦合器4的另一个输入端口连接，第1个3dB四端口光纤耦合器
2的一个输入端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输入端口，第2个3dB四端口光纤耦合器4的一个输出端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口。
[0019] 以下给出基于单响应微波光子滤波器的频率测量方法的具体步骤：
[0020] 宽带光源经过马赫-曾德光纤干涉仪进行光谱分割。马赫-曾德光纤干涉仪由两个3dB四端口光纤耦合器构成，第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口与第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口相连接，第1个3dB四端口光纤耦合器的另一个输出端口连接光纤可调延迟线，再与第2个3dB四端口光纤耦合器的另一个输入端口相连接构成马赫-曾德光纤干涉仪。第1个3dB四端口光纤耦合器的一个输入端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输入端与宽带光源相连接，第2个3dB四端口光纤耦合器的一个输出端口作为马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口。
[0021] 马赫-曾德光纤干涉仪的输出端口的多波长分割光谱经过电光调制器（EOM）被微波天线接收的被测量的微波信号调制，并进入光纤放大器中进行放大。
[0022] 放大后的调制信号进入一捆色散光纤进行采样、时延后，进入光电探测器恢复得到电信号。
[0023] 通过扫描光纤可调延迟线的长度，马赫-曾德光纤干涉仪干涉光谱的波长间隔，从而调节单响应微波光子滤波器的中心频率；当其中心频率与所测微波信号频率相等时，在光电探测器上得到最大的电功率的输出。马赫-曾德光纤干涉仪两臂长度差与所测微波信号频率之间的关系为，
[0024] fc＝nΔL/Dλ2
[0025] 其中n为光纤折射率，ΔL为马赫-曾德光纤干涉仪两臂长度差，D为单位波长之间的时延，λ为中心波长。当光电探测器上得到的输出功率最大时，记录此时光纤可调延迟线的长度，即可根据上述公式求得所测微波信号的频率。
