陳 陽,劉 波,王天亮,郭晶晶,張 恒

(上海衛(wèi)星工程研究所,上海 201109)

星上高性能集中式本振信號(hào)光學(xué)研究

陳 陽,劉 波,王天亮,郭晶晶,張 恒

(上海衛(wèi)星工程研究所,上海 201109)

因隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)向高頻段、大帶寬、多通道方向發(fā)展，傳統(tǒng)微波技術(shù)在高頻微波信號(hào)的產(chǎn)生、饋送、交換等方面越來越多受到電子瓶頸的限制，而微波光子學(xué)作為一門淅興學(xué)科可解決上述問題，對(duì)星上高性能集中式本振信號(hào)產(chǎn)生及多路饋送技術(shù)進(jìn)行了研究。研究了兩種高頻微波本振信號(hào)產(chǎn)生方法，用低頻射頻信號(hào)或無需射頻信號(hào)輸入即可生成高頻的微波本振信號(hào)，大幅降低系統(tǒng)對(duì)光電器件帶寬的要求。一種是基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)馬赫-曾德爾(MZ)調(diào)制器的高頻微波信號(hào)產(chǎn)生方法，可生成八倍頻微波信號(hào)，調(diào)節(jié)輸入射頻信號(hào)頻率即可調(diào)整生成微波信號(hào)的頻率，系統(tǒng)可調(diào)諧性較好。另一種是基于光電振蕩器的微波信號(hào)生成方法，通過設(shè)置偏振調(diào)制器、MZ調(diào)制器及移相器的參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)光電振蕩器環(huán)路諧振信號(hào)的四、六和八倍頻。分析了高頻微波本振信號(hào)光纖饋送中損耗和色散的影響，發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)星上微波本振信號(hào)的饋送影響很小，且星上饋送系統(tǒng)的體積和重量可明顯降低。研究將為微波光子技術(shù)用于星上載荷提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

衛(wèi)星系統(tǒng)； 微波光子學(xué)； 高頻微波信號(hào)； 光電振蕩器； 馬赫-曾德爾調(diào)制器； 微波信號(hào)光學(xué)生成； 微波信號(hào)光學(xué)饋送； 相位噪聲

0 引言

目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要以微波信號(hào)作為載波信號(hào)，不僅可實(shí)現(xiàn)多波束覆蓋，而且受天氣影響小，具有全天候通信能力。但是，目前基于微波鏈路的衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展面臨以下問題：現(xiàn)有的L，S，C，Ku，Ka頻段通信難以滿足越來越高的信號(hào)傳輸速率需求；隨著通信轉(zhuǎn)發(fā)器通道數(shù)的增加以及通信頻率向高頻段發(fā)展，星上通信轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)設(shè)備的復(fù)雜度和重量急劇增加，信號(hào)饋送損耗極大；基于電子技術(shù)的通信衛(wèi)星系統(tǒng)電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電磁兼容設(shè)計(jì)愈發(fā)困難；基于電子技術(shù)的通信衛(wèi)星系統(tǒng)可擴(kuò)展性差，難以滿足衛(wèi)星全壽命周期內(nèi)的通信需求增長。微波光子技術(shù)綜合了微波技術(shù)與光通信技術(shù)的優(yōu)勢，既具微波技術(shù)可在自由空間無線傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，又有光纖通信技術(shù)體積小、重量輕、低損耗、大帶寬、易于復(fù)用、抗電磁干擾等優(yōu)勢。利用微波光子技術(shù)優(yōu)勢，可實(shí)現(xiàn)微波系統(tǒng)中復(fù)雜甚至無法完成的微波信號(hào)處理與傳輸?shù)裙δ埽鉀Q上述基于微波鏈路的衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展中面臨的問題[1-2]。近年來，基于微波光子學(xué)的衛(wèi)星通信技術(shù)研究和工程試驗(yàn)取得了迅速發(fā)展。歐盟自2002年基于ARTES計(jì)劃開展了微波光子技術(shù)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的研究，并相繼在第六框架和第七框架計(jì)劃中持續(xù)支持，重點(diǎn)是衛(wèi)星激光通信、微波信號(hào)光學(xué)處理、微波本振光學(xué)產(chǎn)生與饋送、光學(xué)模數(shù)轉(zhuǎn)換、光子變頻和光傳感等。2009年，歐空局地球探索者系列的第二顆衛(wèi)星，造價(jià)4.64億美元的土壤濕度與海水鹽度(SMOS)衛(wèi)星成功發(fā)射。SMOS衛(wèi)星利用微波光子技術(shù)傳送時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)在調(diào)制后以光信號(hào)的形式通過光纖饋送至多個(gè)遠(yuǎn)端應(yīng)用單元，再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)使用，這顯著減少了衛(wèi)星的電纜長度，同時(shí)光纖傳輸避免了電磁干擾影響[3]。與SMOS衛(wèi)星一同發(fā)射的星上自主項(xiàng)目衛(wèi)星(Proba-2)同樣采用了微波光子技術(shù)，利用光纖傳感系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星推力器進(jìn)行監(jiān)控。美國航空航天局、國防部、海軍實(shí)驗(yàn)室、洛克希德·馬丁公司等也對(duì)微波光子技術(shù)及其在衛(wèi)星載荷系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入且有成效的研究。國內(nèi)相關(guān)高校和科研機(jī)構(gòu)在微波信號(hào)光學(xué)生成及處理、光電振蕩器、波分復(fù)用光載射頻系統(tǒng)(ROF)等微波光子領(lǐng)域開展了研究，但相關(guān)工作主要集中于理論及實(shí)驗(yàn)研究。與國外相關(guān)研究相比，對(duì)微波光子技術(shù)星上應(yīng)用的研究較少，相關(guān)技術(shù)離實(shí)際應(yīng)用還有一定距離?；谏鲜鰢鴥?nèi)外技術(shù)差距，亟需研究微波光子技術(shù)的星上實(shí)際應(yīng)用方法。本文對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中高頻微波本振信號(hào)的產(chǎn)生及饋送技術(shù)進(jìn)行了研究，用微波光子技術(shù)解決衛(wèi)星通信系統(tǒng)向高頻段、大帶寬、多通道方向發(fā)展中的技術(shù)問題。

1 微波光子技術(shù)概述

基本微波光子鏈路如圖1所示。輸入的電信號(hào)經(jīng)電光轉(zhuǎn)換被調(diào)制到光信號(hào)上，然后通過光學(xué)傳輸媒質(zhì)進(jìn)行傳輸，最后由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生輸出的電信號(hào)。在微波光子鏈路中，輸入的電信號(hào)根據(jù)應(yīng)用不同，可以是單頻信號(hào)，也可以是具有多個(gè)頻率分量的信號(hào)或是具有連續(xù)譜的信號(hào)；光學(xué)傳輸媒質(zhì)可以是光纖、自由空間及各種光學(xué)系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)不同的電光轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換方法，以及使用不同特性的光學(xué)傳輸媒質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)各種不同功能的微波光子系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的采用同軸電纜或波導(dǎo)的電傳輸系統(tǒng)相比，微波光子鏈路的優(yōu)勢主要有體積小、重量輕、成本低、不受電磁干擾影響、傳輸容量大，以及在整個(gè)微波波段損耗很低且基本保持一致等[4-5]。

圖1 微波光子鏈路Fig.1 Microwave photonic link

基于微波光子技術(shù)的星上高頻本振信號(hào)產(chǎn)生及多路饋送可用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)，具有上述微波光子技術(shù)的所有優(yōu)勢，與傳統(tǒng)微波技術(shù)方案的比較見表1。由表1可知：用微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)星上本振信號(hào)產(chǎn)生及饋送有較大的研究與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星輕型化、小型化的一個(gè)可能解決方案，同時(shí)也滿足未來通信衛(wèi)星系統(tǒng)向高頻段發(fā)展的趨勢，另外，采用微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)本振信號(hào)的產(chǎn)生與饋送也利于整星的電磁兼容設(shè)計(jì)。

2 微波光子本振信號(hào)生成與饋送方案

本振信號(hào)的光學(xué)產(chǎn)生與多路饋送總體方案設(shè)計(jì)如圖2所示，主要包括信號(hào)生成與信號(hào)多路饋送兩部分。

a)信號(hào)生成：通過微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)光本振信號(hào)的生成，即產(chǎn)生調(diào)制了微波信號(hào)的光信號(hào)。

b)信號(hào)多路饋送：將需要的微波本振信號(hào)以光信號(hào)形式饋送至各遠(yuǎn)端應(yīng)用單元。

表1 傳統(tǒng)微波技術(shù)與微波光子技術(shù)比較

在應(yīng)用單元處，被分別饋送至多個(gè)應(yīng)用單元的光本振信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生所需的電信號(hào)用于不同的應(yīng)用單元。該部分功能通過光電探測器實(shí)現(xiàn)。常認(rèn)為實(shí)際的信號(hào)生成部分包括了光本振信號(hào)的生成與光電轉(zhuǎn)換過程。

圖2 總體方案Fig.2 Principle of overall designing scheme

2.1 本振信號(hào)生成

傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，微波本振信號(hào)是由晶振多次鎖相倍頻產(chǎn)生的，未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信頻率將向更高頻段(數(shù)十吉赫茲到百吉赫茲)發(fā)展，傳統(tǒng)微波技術(shù)生成信號(hào)的頻率受電子瓶頸限制，高頻段微波信號(hào)生成困難，而生成信號(hào)的相位噪聲性能受限于晶振的性能，生成的極高頻信號(hào)的相位噪聲性能差。用微波光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)微波本振信號(hào)的生成可解決上述問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)極高頻、低相噪微波信號(hào)的生成。常用的本振信號(hào)光學(xué)生成方法有外差法、外調(diào)制法和光電振蕩器法。外差法生成微波本振信號(hào)需要對(duì)兩個(gè)獨(dú)立光源進(jìn)行鎖相控制，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，對(duì)光源性能的要求亦較高；外調(diào)制法實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單，無需復(fù)雜的光學(xué)鎖相環(huán)控制；光電振蕩器法在生成信號(hào)相位噪聲方面有很大的優(yōu)勢。因此，本文針對(duì)外調(diào)制法和光電振蕩器法進(jìn)行研究，提出了兩種光學(xué)本振生成方法[6-7]。

2.1.1 外調(diào)制法

外調(diào)制法是利用光外調(diào)制器的非線性傳輸特性，達(dá)到對(duì)輸入電信號(hào)倍頻，生成高頻微波信號(hào)的方法。最簡單的外調(diào)制系統(tǒng)是通過一個(gè)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)二倍頻或四倍頻的電信號(hào)生成[8-9]。單個(gè)調(diào)制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)生成的缺點(diǎn)是倍頻因子較低，實(shí)現(xiàn)四倍頻的方法需要光學(xué)濾波，限制了系統(tǒng)的頻率可調(diào)諧性，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。

為獲得更高的倍頻因子，本文提出了一種新型的基于兩個(gè)級(jí)聯(lián)MZ調(diào)制器的高頻微波信號(hào)產(chǎn)生方法，其原理如圖3所示。激光器輸出的光信號(hào)輸入級(jí)聯(lián)的兩個(gè)MZ調(diào)制器，射頻源輸出的低頻電信號(hào)經(jīng)功分器分成功率相等的兩路分別輸入兩個(gè)MZ調(diào)制器的射頻端口，其中一路通過一個(gè)移相器引入90°的相移，兩個(gè)MZ調(diào)制器通過直流偏置電壓均偏置在最大傳輸點(diǎn)。

圖3 基于級(jí)聯(lián)MZ調(diào)制器的微波本振信號(hào)產(chǎn)生原理Fig.3 Principle of microwave local oscillator signalgeneration based on cascaded MZ modulator

設(shè)輸入MZ調(diào)制器1的光信號(hào)為

Ein=E0exp(jωct)；

(1)

輸入MZ調(diào)制器1、2的射頻信號(hào)分別為

VRF1(t)=VRFcos(ωmt)，

(2)

VRF2(t)=VRFsin(ωmt).

(3)

式中：E0為光信號(hào)的電場幅值；ωc為光信號(hào)角頻率；VRF為射頻信號(hào)電場幅值；ωm為射頻信號(hào)角頻率；t為時(shí)間；j為虛數(shù)單位。計(jì)算化簡后，MZ調(diào)制器2輸出的光信號(hào)可表示為

cos(mcos(ωmt))cos(msin(ωmt))=

(4)

式中：1-α2為調(diào)制器的插入損耗；m為調(diào)制指數(shù)，且m=πVRF/Vπ；Vπ為調(diào)制器半波電壓；Jn為n階第一類貝塞爾函數(shù)。

采用10 GHz的輸入射頻信號(hào)，由圖3所示的系統(tǒng)可產(chǎn)生80 GHz的微波信號(hào)。采用VPI仿真軟件仿真結(jié)果如圖4所示。MZ調(diào)制器2輸出的光信號(hào)光譜是光本振信號(hào)，在星上該信號(hào)即為通過光纖饋送的信號(hào)，由圖4(a)可知：光譜中主要的光邊帶為間隔80 GHz的兩個(gè)4階邊帶，8階光邊帶被抑制。該信號(hào)輸入光電探測器，通過光電檢測即可生成80 GHz的微波信號(hào)(如圖4(b)所示)。

圖4 仿真生成的信號(hào) Fig.4 Signals by simulation

用該法生成微波信號(hào)的頻率為輸入射頻信號(hào)的8倍，通過調(diào)節(jié)輸入射頻信號(hào)的頻率即可調(diào)整生成微波信號(hào)的頻率，系統(tǒng)的可調(diào)諧性較好，可由兆赫茲級(jí)至百吉赫茲級(jí)，這是傳統(tǒng)微波技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。

2.1.2 光電振蕩器法

用光電振蕩器產(chǎn)生微波信號(hào)與外調(diào)制法不同，它通過光電器件構(gòu)成一閉合的光電環(huán)路，只要環(huán)路增益大于1，光電振蕩器就可起振并最終形成穩(wěn)定的振蕩信號(hào)[10-12]。利用光電振蕩器生成微波信號(hào)無需輸入?yún)⒖荚?，生成信?hào)的相位噪聲性能只取決于環(huán)路的Q因子，該特性可克服電學(xué)倍頻方法生成信號(hào)的相位噪聲取決于本振信號(hào)相位噪聲的問題，這在極高頻信號(hào)的生成中有較大的優(yōu)勢。

為實(shí)現(xiàn)高頻率、低相噪的星上微波信號(hào)的生成，本文提出一種基于光電振蕩器的微波信號(hào)生成方法，其原理如圖5所示。激光器輸出的光信號(hào)通過偏振控制器輸入偏振調(diào)制器，調(diào)節(jié)偏振控制器使光信號(hào)的偏振方向與偏振調(diào)制器的一個(gè)主軸成45°角。偏振調(diào)制器輸出的光信號(hào)通過光耦合器被分為強(qiáng)度相同的兩路：一路通過一個(gè)偏振控制器輸入一個(gè)起偏器，通過一段光纖傳輸后輸入光電探測器1轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再通過放大功分后反饋輸入偏振調(diào)制器的射頻端口，構(gòu)成一光電振蕩器環(huán)路；另一路光耦合器的輸出通過另一個(gè)偏振控制器和起偏器輸入MZ調(diào)制器，電功分器輸出的另一路電信號(hào)通過電移相器移相后輸入MZ調(diào)制器。MZ調(diào)制器的輸出經(jīng)光放大器放大后輸入光電探測器2進(jìn)行光電檢測，產(chǎn)生所需的微波信號(hào)。

圖5 基于光電振蕩器的微波本振信號(hào)產(chǎn)生原理Fig.5 Principle of microwave local oscillator signalgeneration based on optoelectronic oscillator

基于圖5的方案，通過設(shè)置偏振調(diào)制器和MZ調(diào)制器的各參數(shù)，以及移相器的相移，可在MZ調(diào)制器的輸出端生成不同特性的光譜，分別實(shí)現(xiàn)對(duì)光電振蕩器環(huán)路諧振信號(hào)的四倍頻、六倍頻和八倍頻?；谏鲜龇椒óa(chǎn)生的信號(hào)光譜如圖6所示。由圖6可知：不同的倍頻數(shù)，生成光信號(hào)功率最大的兩個(gè)光邊帶間隔也不同。

圖6 產(chǎn)生光本振信號(hào)光譜圖Fig.6 Optical spectra of optical signal generated

圖6的光信號(hào)經(jīng)光電探測器檢測后即可生成相應(yīng)頻率的微波信號(hào)。在上述系統(tǒng)中，光電振蕩器諧振頻率為9.957 GHz，經(jīng)四倍頻、六倍頻和八倍頻后生成信號(hào)的頻率分別為39.828，59.742，79.656 GHz。諧振信號(hào)、四倍頻信號(hào)及六倍頻信號(hào)的相位噪聲測試結(jié)果如圖7所示。

圖7 生成微波信號(hào)相位噪聲Fig.7 Phase noise of generated microwave signals

2.2 本振信號(hào)饋送

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，本振信號(hào)由晶振鎖相倍頻后產(chǎn)生，星上各應(yīng)用單元均需配置獨(dú)立的本振信號(hào)生成部分；如采用集中式本振，需用電纜對(duì)電本振信號(hào)進(jìn)行饋送，高頻電纜的損耗可能大于1 dB/m，經(jīng)饋送后會(huì)引入極大的差損，另外電纜網(wǎng)引入的巨大重量和電磁干擾也難以解決[13-14]。

2.2.1 損耗

采用集中式光本振信號(hào)，需通過光纖將本振信號(hào)傳輸至星上各應(yīng)用單元。用1∶N的光功率分配器實(shí)現(xiàn)對(duì)生成本振信號(hào)分路，每路信號(hào)由光纖饋送至不同的遠(yuǎn)端應(yīng)用單元。設(shè)輸入光信號(hào)功率為P，光纖饋送距離為L，則經(jīng)功率分配器和光纖饋送后每路光本振信號(hào)功率

P′=P-10×lgN-L×β.

(5)

式中：β為光纖的插入損耗，對(duì)波長1 550nm的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖，一般取β=0.2 dB/km?？紤]星上實(shí)際情況，L一般為米量級(jí)，故L×β項(xiàng)可忽略。此時(shí)，光本振信號(hào)經(jīng)分路和饋送后的總損耗為-10lgN，即功率分配器的插入損耗。由表1可知：裸光纖質(zhì)量僅70 g/km，實(shí)際使用的具有保護(hù)層的光纖質(zhì)量僅11 kg/km，考慮256個(gè)遠(yuǎn)端應(yīng)用單元，每單元饋送距離取最大4 m，需光纖11 kg，考慮光纖接頭等，總質(zhì)量不超過16 kg，遠(yuǎn)低于微波信號(hào)采用同軸電纜饋送。遠(yuǎn)端應(yīng)用單元數(shù)量越多，光纖饋送的優(yōu)勢就越明顯。

2.2.2 色散

光纖色散是指因?yàn)楣饷}沖中頻率不同或模式在光纖中的傳輸速度不同，導(dǎo)致這些頻率成分或模式到達(dá)光纖終端有先后，從而產(chǎn)生信號(hào)傳播過程中的光脈沖展寬。色散大小一般用色散系數(shù)表示，定義為波長差為1 nm的兩個(gè)光信號(hào)傳輸1 km距離所需的時(shí)間差。對(duì)常用的1 550 nm波段，色散系數(shù)一般為17 ps/(nm·km-1)。對(duì)星上米量級(jí)的應(yīng)用，光纖色散的影響極小，可忽略。

采用集中式光本振光纖饋送技術(shù)能將多個(gè)遠(yuǎn)端應(yīng)用單元中的本振信號(hào)功能集中化，降低每個(gè)遠(yuǎn)端單元的成本、重量及系統(tǒng)復(fù)雜度，是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)(特別是未來極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng))輕型化、小型化的一個(gè)可行解決方案。

3 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)電子技術(shù)在未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)向高頻段、大帶寬、多通道發(fā)展過程中面臨的問題，本文基于微波光子技術(shù)研究了未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)中極高頻微波本振信號(hào)的產(chǎn)生與饋送技術(shù)，提出了兩種高頻微波本振信號(hào)產(chǎn)生方法，并分析了高頻微波本振信號(hào)光纖饋送中損耗和色散的影響。基于級(jí)聯(lián)MZ調(diào)制器的微波本振信號(hào)生成方法，用低頻的射頻信號(hào)可生成八倍頻的高頻微波本振信號(hào)；基于光電振蕩器的微波本振信號(hào)生成方法，無需輸入射頻信號(hào)即可產(chǎn)生光本振信號(hào)，且信號(hào)頻率可為諧振信號(hào)頻率的4，6，8倍。上述方案顯著降低了系統(tǒng)對(duì)光電器件帶寬的要求，對(duì)高頻微波本振信號(hào)的生成有重要意義。在后續(xù)研究中，將進(jìn)一步研究信號(hào)生成方案簡化、生成信號(hào)頻率提高和生成信號(hào)相位噪聲降低。

基于微波光子技術(shù)的星上集中式本振信號(hào)生成與饋送技術(shù)在未來通信衛(wèi)星系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景，可實(shí)現(xiàn)多路不同頻率本振信號(hào)的集中生成與饋送，不但可解決傳統(tǒng)電子技術(shù)電子瓶頸的限制，而且能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輕型化和小型化，是未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。另外，微波光子技術(shù)對(duì)微波頻率透明的特點(diǎn)使該技術(shù)在未來多頻段傳輸遙感衛(wèi)星中有廣闊的應(yīng)用前景，不同頻段的數(shù)傳信號(hào)統(tǒng)一在一套微波光子系統(tǒng)中進(jìn)行處理、傳輸，可避免為每個(gè)頻段配置一套獨(dú)立的發(fā)射系統(tǒng)，大幅降低系統(tǒng)的復(fù)雜度、成本和重量。隨著各國對(duì)微波光子技術(shù)星上應(yīng)用的深入研究及研究成果的實(shí)用化與工程化，未來微波光子技術(shù)星上大規(guī)模應(yīng)用將成為現(xiàn)實(shí)，基于微波光子技術(shù)的星上載荷將為衛(wèi)星系統(tǒng)帶來實(shí)質(zhì)性突破。

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A Study on High Quality Centralized Local Oscillator in Satellite

CHEN Yang, LIU Bo, WANG Tian-liang, GUO Jing-jing, ZHANG Heng

(Shanghai Institute of Satellite Engineering, Shanghai 201109, China)

With the rapid development of satellite communication system towards high frequency, large bandwidth and multichannel, traditional microwave technology has been increasingly restricted by the electronic bottleneck in generating, distributing and switching of high frequency microwave signals. Microwave photonic is a feasible technique to solve the problems above. Optical generation and distribution of high quality centralized local oscillator were studied in this paper. Two high frequency microwave signal generation methods were researched. By using low frequency RF signal or even using no RF signal, high frequency microwave was generated, which greatly reduced the bandwidth requirement of the optical and electrical components. One was to generate frequency octupling microwave signal based on two cascaded MZ modulators. The frequency of the generated signal could be regulated by adjusting the frequency of the input RF signal. The system had good frequency tunability. The other was to generate microwave signal based on optoelectronic oscillator. By setting the parameters of polarizing modulator, Mach-Zehnder modulator and phase shifter, frequency quardrupling, frequency sextupling or frequency octupling microwave signal with respect to the resonance signal in optoelectronic oscillator loop could be generated. The influence of fiber loss and dispersion in high frequency microwave signals distribution were also analyzed. It found that the influence was very small, and the volume and weight could be greatly reduced by fiber distribution in satellite. The research provided the theoretical basis and technique support for application of microwave photonic in satellite.

Satellite system; Microwave photonics; High frequency microwave signals; Optoelectronic oscillator; Mach-Zehnder modulator; Photonic generation of microwave signal; Photonic distribution of microwave signal; Phase noise

1006-1630(2016)06-0038-06

2016-06-11；

2016-07-26

國家自然科學(xué)基金資助(61671305)

陳 陽(1986—)，男，博士，主要研究方向?yàn)槲⒉ü庾蛹夹g(shù)和衛(wèi)星數(shù)傳系統(tǒng)。

TN913.7

A

10.19328/j.cnki.1006-1630.2016.06.005