《Optik》：Photonic Generation of Dual-Band Dual-Chirp Microwave Signal with Quadrupled Frequency Based on Sideband-Selective Modulation
编辑推荐：
提出了一种基于级联调制和侧带选择性调制的光子架构，用于生成中心频率32GHz和50GHz、带宽4GHz、持续1μs的双频带双 chirp 微波波形。通过非互易Sagnac环结构，结合双平行马赫-曾德尔调制器（DP-MZMs）和嵌入的MZM，实现了灵活的多频信号生成与重构，支持单频双 chirp 和四频 chirp 信号生成。
Xie Siwei|Yuan Jin|Cui Jinyi|Liu Jinbo|Li Zengrui
中国传媒大学媒体融合与通信国家重点实验室，北京，100044，中国
摘要
本文提出并展示了一种用于生成双频双啁啾微波波形的光子架构，该架构利用Sagnac环配置中的非互易性实现旁带选择性调制。在第一阶段，两个并行的双马赫-曾德尔调制器（DP-MZMs）在独立射频信号的驱动下产生光旁带，随后这些旁带被分离并正交极化。第一阶段处理后的光信号被注入Sagnac环，在其中通过嵌入式双电极马赫-曾德尔调制器（MZM）进行选择性二次调制。最后，复用输出经过极化处理后由平衡光电探测器（BPD）检测，生成中心频率分别为32 GHz和50 GHz（驱动信号频率的四倍）的双频双啁啾微波波形，带宽为4 GHz，持续时间为1微秒。此外，所提出的架构具有可重构性，通过灵活调整参数不仅可以生成双频双啁啾信号，还可以生成单频双啁啾和四频啁啾信号。
引言
由于具有高脉冲压缩比的优势，线频调制（LFM）信号在光通信、光纤无线电（RoF）网络和现代雷达系统中得到广泛应用[1]。特别是在雷达系统中，高中心频率和大带宽的LFM信号可以实现高分辨率和远距离检测。双啁啾LFM信号指的是在单个脉冲持续时间内的两个具有相反啁啾率的啁啾分量的叠加。这种配置有效抑制了距离-多普勒耦合效应[2]，并解决了使用单个LFM信号检测移动目标时距离和速度联合测量的歧义问题[3]、[4]。然而，在传统电子系统中生成双啁啾信号受到中心频率和带宽固有限制的制约。相比之下，微波光子技术凭借其低损耗、大带宽、微型化和抗电磁干扰等优点，为克服这些电子限制提供了有前景的解决方案[5]、[6]、[7]、[8]。因此，利用微波光子技术生成高频倍频双啁啾信号已成为现代雷达系统的重要研究方向[9]、[10]。
生成啁啾信号的主要方法基于外部调制。例如，在[11]中提出了一种基于光子辅助的方案，通过异频拍频生成双啁啾微波信号：一个双啁啾光波形由基带对称三角LFM信号驱动马赫-曾德尔调制器（MZM）产生，另一个频率偏移的光载波通过双极化马赫-曾德尔调制器（DP-MZM）辅助产生。类似地，[12]提出了一种使用双极化MZM的双啁啾微波生成方案。该方案用一个射频信号驱动一个子MZM以产生二次旁带和载波，同时对另一个子MZM施加啁啾信号；经过极化控制后生成频率和带宽加倍的波形。此外，还开发了基于光电振荡器（OEOs）的方法。例如，[13]提出了一种使用双环OEO的双啁啾微波信号发生器，其中采用了双并行马赫-曾德尔调制器（DPMZM）。
对能够实现远距离监视、精确跟踪、目标识别[14]和高分辨率成像的集成雷达系统的需求不断增加，这推动了对双频和多频雷达系统的兴趣，后者在分辨率和灵敏度方面具有优势[15]，而在多目标精度和抗电磁干扰方面具有优势[16]、[17]。因此，已经提出了许多用于生成双频双啁啾信号的光子生成器。例如，在[18]中提出了一种基于偏振分复用DP-MZM的光子方法。通过特定的偏置控制，该方案生成由射频信号调制的载波抑制的双旁带，同时产生由单啁啾信号调制的高阶光旁带，最终产生具有多个啁啾率的多频啁啾微波信号。另一种方法在[19]中提出，通过在第二个级联PolM中对四线OFC施加抛物线相位差来生成三频双啁啾微波波形。参考文献[20]报道了一种使用单双极化DPMZM的方法，其中x-DPMZM由两个不同的射频信号驱动进行CS-HDSB调制，y-DPMZM由两个90°相位偏移的基带啁啾信号驱动进行CS-SSB调制；然后通过极化控制生成频率加倍的双频双啁啾微波波形。
在这项工作中，我们提出了一种基于级联调制和旁带选择性调制的双频双啁啾微波波形生成器。该结构包括三个部分：第一部分主要涉及两个并行的DP-MZM和一个光交织器（OI），以实现一级调制和旁带分离。在第二部分，第一阶段处理后的光信号被注入Sagnac环，在其中由基带线性频率调制（LFM）信号驱动的嵌入式MZM进行选择性二次调制。在第三阶段，Sagnac环中的复用信号经过相位移动和极化控制后，由平衡光电探测器（BPD）转换为电信号域，生成中心频率分别为32 GHz和50 GHz的双频双啁啾微波波形，带宽为4 GHz，持续时间为1微秒。通过调整相位移动参数，也可以生成中心频率为32 GHz或50 GHz的单频双啁啾信号。此外，当LFM信号上转换为中间频率而不是保持基带时，可以生成中心频率分别为29 GHz、35 GHz、47 GHz和53 GHz的四频啁啾信号。
结构与原理
所提出结构的示意图及其在各个点的相应光谱分别如图1(a)和(b)所示。两个并行的DP-MZMs用于一级调制。连续波（CW）激光器的输出分别馈入DP-MZM1和DP-MZM2，这两个调制器分别由RF1和RF2驱动。DP-MZM1和DP-MZM2的两个子MZM（MZ-a和MZ-b）配置为推挽操作。MZ-a和MZ-b在最大传输点（MATP）进行偏置，而父MZ-c
仿真结果
为了研究这一机制，使用光学仿真软件Optisystem15进行了仿真实验以验证其可行性。系统的配置如图1所示，参数根据表1中的描述进行设置。
来自CW激光器的光载波中心波长为1552 nm，功率为10 dBm，线宽为10 MHz，被馈入DP-MZM1和DP-MZM2进行一级调制。
结论
总之，本文提出并展示了一种利用光子架构中的旁带选择性调制生成四倍频双频双啁啾微波信号的新方法。仿真结果证实了所提出系统的灵活性和有效性。与之前生成固定波形或在信号带宽和中心频率之间存在耦合调制的方案不同，我们的方案具有三个显著优势：1）动态重构能力
资助
国家自然科学基金（NSFC）（U2241229）和中央高校基本科研业务费（CUC25QT15）。
CRediT作者贡献声明
刘金波：指导。 崔金毅：数据管理。 李增瑞：指导。 袁晋：写作 – 审稿与编辑、指导、资金获取、概念构思。 谢思伟：写作 – 初稿撰写、方法论、研究、形式分析、数据管理。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
谢思伟感谢国家自然科学基金和中央高校基本科研业务费在寻找合作作者方面的帮助。
