低噪声放大器增益波动测量系统和方法

技术领域

本申请涉及微波信号处理领域中的低噪声放大器增益波动的测量装置和测量方法。

背景技术

微波光子接收机天线接收到的微波信号非常微弱，需要低噪声放大器(Low NoiseAmplifier,LNA)对低功率信号进行放大，以便实现最佳调制。被放大的信号经相位调制器上变频到光域，其中调制信号的上边带中保留了微波信号的幅值、角频率及相位信息。利用透镜、光学滤波器、光电探测器等光学器件对信息进行传输、处理、调控，可以克服传统电子技术存在的诸多瓶颈，如电磁干扰。LNA作为射频接收机前端的重要组成部分，其增益波动对接收机灵敏度有很大影响，尤其是接收信号为宽带信号时。宽带光谱信号观测需要LNA具有较高的稳定性，但是大多数LNA的增益轮廓并不平坦，具有一定的波动。掌握LNA增益波动情况，及时进行补偿，对提升微波光链路的性能非常关键。此外，了解LNA的增益波动情况，有助于降低接收机的噪声系数，进而提高接收机的灵敏度和稳定性。光子为电中性粒子，天然具备复杂电磁环境免疫能力，给光域上提取信息提供了便利。

宽带信号要求LNA增益具有高稳定性，增益轮廓越平坦越好。当LNA的增益波动较平稳时，就对测量精度提出更高要求。传统的LNA增益波动测量方法在电域实现，较强的电磁干扰导致测量精度低，无法满足宽带信号的需要。传统测量方法需要对测量系统进行校准，装置结构复杂，效率低。

发明内容

本申请的目的在于提出一种低噪声放大器增益波动的测量系统和方法，在光域实现一阶边带的精准提取，提高波动测量准确性。

为此本申请的一些实施例提供了一种低噪声放大器增益波动测量系统，其特征在于：包括测量链路，所述测量链路包括：信号源，其被配置为产生并提供微波信号，所述微波信号具有角频率ω

在一些实施例中，所述的低噪声放大器增益波动测量系统还包括参考链路，所述参考链路包括将所述信号源产生并提供的所述微波信号直接引至所述相位调制器以将所述微波信号基于由所述种子激光器提供的参考光载波从微波域上变频到光域，上变频后输出参考光信号，其中所述参考光载波的角频率为ω

在一些实施例中，所述数据探测、采集、处理模块还包括满足低频信号采样的示波器，通过示波器得到LNA增益波动随时间变化情况，即时间谱。

此本申请的一些实施例提供了一种低噪声放大器的增益波动测量方法，其包括步骤：产生并提供微波信号，所述微波信号具有角频率ω

在一些实施例中，所述低噪声放大器增益波动测量方法还包括直接将所述微波信号基于由所述参考光载波从微波域上变频到光域，上变频后输出参考光信号，其中所述参考光载波的角频率为ω

本发明的技术方案，将微波信号上变频到光域可以克服电磁干扰问题，提高测量精度。此外，该装置由实验室常见的微波光子设备构成，测量方法简单、高效、易操作。掌握低噪声放大器增益的波动情况后，及时进行补偿可以降低整个链路的噪声系数，提升微波链路性能，提高接收机的灵敏度和稳定性。而且，了解低噪声放大器增益波动情况对提升低噪声放大器性能也具有一定的参考意义。

附图说明

图1是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的原理示意图；

图2A是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的微波信号的时间谱示意图；

图2B是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的微波信号的频谱示意图；

图3A是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的LNA输出信号的时间谱示意图；

图3B是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的LNA输出信号的频谱示意图；

图4是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的调制器输出信号示意图；

图5是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的光学滤波器输出信号示意图；

图6是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的数据探测采集、处理模块示意图；

图7是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的光电探测器输出信号示意图；

图8A是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的测量链路A输出信号的时间谱示意图；

图8B是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的测量链路A输出信号的频谱示意图；

图9A是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的去噪结果的时间谱示意图。

图9B是根据本申请的实施例的低噪声放大器增益波动的测量系统的去噪结果的频谱示意图。

具体实施方式

下面参考附图对本申请的实施例及进行说明。

这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本申请的示例性实施例的目的。但是本申请可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。

应当理解的是，虽然在这里可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。

这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

还应当提到的是，在一些替换实现方式中，所提到的功能/动作可以按照不同于附图中标示的顺序发生。举例来说，取决于所涉及的功能/动作，相继示出的两幅图实际上可以基本上同时执行或者有时可以按照相反的顺序来执行。

本申请的一些实施例提供了一种低噪声放大器增益波动测量系统，该的系统示意图如图1所示：包括信号源1，低噪声放大器(LNA)模块2，相位调制器3，种子激光器DFB4，光学滤波器5以及数据探测、采集、处理模块6；其中，数据探测、采集、处理模块6包括光电探测器7，采集卡8以及上位机9。其中，信号源1被配置为产生并提供微波信号，其具有角频率ω

ω

信号源1被配置为产生微波信号，所述微波信号的表达式为

LNA2被配置为抑制所述微波信号内的噪声并对微波信号进行放大。但由于LNA增益存在波动，其会向微波信号中引入带宽为ΔA的低频分量。为了清楚的说明问题，在此处用0～3GHz波动的频率f

相位调制器3，被配置为将上述携带低频分量的经放大的微波信号从微波域上变频到光域，上变频后输出的光信号的光场E

其中j为虚数单位，m为调制器的调制系数，E

种子激光器4，配置为生成馈送至相位调制器3的波长为1550nm的光载波信号。种子激光器4的线宽与相对强度噪声(RIN)对整个链路的性能有很大影响。基于链路工作波长和激光器体积考虑，可选择的激光器有分布式反馈激光器(DFB激光器)和外腔激光器。DFB激光器在有源区生长周期性结构的布拉格光栅实现光反馈，比较法布里-珀罗激光器(F-P激光器)具有更好的波长选择性，容易实现动态单纵模窄线宽输出。外腔激光器用普通激光器增益芯片“外置”光纤光栅或衍射光栅作为波长选择单元，反复谐振形成激光，进一步压缩了线宽。从链路灵敏度和线性动态范围角度考虑，可以选用DFB激光器作为链路的种子激光器。

光学滤波器5，被配置为允许角频率为ω

数据探测、采集、处理模块6用于信号的光电转换、模数转换及数据采集、处理。该模块构成示意图如图6所示包括光电探测器7、采集卡8以及上位机9。其中，光电探测器7被配置为将上述光学滤波器输出的滤波输出信号下变频到微波域。该经滤波的光信号中两两频率分量发生拍频，和频得到的高频分量无法被探测器探测到，其差频信号输出示意图如图7所示，可以被采集到。采集卡8被配置为对角频率为ω

由图8A、图8B可见，系统的链路中的各仪器会向信号中引入系统噪声。若系统噪声过大，低频分量很有可能会淹没在系统噪声中。为了去除链路中电阻元件热运动产生的热噪声、光电探测器7带来的散粒噪声、激光器DFB4输出功率波动产生的相对强度噪声等系统噪声的干扰，可在链路中增加参考链路B。由此，系统的总链路由两通路构成，其中信号源1、LNA2，相位调制器3，种子激光器DFB4、光学滤波器5，数据探测、采集、处理模块6构成测量链路A。信号源1，相位调制器3，种子激光器DFB4、光学滤波器5，数据探测、采集、处理模块6构成参考链路B。其中，参考链路中的微波信号为与测量链路中相同的微波信号，其在所述相位调制器3，种子激光器DFB4、光学滤波器5，数据探测、采集、处理模块6的处理，除不会经过LNA放大而是直接被调制为光信号外，其他处理参数均相同。

这样在测量链路A上，信号源1产生并提供微波信号，所述微波信号具有角频率ω

而在参考链路B，包括将所述信号源1产生并提供的所述微波信号直接引至所述相位调制器3以将所述微波信号基于由所述种子激光器提供的与所述测量光载波相同的参考光载波从微波域上变频到光域，上变频后输出参考光信号，其中所述参考光载波的角频率为

应当理解，在参考链路B中，经滤波的参考光信号经过光电探测器时光信号无法被光电探测器响应，无拍频过程，因此无差频微波信号输出，其输出信号为参考链路B的噪声。

上述处理可以去除上述测量链路A中由LNA之外的器件或装置引入的噪声。示例形的LNA增益波动时域与频域的去噪结果示意图分别如图9A、图9B所示。其中，图9A为LNA增益波动随时间的变化情况，即时间谱。图9B为LNA增益波动在频率上的变化情况(双边谱)，即频谱。

在本申请的其他实施例中，在满足测量精度要求的情况下，数据探测、采集、处理模块6中可以用满足低频信号采样的示波器替换采集卡8或者作为所述采集卡的附加，通过示波器可得到LNA增益波动随时间变化情况，即时间谱。

本发明的技术方案，将微波信号上变频到光域可以克服电磁干扰问题，提高测量精度；掌握LNA增益的波动情况，及时进行补偿可以降低整个链路的噪声系数，提升微波链路性能，提高接收机的灵敏度和稳定性。了解LNA增益波动情况，对提升LNA性能具有一定的参考意义。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式,而且本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。