Broadband microwave frequency down-conversion using cascade Mach-Zehnder modulators to capture the target distance information

Xiang LI; Ya-lan WANG; Zi-heng NI; Xiong LUO; Jin ZHANG; Jiang-hai WO; An-le WANG; Shi-rui DU; Xiao-niu PENG

doi:10.37188/OPE.20202812.2622

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Broadband microwave frequency down-conversion using cascade Mach-Zehnder modulators to capture the target distance information

Modern Applied Optics | 更新时间：2021-01-04

- Broadband microwave frequency down-conversion using cascade Mach-Zehnder modulators to capture the target distance information
- Optics and Precision Engineering Vol. 28, Issue 12, Pages: 2622-2629(2020)
- 作者机构：
  
  1.湖北大学铁电压电材料与器件实验室，湖北武汉 430062
  2.空军预警学院，湖北武汉430019
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20202812.2622
  CLC： TN955
- Received：16 July 2020，
  
  Revised：10 September 2020，
  
  Published：15 December 2020
- 稿件说明：
移动端阅览
李翔,王亚兰,倪子恒等.利用级联马赫-曾德尔调制器捕获目标距离信息的宽带微波下变频[J].光学精密工程,2020,28(12):2622-2629.

LI Xiang,WANG Ya-lan,NI Zi-heng,et al.Broadband microwave frequency down-conversion using cascade Mach-Zehnder modulators to capture the target distance information[J].Optics and Precision Engineering,2020,28(12):2622-2629.
李翔,王亚兰,倪子恒等.利用级联马赫-曾德尔调制器捕获目标距离信息的宽带微波下变频[J].光学精密工程,2020,28(12):2622-2629. DOI： 10.37188/OPE.20202812.2622.

LI Xiang,WANG Ya-lan,NI Zi-heng,et al.Broadband microwave frequency down-conversion using cascade Mach-Zehnder modulators to capture the target distance information[J].Optics and Precision Engineering,2020,28(12):2622-2629. DOI： 10.37188/OPE.20202812.2622.

摘要

提出了基于级联马赫-曾德尔调制器（Mach-Zehnder Modulators， MZMs）的宽带微波光子下变频方法，并且通过该方法产生的中频信号（Intermediate Frequency， IF）得到被探测目标的距离信息。在该方案中，通过控制MZM的工作偏置点和调制指数来实现线性调频（Linear Frequency Modulation， LFM）信号的倍频处理。倍频后的LFM信号通过电延时进行传输来模拟被探测目标的返回信号。同时，通过MZM调制被延迟后的光边带信号。然后，通过低通滤波器得到带有目标距离信息的中频信号。通过模拟仿真实现了中心频率分别为10.8，21.8，32.4 GHz的二倍、四倍、六倍频信号，其信号带宽分别为2.7，5.6，8.4 GHz。随着电延时的增加，IF频率值呈线性减小。该方法灵活性高、精度高，易于实现，在雷达系统的宽带成像系统中具有很大的应用潜力。

Abstract

Based on cascade Mach-Zehnder modulators （MZMs）， a broadband microwave frequency down-conversion method was proposed， and the target distance information was derived from the down-converted intermediate frequency （IF）. In the proposed scheme， a linear frequency modulated microwave signal was multiplicated by controlling the bias point and modulation index of MZM. The multiplicated signal was then transferred through an electric time delay to simulate the retuning signal of the target， and the transferring delayed optical sidebands are modulated on MZM. The IF signal carrying the target distance information was obtained after a low-pass filter. Analogous simulations of frequency doubling， quadruplicating， and sextupling of central frequencies of 10.8， 21.8， and 32.4 GHz and bandwidths of 2.7， 5.6， and 8.4 GHz are achieved. Moreover， as the electrical time delay increases， the IF linearly decreases. The proposed method is proven to be flexible， highly accurate， and easily implemented， demonstrating its great potential in radar systems for wideband imaging systems.

关键词

Keywords

references

CHEN V C ， MARTORELLA M . Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging： Principles， Algorithms and Applications ［M］. London ： Institution of Engineering and Technology ， 2014 .

赵志龙，吴谨，王海涛，等 . 微弱回波条件下差分合成孔径激光雷达成像实验演示［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 2 ）： 276 - 283 .

ZHAO ZH L ， WU J ， WANG H T ， et al . . Experimental demonstration of differential synthetic aperture ladar imaging at very low return level ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2018 ， 26 （ 2 ）： 276 - 283 . （in Chinese）

MELVIN ， SCHEER . Overview： Advanced Techniques in Modern Radar ［M］// Principles of Modern Radar： Advanced techniques . London ： Institution of Engineering and Technology ， 2013 ： 1 - 16 .

YAO J P . Microwave photonics ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2009 ， 27 （ 3 ）： 314 - 335 .

CAPMANY J ， NOVAK D . Microwave photonics combines two worlds ［J］. Nature Photonics ， 2007 ， 1 （ 6 ）： 319 - 330 .

LINDSAY A C ， KNIGHT G A ， WINNALL S T . Photonic mixers for wide bandwidth RF receiver applications ［J］. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques ， 1995 ， 43 （ 9 ）： 2311 - 2317 .

TANG Z Z ， PAN S L . Image-reject mixer with large suppression of mixing spurs based on a photonic microwave phase shifter ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2016 ， 34 （ 20 ）： 4729 - 4735 .

FANG X ， BAI M ， YE X Z ， et al . . Ultra-broadband microwave frequency down-conversion based on optical frequency comb ［J］. Optics Express ， 2015 ， 23 （ 13 ）： 17111 - 17119 .

SUN T ， ZHANG C ， XIE X P ， et al .. Microwave photonic down-conversion based on a wideband tunable optoelectronic oscillator ［C/OL］. Asia Communications & Photonics Conference 2013. Optical Society of America ， 2013 ： AF2F . 3 .

GOPALAKRISHNAN G K ， MOELLER R P ， HOWERTON M M ， et al . . A low-loss downconverting analog fiber-optic link ［J］. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques ， 1995 ， 43 （ 9 ）： 2318 - 2323 .

ZHU Z H ， ZHAO S H ， LI X ， et al . . High performance photonic microwave frequency down-conversion using a dual-drive dual-parallel Mach-Zehnder modulator ［J］. Journal of Modern Optics ， 2019 ， 66 （ 2 ）： 143 - 152 .

WANG A L ， WO J H ， LUO X ， et al . . Ka-band microwave photonic ultra-wideband imaging radar for capturing quantitative target information ［J］. Optics Express ， 2018 ， 26 （ 16 ）： 20708 - 20717 .

PAGÁN V R ， HAAS B M ， MURPHY T E . Linearized electrooptic microwave downconversion using phase modulation and optical filtering ［J］. Optics Express ， 2011 ， 19 （ 2 ）： 883 - 895 .

CODDINGTON I ， SWANN W ， NEWBURY N . Coherent multiheterodyne spectroscopy using stabilized optical frequency combs ［J］. Physical Review Letters ， 2008 ， 100 ： 013902 .

FERDOUS F ， LEAIRD D E ， HUANG C B ， et al . . Dual-comb electric-field cross-correlation technique for optical arbitrary waveform characterization ［J］. Optics Letters ， 2009 ， 34 （ 24 ）： 3875 - 3877 .

DAVILA-RODRIGUEZ J ， BAGNELL M ， WILLIAMS C ， et al . . Multiheterodyne detection for spectral compression and downconversion of arbitrary periodic optical signals ［J］. Journal of Lightwave Technology ， 2011 ， 29 （ 20 ）： 3091 - 3098 .

ZHAO Y G ， PANG X D ， DENG L ， et al . . Ultra-broadband photonic harmonic mixer based on optical comb generation ［J］. IEEE Photonics Technology Letters ， 2012 ， 24 （ 1 ）： 16 - 18 .

YANG X W ， XU K ， YIN J ， et al . . Optical frequency comb based multi-band microwave frequency conversion for satellite applications ［J］. Optics Express ， 2014 ， 22 （ 1 ）： 869 - 877 .

WIBERG A O J ， LIU L ， TONG Z ， et al . . Photonic preprocessor for analog-to-digital-converter using a cavity-less pulse source ［J］. Optics Express ， 2012 ， 20 （ 26 ）： B419 - B427 .

LI B Y ， WEI W ， HAN D M ， et al . . Remote broadband RF signal down-conversion with stable phase and high efficiency using a sideband optical phase-locked loop ［J］. Optics Express ， 2020 ， 28 （ 9 ）： 12588 - 12598 .

LIANG Q ， GAO G ， LIU N . Photonic-assisted ultra-broadband microwave frequency down-conversion ［C］. Proceedings of the 2019 Asia Communications and Photonics Conference （ACP）， Chengdu ， P . R . China： ACP ， 2019 ： 1 - 3 .

SATIJA J ， DEY S ， BHATTACHARYA S ， et al . . A chip-scale frequency down-conversion realized by MEMS-based filter and local oscillator ［J］. Sensors and Actuators A： Physical ， 2020 ， 302 ： 111787 .

Views

642

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Automatic calibration and control system of optical switching delay line

Microwave photonic down-conversion method using intensity-phase cascaded modulation

Related Author

CHEN Yifei

SHI Shangqing

YUN Binfeng

Yun-xin WANG

Jing-nan LI

Hao-zheng DU

Da-yong WANG

Tao ZHOU

Related Institution

Advanced Photonics Center， School of Electronic Science and Engineering， Southeast University

College of Applied Sciences, Beijing University of Technology

Beijing Engineering Research Center of Precision Measurement & Control Technology and Instruments

Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory

AI问答

Address：No.3888 Dong Nanhu Road, Changchun, Jilin, China Postal code：130033
Tel：0431-86176855 Email：gxjmgc@ciomp.ac.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 吉ICP备11002662号-17 京公网安备11010802024621
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰