高性能的微波信號源是一切微波*域應(yīng)用的基 礎(chǔ)，高譜純度、高穩(wěn)定、低相位噪聲的微波振蕩源廣   泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、情報(bào)與電子戰(zhàn)以及測試與測量   等*域。微波振蕩源的性能直接影響了微波系統(tǒng)中           各種電子裝備的系統(tǒng)性能。隨著各種應(yīng)用需求的不           斷增加，微波系統(tǒng)對振蕩源的各項(xiàng)指標(biāo)提出了更高   的要求。             目前常用的高質(zhì)量微波源采用半導(dǎo)體制作工藝 制作而成，如石英晶體振蕩器，只在低頻時(shí)才具有少   數(shù)幾個(gè)高Ｑ 值共振模式，一般為幾十到幾百兆赫 茲，這使得它不能作為直接產(chǎn)生高頻率信號的微波 振蕩源。通常采用倍頻技術(shù)來獲得更高的頻率，但   是倍頻技術(shù)會導(dǎo)致系統(tǒng)的效率急劇下降。要解決這                       一問題必須增加濾波器和電放大器等有／無源器件                       的數(shù)目，這會嚴(yán)重影響倍頻信號質(zhì)量；同時(shí)隨著倍頻                       倍數(shù)的增加，相噪指標(biāo)也會明顯地惡化 ［_１］         。 Ｙａｏ                     等 ［_２，_３］   ）改變了這種情況。     提出的光電振蕩器（         ＯＥＯ             ＯＥＯ 利用光電混合的方法，采用長的低損耗光纖作                     為儲能元件，可以實(shí)現(xiàn)在微波頻段內(nèi)，相位噪聲與頻 率無關(guān)。據(jù)報(bào)道，G外已經(jīng)用 ＯＥＯ 原理實(shí)現(xiàn)了 Ｋ                       波段的微波振蕩源，其相位噪聲在 １０ｋＨｚ 時(shí)為－１０５ｄＢｃ／Ｈｚ^［４］。G內(nèi) ＯＥＯ 相關(guān)技術(shù)研究也逐漸深入展開，天津大學(xué)光纖通信實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了中心頻率為１２ＧＨｚ^，相位噪聲在１０ｋＨｚ時(shí)為－９３ｄＢｃ^／Ｈｚ的_ＯＥＯ微波振蕩源^［５］。
 
然而，盡管光電振蕩器利用長光纖能夠產(chǎn)生高質(zhì)量的微波信號，但是過長的光纖結(jié)構(gòu)也帶來了一定的問題：１）過長的振蕩環(huán)路導(dǎo)致系統(tǒng)基頻很低（在
 
幾十千赫茲左右），現(xiàn)有的電濾波器很難在微波波段直接將基頻邊帶濾除；２）由于環(huán)路主要由長光纖構(gòu)成，其腔長容易受到環(huán)境溫度、應(yīng)力等因素影響而發(fā)生變化，造成起振基頻的變化，使輸出頻率發(fā)生漂移甚**跳頻。在現(xiàn)有的方案中，為了提高頻率穩(wěn)定度，通常采用對溫度不敏感的光纖、系統(tǒng)與環(huán)境隔離、或
 
者使用具有高Ｑ 值的電濾波器等，這些方法增加了系統(tǒng)的體積、成本和復(fù)雜度，嚴(yán)重限制了光電振蕩器
_{的實(shí)用性}^［６～８^］_。
 
針對上述問題，本文采用了一種利用偏振分束器和偏振合束器的雙環(huán)路光電振蕩器結(jié)構(gòu)，利用游標(biāo)效應(yīng)，成功地抑制了基頻邊帶的干擾。同時(shí)設(shè)計(jì)了反饋腔長控制模塊，利用鎖模激光器產(chǎn)生的２０ＧＨｚ左右的電信號與 ＯＥＯ 輸出電信號進(jìn)行混頻，通過分析處理混頻輸出信號檢測出頻率的漂移，并
 
對腔長進(jìn)行反饋控制，在保證高譜純度、低相位噪聲的情況下，輸出微波信號的頻率穩(wěn)定度也得到了極大的改善。
 
２ 分 析
 
具有反饋控制腔長模塊的光電振蕩器結(jié)構(gòu)如圖１所示。圖中ＰＣ為偏振控制器；ＭＯＤ 為電光強(qiáng)度調(diào)制器；ＥＤＦＡ 為摻鉺光纖放大器；ＰＢＳ為偏振分束器；ＰＢＣ 為偏振合束器；ＰＭＦ 為保偏光纖；ＰＺＴ為壓電陶瓷；ＰＤ為光電二極管。根據(jù) ＯＥＯ 的工作原理，激光器發(fā)出連續(xù)的光波，通過電光調(diào)制器、偏
 
振分束器、偏振合束器和光電探測器轉(zhuǎn)化為微波信號。微波信號經(jīng)過濾波器、放大器，通過耦合器后一部分輸出，另一部分反饋回電光調(diào)制器以調(diào)制光波^{［２，７，８］}。輸出的微波信號頻率由微波濾波器決定。
信號的延時(shí)決定，環(huán)路光纖長度決定光的延時(shí)，所以 不同長度腔長對應(yīng)不同的基頻。在增益競爭的作用 下，其他頻率由于不能獲得足夠的增益在環(huán)路中多     次運(yùn)轉(zhuǎn)后衰減，只有同時(shí)滿足兩套模式的頻率成分     才能獲得足夠的增益而起振，因此**后得到的微波 信號的頻率為兩個(gè)環(huán)路基頻的公倍數(shù)，如果恰當(dāng)?shù)?    選擇兩個(gè)環(huán)路的光纖長度，起振模式的間隔遠(yuǎn)大于       電濾波器的帶寬，這樣就只有落在電濾波器通帶內(nèi) 的**模式才能夠起振，從而有效地抑制了邊模，而 且利用偏振分／合束器的雙環(huán)路光電振蕩器，沒有引 入額外的噪聲，提高了輸出微波信號的質(zhì)量。 由于ＯＥＯ系統(tǒng)采用的是長光纖儲能，光纖長 度隨著溫度的相對變化為１０^－６／℃，所以腔長容易 受到環(huán)境溫度、應(yīng)力的影響而發(fā)生改變，由此引起的 基頻的變化會導(dǎo)致光電振蕩器的高頻輸出發(fā)生嚴(yán)重 漂移甚**跳模。在實(shí)驗(yàn)中對沒有任何穩(wěn)定措施的光 電振蕩器進(jìn)行了測試，頻率的漂移達(dá)到 ／，這 樣的信號很難應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中。   針對這一問題，設(shè)計(jì)了腔長控制模塊，結(jié)構(gòu)可參 見圖 ２ 所示，圖中 ＭＬＦＬ 為鎖模激光器，             ＭＩＸ 頻器，     為微控制器。該模塊的控制原理是：通   ＭＣＵ         過晶振產(chǎn)生５０ＭＨｚ信號調(diào)制鎖模激光器，使鎖模 激光器輸出抖動低達(dá)皮秒級、重復(fù)頻率為             ５０ＭＨｚ 光脈沖 ［ ］       １１～１３ ，此光信號經(jīng)過光電探測器后進(jìn)入２０             ＧＨｚ窄帶濾波器進(jìn)行濾波，由于窄帶濾波器帶寬在 ３０ＭＨｚ左右，因此在通帶內(nèi)**多只能濾出一個(gè)高 階諧波，得到頻率相對穩(wěn)定的電信號與 ＯＥＯ 輸出 微波信號混頻，混頻器輸出二者誤差信號，該誤差信 號經(jīng)過環(huán)路濾波器后進(jìn)入微處理器系統(tǒng)進(jìn)行處理， 微處理器計(jì)算出頻率的漂移量并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信 號，高壓電源對其放大后去控制壓電陶瓷，利用壓電 陶瓷的膨脹與收縮改變纏在上面的光纖的長度，從 而實(shí)現(xiàn)對環(huán)路腔長的控制。#p#分頁標(biāo)題#e#
右的信號，一部分放大后通過調(diào)制器再次調(diào)制到光                       域，另一部分用于控制模塊來穩(wěn)定微波信號。通過                       這樣多次的電、光反饋，頻率在 ２０ＧＨｚ 左右的信號                 振蕩被放大，同時(shí)，腔長隨外界溫度等的影響得到實(shí)                       時(shí)控制，**終輸出高穩(wěn)定度的微波信號。   圖 ３ 是本系統(tǒng)輸出時(shí)域波形圖，可以看出得到                       的是非常理想的正弦波。圖 ４ 是用 Ａｇｉｌｅｎｔ８５６４ＥＣ                 頻 譜 儀 在 測 試 范 圍 （       ）帶 寬 分 辨 率 力     ＳＰＡＮ           （ ），帶寬分辨力（ ）     條件下輸出微 １００Ｈｚ ＲＢＷ   １Ｈｚ       波信號的頻譜圖，信號有很高的譜純度，中心頻率的

４ 結(jié) 論
 
設(shè)計(jì)了一種帶有腔長穩(wěn)定措施的光電振蕩器，利用偏振分束器、偏振合束器構(gòu)成 ＯＥＯ 雙環(huán)結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，加入腔長控制模塊，通過檢測輸出微波信號的頻率漂移來反饋控制光纖環(huán)路的腔長，得到頻率穩(wěn)定度的微波信號。由于控制腔長的精度主要取決于鎖模激光器和混頻器，所以采用更高性能的器件在理論上可以獲得更穩(wěn)定的微波信號。并
 
且，還可以通過更換環(huán)路中濾波器、優(yōu)化光纖長度等方法，獲得頻率更高、相位噪聲更低的微波信號。