0 引言

　　在微波接收机中，为了提高信号处理能力，通常需要将接收到的射频（RF）信号下变频转换为基频或中频（IF）信号[1]。传统的微波下变频通过电混频器实现，但电域混频技术受较低的带宽、隔离度以及较大的转换损耗等因素影响，难以满足未来大宽带、高频段系统的需求。基于微波光子的下变频技术是将高频的微波信号通过调制器调制到光载波上，在光域内进行信号处理，最后基于差频的原理，通过探测器拍频得到基频或IF信号[2]，该技术具有超大带宽、高隔离度和抗电磁干扰等优点[3]，因此近年来国内外多个研究所和大学机构投入了大量人力、物力研究设计微波光子下变频系统。欧洲航天局（ESA）[4]在光域内进行多频率转换实验验证，实现了输入信号由Ka波段下变频到C波段的频率转换。北京大学[5]于2017年提出了一种基于并联马赫-曾德尔调制器（MZM）与相位调制器（PM）的微波光子下变频转换方法，实验结果可知，与传统MZM-MZM级联系统相比，该方法将动态范围提

高了16 dB，且结构简单，只需要单个直流偏置就可以很容易地平衡上下2束相干光的强度。此外，研究者们还提出了多种微波光子变频方案，如级联相位调制器和光滤波器、级联偏振调制器（PolM）[6]以及基于光电振荡器（OEO）的单个双驱MZM（DMZM）[7]等。但是，级联离散的多个光器件或者并联2个平行的调制器都将增加链路损耗，并且由于并联结构的上下2路信号受到环境干扰，在耦合时很容易出现由电压不稳定而引起的相干现象，需要增加反馈电路控制电压。为此，研究者们研究了集成的MZM，如双平行MZM（DPMZM）[8-9]、偏振复用DPMZM（PDM-DPMZM）[10-12]。相比离散结构，集成结构具有传输损耗小、转换效率高和易于操作等优点。2019年，西北工业大学[12]提出了一种偏振复用双通道微波光子RF中继器，实现了频率转换和双通道中继交换功能。但是，该中继器结构仅有一个本振（LO）信号，所有接收到的RF信号都必须由这个LO信号进行变频转换，限制了变频得到的基频或IF信号的频带范围。2020年，上海卫星工程研究所[13]提出一种基于双偏振DPMZM（DP-DPMZM）的微波光子混频方案，该方案中的RF信号和LO信号分别输入调制器上下2路，通过调节调制器的6个直流偏置电压得到载波抑制单边带调制信号。虽然该结构的RF信号与LO信号隔离度高、频谱纯度好，但只能实现单通道变频。

　　为解决以上问题，本文提出一种基于DP-DPMZM的双通道微波光子下变频方案。

4 结束语

　　微波通信系统的工作频率向高频带扩展时，传统的电域变频技术因其固有的缺陷使得系统难以突破处理速率的瓶颈。而微波光子变频技术具有带宽大、传输损耗低、抗电磁干扰和系统复杂度低等优点，满足现代化微波通信系统的要求。本文设计了一种基于DP-DPMZM的双通道微波光子下变频方案，该方案结构简单，仅使用一个DP-DPMZM即可实现2个通道微波光子下变频。理论分析结合VPI仿真验证了下变频的原理及光域调制性能，仿真结果表明：该方案可实现CS-DSB调制，且光载波抑制比达到29 dB。实验搭建了所设计方案的系统链路，分别将22 GHz、16 GHz的RF1、RF2下变频到1 GHz、2 GHz的IF1、IF2信号，杂散抑制比达到30 dB左右，表明该方案能实现2个通道独立下变频并且频谱纯度较高。系统性能测试结果表明：输出IF信号功率随着输入功率的增加呈线性增加，具有较好的线性输出特性和较大的线性输出范围。单独测试2个通道时，SFDR分别为110.4 dB·Hz2/3和113.4 dB·Hz2/3。综上所述，本文设计的方案既能实现双通道下变频，又具有较大的动态范围，且结构简单，为微波光子变频应用到高频段、多通道的现代化微波通信系统提供了参考。