高性能的微波信号源是一切微波*域应用的基 础，高谱纯度、高稳定、低相位噪声的微波振荡源广 泛应用于雷达、通信、情报与电子战以及测试与测量 等*域。微波振荡源的性能直接影响了微波系统中 各种电子装备的系统性能。随着各种应用需求的不 断增加，微波系统对振荡源的各项指标提出了更高 的要求。 目前常用的高质量微波源采用半导体制作工艺 制作而成，如石英晶体振荡器，只在低频时才具有少 数几个高
Ｑ 值共振模式，一般为几十到几百兆赫 兹，这使得它不能作为直接产生高频率信号的微波 振荡源。通常采用倍频技术来获得更高的频率，但 是倍频技术会导致系统的效率急剧下降。要解决这 一问题必须增加滤波器和电放大器等有／无源器件 的数目，这会严重影响倍频信号质量；同时随着倍频 倍数的增加，相噪指标也会明显地恶化 ［
１］ 。 Ｙａｏ 等 ［
２，
３］ ）改变了这种情况。 提出的光电振荡器（ ＯＥＯ ＯＥＯ 利用光电混合的方法，采用长的低损耗光纤作 为储能元件，可以实现在微波频段内，相位噪声与频 率无关。据报道，G外已经用 ＯＥＯ 原理实现了 Ｋ 波段的微波振荡源，其相位噪声在 １０ｋＨｚ 时为－１０５ｄＢｃ／Ｈｚ
［４］。G内 ＯＥＯ 相关技术研究也逐渐深入展开，天津大学光纤通信实验室实现了中心频率为１２ＧＨｚ
，相位噪声在１０ｋＨｚ时为－９３ｄＢｃ
／Ｈｚ的
ＯＥＯ微波振荡源
［５］。
然而，尽管光电振荡器利用长光纤能够产生高质量的微波信号，但是过长的光纤结构也带来了一定的问题：１）过长的振荡环路导致系统基频很低（在
几十千赫兹左右），现有的电滤波器很难在微波波段直接将基频边带滤除；２）由于环路主要由长光纤构成，其腔长容易受到环境温度、应力等因素影响而发生变化，造成起振基频的变化，使输出频率发生漂移甚**跳频。在现有的方案中，为了提高频率稳定度，通常采用对温度不敏感的光纤、系统与环境隔离、或
者使用具有高
Ｑ 值的电滤波器等，这些方法增加了系统的体积、成本和复杂度，严重限制了光电振荡器
的实用性［６～８
］。 针对上述问题，本文采用了一种利用偏振分束器和偏振合束器的双环路光电振荡器结构，利用游标效应，成功地抑制了基频边带的干扰。同时设计了反馈腔长控制模块，利用锁模激光器产生的２０ＧＨｚ左右的电信号与 ＯＥＯ 输出电信号进行混频，通过分析处理混频输出信号检测出频率的漂移，并
对腔长进行反馈控制，在保证高谱纯度、低相位噪声的情况下，输出微波信号的频率稳定度也得到了极大的改善。
２ 分 析
具有反馈控制腔长模块的光电振荡器结构如图１所示。图中ＰＣ为偏振控制器；ＭＯＤ 为电光强度调制器；ＥＤＦＡ 为掺铒光纤放大器；ＰＢＳ为偏振分束器；ＰＢＣ 为偏振合束器；ＰＭＦ 为保偏光纤；ＰＺＴ为压电陶瓷；ＰＤ为光电二极管。根据 ＯＥＯ 的工作原理，激光器发出连续的光波，通过电光调制器、偏
振分束器、偏振合束器和光电探测器转化为微波信号。微波信号经过滤波器、放大器，通过耦合器后一部分输出，另一部分反馈回电光调制器以调制光波
［２，７，８］。输出的微波信号频率由微波滤波器决定。
信号的延时决定，环路光纤长度决定光的延时，所以 不同长度腔长对应不同的基频。在增益竞争的作用 下，其他频率由于不能获得足够的增益在环路中多 次运转后衰减，只有同时满足两套模式的频率成分 才能获得足够的增益而起振，因此**后得到的微波 信号的频率为两个环路基频的公倍数，如果恰当地 选择两个环路的光纤长度，起振模式的间隔远大于 电滤波器的带宽，这样就只有落在电滤波器通带内 的**模式才能够起振，从而有效地抑制了边模，而 且利用偏振分／合束器的双环路光电振荡器，没有引 入额外的噪声，提高了输出微波信号的质量。 由于ＯＥＯ系统采用的是长光纤储能，光纤长 度随着温度的相对变化为１０
－６／℃，所以腔长容易 受到环境温度、应力的影响而发生改变，由此引起的 基频的变化会导致光电振荡器的高频输出发生严重 漂移甚**跳模。在实验中对没有任何稳定措施的光 电振荡器进行了测试，频率的漂移达到 ／，这 样的信号很难应用到实际当中。 针对这一问题，设计了腔长控制模块，结构可参 见图 ２ 所示，图中 ＭＬＦＬ 为锁模激光器， ＭＩＸ 频器， 为微控制器。该模块的控制原理是：通 ＭＣＵ 过晶振产生５０ＭＨｚ信号调制锁模激光器，使锁模 激光器输出抖动低达皮秒级、重复频率为 ５０ＭＨｚ 光脉冲 ［ ］ １１～１３ ，此光信号经过光电探测器后进入２０ ＧＨｚ窄带滤波器进行滤波，由于窄带滤波器带宽在 ３０ＭＨｚ左右，因此在通带内**多只能滤出一个高 阶谐波，得到频率相对稳定的电信号与 ＯＥＯ 输出 微波信号混频，混频器输出二者误差信号，该误差信 号经过环路滤波器后进入微处理器系统进行处理， 微处理器计算出频率的漂移量并产生相应的控制信 号，高压电源对其放大后去控制压电陶瓷，利用压电 陶瓷的膨胀与收缩改变缠在上面的光纤的长度，从 而实现对环路腔长的控制。#p#分页标题#e#
右的信号，一部分放大后通过调制器再次调制到光 域，另一部分用于控制模块来稳定微波信号。通过 这样多次的电、光反馈，频率在 ２０ＧＨｚ 左右的信号 振荡被放大，同时，腔长随外界温度等的影响得到实 时控制，**终输出高稳定度的微波信号。 图 ３ 是本系统输出时域波形图，可以看出得到 的是非常理想的正弦波。图 ４ 是用 Ａｇｉｌｅｎｔ８５６４ＥＣ 频 谱 仪 在 测 试 范 围 （ ）带 宽 分 辨 率 力 ＳＰＡＮ （ ），带宽分辨力（ ） 条件下输出微 １００Ｈｚ ＲＢＷ １Ｈｚ 波信号的频谱图，信号有很高的谱纯度，中心频率的
４ 结 论
设计了一种带有腔长稳定措施的光电振荡器，利用偏振分束器、偏振合束器构成 ＯＥＯ 双环结构，在此基础上，加入腔长控制模块，通过检测输出微波信号的频率漂移来反馈控制光纤环路的腔长，得到频率稳定度的微波信号。由于控制腔长的精度主要取决于锁模激光器和混频器，所以采用更高性能的器件在理论上可以获得更稳定的微波信号。并
且，还可以通过更换环路中滤波器、优化光纤长度等方法，获得频率更高、相位噪声更低的微波信号。
