(4) 簡化系統復雜度的優勢明顯。
在使用微波光子進行頻率變換時，光載波頻率極高，可實現高頻微波信號到基帶信號的低變頻損耗的單次下變頻，同時仍可保持較高的鏡頻干擾抑制，從而有效地避免了多級頻率變換帶來的損耗和復雜度提升。此外，該技術可以和光波分復用技術相結合，實現一次性將多端口的射頻信號與單本振信號上 / 下變頻 。進一步地，將該方案與微波光子波束賦形網絡的設計相結合，可以基于新的架構，在省略了傳統的復雜的本振饋送網絡的同時，建立靈活高效的信號收發鏈路。
3.3 微波光子相控陣的關鍵技術
與傳統的光開關、光交換、光邏輯等數字信號處理功能完全不同，微波光子技術面向的是寬帶微波信號，其進行的是模擬信號的光處理。其實質上是將“電域上超寬帶的微波信號處理問題”轉化為“光域上極窄帶的模擬信號處理問題”。因此，微波光子技術應用于相控陣雷達系統中，在提供了上述諸多優勢的同時，也必將會遇到一些新的難點和技術挑戰。涉及到的關鍵技術有：
(1) 高性能器件及芯片。
隨著收發信道容量的增加，微波光子相控陣系統對直調激光器的調制帶寬和線性度的要求勢必越來越高，尤其需要衡量其 1 dB 壓縮點以及激光器諧振非線性兩項指標。調和空間燒孔效應，增加整個腔內載流子的利用率均勻性，提高 1 dB 壓縮點；同時削弱光子載流子的非線性復合，削弱激光器諧振非線性，成為激光器陣列混合集成芯片制作中的關鍵技術。雖然國外很多科研單位和研究人員在單個模擬直調激光器改善帶寬和減小非線性等方面都有廣泛研究，但是對于模擬直調半導體激光器等高性能多波長激光器陣列，目前尚缺乏相關報道。
其次，對于微波光子相控陣的陣列化應用，波長的準確控制是激光器陣列非常重要的技術指標。電子束曝光技術受到拼接誤差及外界環境影響，由其制作的
DFB 激光器波長精度難達到 1 nm 以內。目前理論研究發現，基于納米壓印技術的激光器波長精度誤差可控制在±0.2
nm，但未見工程應用報道。
就微波光子相控陣來說，其廣泛使用的模擬光傳輸鏈路對于高飽和功率光電探測的需求日益迫切。微波光子相控陣天線需要接收高功率模擬信號，勢必要求探測器有高線性度和高動態范圍，從而減小信號失真并且易于提高傳輸容量。目前來看，由于探測器中光生載流子的空間電荷效應，探測器在飽和功率下遇到較大困難，是目前國際上尚未解決的一個關鍵技術難點。
(2) 高頻寬帶的微波信號與光載波之間高效線性相互作用與能量轉換。
超寬帶射頻信號可以表示為包含若干中心角頻率為 wk 信號的通頻帶信號，如式(1)表示
其中， pk (t)為信號的振幅包絡。
連續光波通過電光調制器，被注入的超寬帶射頻信號所調制。電光調制器的傳遞函數可表示為
其中，
為調制器的偏置角度 ,
為調制器的半波電壓，
分別為 0 階和 1 階貝塞爾函數。
由式(2)可知，超寬帶工作狀態下，頻率為
的信號將既受到載波間的互調失真影響，又受到帶內的交調失真影響，兩種失真并存，共同影響著信號的線性接收。因此，多源非線性的共同抑制和補償是超寬帶高性能系統中的重要研究內容。各類噪聲是限制微波光子鏈路接收微弱信號的主要因素，系統自身的噪聲特性好壞直接影響到鏈路弱信號檢測能力。當前，微波光子鏈路的噪聲系數仍普遍在
20 dB 以上，極大地制約了其在相控陣雷達中的應用。
非線性和噪聲對微波光子鏈路性能的影響可以通過鏈路 SFDR 這一指標來衡量，其綜合體現了一個系統克服噪聲影響，處理微弱信號的能力以及克服非線性失真影響，接收和處理強信號的能力。在過去的幾十年里，各國的專家學者圍繞模擬光鏈路動態范圍的提升問題展開了大量的研究工作。概括來說，無外乎從提高鏈路的信噪比(降低鏈路噪聲系數)以及提高鏈路的線性度兩方面入手。主要包括了調節激光器輸出功率、降低激光器 RIN 值、低偏置技術、光載波過濾技術、雙波長注入技術、調制其的級聯(串聯 / 并聯)技術、平衡探測技術、預失真、失真后補償技術等。表 1 對提升微波光子鏈路(Radio Over Fiber, ROF)動態范圍的幾種關鍵技術的主要優缺點進行了比較。
表 1 大動態范圍微波光子鏈路實現手段的優缺點比較
從表
1
可以看出，縱然微波光子鏈路可以通過采取一定的手段獲得極高的動態范圍，但在實際應用中，仍需要綜合考慮鏈路的指標、系統實現的復雜度、成本等多方面的因素，特別是系統穩定性、復雜度及成本等，成為了制約現有大動態范圍微波光子鏈路實現方法在微波光子相控陣中大規模工程應用的關鍵因素。
(3) 微波模擬信號的光域處理與精細靈活調控。
由于光波的頻率比微波的頻率高 3～5 個數量級，在光域進行微波信號的處理實際上就是進行超窄帶的模擬信號處理，這就需要在光域上直接對帶寬僅為 GHz 甚至百 MHz 量級的微波信號的幅度和相位進行精細控制。下面以微波光子濾波和高性能模數轉換為例進行說明。
在寬帶微波模擬信號的產生和處理時，往往需要對寬帶信號的時域波形和頻譜進行靈活地控制，以滿足一些特定的要求。比如在超寬帶微波光子相控陣應用中，一方面要通過控制超寬帶信號的時域波形，使脈沖的頻譜能夠盡可能逼近美國聯邦通信委員會(Federal Communications Commission,FCC)制定的世界通用頻譜規范；另一方面還要在光域實現對超寬帶脈沖信號的高速調制和編碼，以滿足未來超寬帶微波光子相控陣系統靈活接入的需求。但需要注意的是，微波光子系統輸出的微波信號幅度與光電探測器接收到的光功率是成正比的。遺憾的是，光功率沒有負值，因此一般情況下基于數字濾波思想構成的微波光子濾波器只能是產生正抽頭系數的微波信號處理系統。這就大大限制了系統的可調諧性和可重構能力。縱然可以通過差分檢測、混合光電方法、利用電光調制器反向特性或者光器件的非線性效應來實現負抽頭系數的微波光子濾波器 ，然而這樣的濾波器在實現上往往需要精心地設計，難免在實用性和可靠性上大打折扣。