下一代卫星载荷向着拥有宽带多波束捷变、数百通道复杂格式信号处理等先进功能的方向发展,使得通信卫星的关键部分——卫星转发器的工作频率和信号带宽不断提升,给传统的电子技术带来了巨大的挑战。微波光子技术被认为是未来宽带通信卫星系统的关键支撑,不仅能在重量、尺寸和隔离度等关键方面改善卫星的性能,也是新型有效载荷和复杂星上信息处理的关键使能技术。本文以微波光子卫星转发器及其关键技术为研究方向,在高性能本振产生,微波光子混频,射频交换等关键技术以及微波光子转发器系统架构等方面提出了新方法和思路,主要开展了如下三个方面的研究工作:1.在高性能本振产生方面,对低相噪可调谐光电振荡器进行了理论分析和实验研究,提出了拓宽光电振荡器调谐范围的新方法:提出一种基于相位调制的二倍频光电振荡器,将产生本振的频率范围扩展了两倍;提出一种基于受激布里渊散射的上变频光电振荡器,实现了10-42GHz的宽带调谐。2.在微波光子混频方面,提出了基于光电振荡器的多通道混频的新方案:研究了可同时实现可调谐本振信号产生、宽带信号上变频以及对上变频后宽带信号进行360度相移处理的光电振荡器系统;提出并实现基于级联偏振调制器的四倍频光电振荡器,实现了多通道宽带信号同时上变频至40GHz的毫米波波段;提出了基于偏振调制的光电振荡器方案,同时实现光子本振产生、多通道上转换以及色散抑制。3.在微波光子卫星转发器架构方面,基于以上关键技术,提出并研究了微波光子卫星转发器系统架构新方案:构建由阵列激光器、光电振荡器、级联光子混频及光开关阵列构成的微波光子卫星转发器系统架构,以波长路由的方式进行光子射频交换,搭建2×2的微波光子卫星转发器原型实验系统,实现了对高清视频信号的可靠转发。