现代通信技术的快速发展,对微波系统中频率源的性能提出了更高的要求。传统本振频率源使用微波振荡器,由于电学储能元件品质因数Q随频率升高而下降,导致输出微波信号的相位噪声与频谱纯度明显恶化,因此微波振荡器在高频系统应用中存在很大限制。基于微波光子技术的光电振荡器（Optoelectronic oscillator,OEO）,利用光学谐振腔的高Q特性来克服传统微波振荡器的局限性,可以产生频率高、可调谐、低相位噪声的微波信号,近年来为国内外学者所青睐。在过去的二十多年中,OEO不断朝着小型化、宽带调谐、高稳定性方向发展,但普遍存在着成本高、系统复杂和稳定性差等问题。本文针对OEO现阶段的技术难点问题进行研究,提出一种基于锁频环的OEO,实现频率稳定性及相位噪声性能的优化。具体研究工作如下:（1）首先对OEO经典单环结构原理进行分析,包括环路基本结构、开闭环传递函数、环路起振的阈值条件、振荡频率和输出微波信号的噪声。（2）根据微波光子技术原理,使用相位调制器、光环形器和相移光纤光栅将相位调制转化为幅度调制,实现了宽带可调谐的微波光子滤波器,并将其应用于OEO中,产生2～8 GHz的宽带可调谐微波信号。（3）由于环境温度的改变或外界的扰动容易改变光学器件的性能,输出信号的频率易发生频率漂移。故在原OEO系统的基础上,实现了一款基于锁频环的OEO,对相位噪声、频率稳定性进行了改善。在锁频环中,提出一种新型频率电压转换器电路,实现频率和电压的正比例转换,且减小了电路复杂度。本文对上述两个系统进行了详细的理论分析以及等效模型的仿真,并通过实验测试验证了基于锁频环的OEO环路的改善,频率调节范围为3～6 GHz,边模抑制比为56 d B,3 GHz时相位噪声为-112d Bc/Hz@10 k Hz,艾伦方差在1000 s时为1.9×10-10,并可以保持三小时以上的稳定。最后,对于锁频环中的关键模块频率电压转换器和运算放大器使用130 nm CMOS工艺设计,频率电压转换器可以在0.5～3.5 GHz范围内线性转换,并验证锁频环的锁定。