微波光子学是微波和光子学领域的交叉学科,其研究利用光子学方法产生、传输和处理微波和射频(RF)信号。随着信息与通信技术(ICT)业务量的增加,现代无线系统正在朝着更高频段和更大带宽的方向发展。然而,基于传统电子学的微波与RF技术则面临着体积重量大、带宽受限、易受电磁干扰等电子瓶颈,难以满足下一代无线系统的需求。凭借光子学技术的宽频带响应、低传输损耗且免受电磁干扰等优势,基于微波光子技术的RF信号参数测量和处理方法可以完成传统RF技术难以完成甚至无法实现的功能,并有望应用在无线通信、雷达、电子支援措施、射电天文学等多种场景。本文根据无线系统的发展需求以及光子学的独特优势,研究微波光子RF信号测量与处理技术。具体的工作如下:利用铌酸锂调制器的偏振敏感特性,提出了一种基于光相位调制的微波瞬时频率测量技术。通过适当的调整光偏振态,仅使用单个相位调制器就可以同时实现强度调制和相位调制。经过色散光纤传输后,两种调制格式的光信号分别进行光电探测,两路恢复出的RF功率比与RF信号频率存在一一映射的关系。通过计算RF功率比可以快速的估计推出RF频率,实验结果显示,当输入RF频率变化范围为1.6–24.6 GHz时,测量误差不超过±0.3 GHz。针对宽带RF信号的来波到达角测量问题,提出了一种基于微波光子滤波的辐射源波达角估计技术。来自于两个空间分立天线单元的宽带RF信号分别加载到双偏振二进制相移键控(DPBPSK)调制器的两个子调制器上。由于偏振相互正交的光波在光电二极管(PD)中探测时互不相干,因此仅采用一个光源和一个探测器就可以构造出一个双抽头的微波光子陷波滤波器。通过测量频谱中的陷波点位置可以反推出相对延时,结合天线单元的空间分布就可以估计出辐射源波达角。实验结果显示,当时延变化范围为-14–16 ps时,时延测量误差小于±0.35 ps。针对带内全双工通信的应用场景,提出了基于光域预失真的RF自干扰对消技术。根据自干扰的先验信息,对强度调制直接检测链路作适当修正,其中光载波被替换为携带自干扰信息的预失真光载波。预失真载波的生成由一个强度调制器和一段光延时线完成,通过调整调制器的偏置点和延时线,可以分别实现对消操作需要的幅度和时延匹配。当满足匹配条件时,经PD后可以从强自干扰中恢复出有用信号。实验结果显示,在2.4 GHz频段,系统在100 MHz宽带范围内对消深度为32.6dB,10 k Hz窄带对消深度可达57 dB。由于直接探测会在低频处产生信号与信号间拍频干扰(SSBI),差频接收机必须选择合适的中频工作。我们基于Kramers-Kronig(KK)算法提出了一种可以工作在更低IF频率条件下的微波光子RF接收机。RF信号和本振信号分别加载到双平行马赫增德尔调制器(DPMZM)的两个子调制器上,DPMZM的三个偏置电压均设置为最小点。经直接探测后,恢复出的光电流包含有用信号与SSBI。KK算法可以利用最小相位信号的幅度恢复出相位,达到抑制SSBI的效果。实验结果显示,在低IF频率接收的情况下,有用信号的误差矢量幅度(EVM)为4.31%,而未经KK处理的EVM为13.1%。面向天线拉远的应用场景,提出了一种基于级联调制的RF镜像抑制下变频器。RF信号与本振信号分别驱动一个相位调制器和一个DPMZM,两次调制后的光信号经过一个光解复用器,上下光边带被分离后送至两个独立信道。通过设置DPMZM的主偏压可以实现这两个信道间的正交化。根据哈特雷镜像抑制原理,用一个中频电桥可以抑制镜像干扰。当在两个调制器间插入一段光纤后,该方案即可应用于天线拉远场景。实现结果显示,该方案可以在10 MHz的瞬时带宽下实现32.5 dB的镜像抑制比,单音镜像干扰抑制比可达51.6 dB。