微波信号的探测与处理在微波接收系统中起着重要作用,日益复杂的电磁环境对系统信号接收能力的要求越来越高。单纯的电子技术在工作频段、处理带宽、动态范围以及抗电磁干扰能力等方面日显不足,因此亟需研究新的技术方案突破局限,微波光子技术应运而生。微波光子技术将微波技术和光子技术有机结合,应用光子技术产生、传输和处理微波信号,充分发挥了光纤通信宽频段、大带宽、低损耗以及强抗电磁干扰等优势,融合微波技术的覆盖范围广、机动性强和灵活性高的特性,为微波信号探测与处理提供全新的解决思路。作为微波光子技术中的关键系统之一,光电振荡器(Optoelectronic Oscillators,OEOs)从最初的微波信号产生,逐渐发展到光传感、时钟信号恢复、信号探测和频率变换等诸多领域,发挥了微波光子技术的优势。本论文重点开展基于光电振荡机制的微波信号探测和频率变换研究。首先,根据微波光子链路和经典的光电振荡理论,建立了基于OEO的微波信号探测理论模型,并对传统的Yao-Maleki相位噪声理论模型进行了修正,为研究工作奠定了理论基础。针对低功率微波信号,提出了基于可鉴频OEO的探测方案,利用循环振荡增益机制,在光域内对光载微波信号进行放大。同时,利用光学选频机制对振荡频率进行调谐,实现对目标信号的频率选择性放大。基于建立的验证实验系统,实现了频率在1.5～5 GHz范围内低功率微波信号的探测,增益为10 dB,探测灵敏度达到-91 dBm,频率测量误差为±100 MHz。针对低功率窄带信号探测应用,进行了 QPSK调制信号的探测研究,对于同步语音信号,实现了-83 dBm的探测灵敏度。针对传统相位调制信号较大的光载波边带功率比(Optical carrier to sideband ratio,OCSR)导致OEO信号探测的增益受限问题,提出了基于等效相位调制的OCSR可调方案,通过抑制载波功率减小调制信号的OCSR,提升OEO信号探测系统的增益。实验上采用双平行马赫-增德尔调制器通过合理设置直流偏置工作点实现等效相位调制功能,实现了 2～18 GHz频率范围内低功率微波信号的探测,与基于传统相位调制的OEO信号探测方案相比,探测灵敏度提升了 9 dB。对基于等效相位调制的OEO信号探测系统进行了全面的测试研究,并分析给出了进一步提升探测能力的优化方案。针对接收宽频段微波信号的进一步处理,提出并研究了无外部本振的微波光子下变频方案。该方案采用偏振复用双环路OEO产生高质量、频率可调的本振信号,同时该OEO实现微波信号的下变频而无需外部本振源和额外的调制器。实验上产生了 2.5～7 GHz范围内频率可调的本振信号,边模抑制比达到56 dB,在10 kHz频偏处相位噪声为-109 dBc/Hz。应用生成的本振信号,实现了将3.5～8 GHz范围内的射频信号下变频至1GHz的同中频信号,无杂散动态范围为102.2 dB·Hz2/3。面向实际通信应用,研究测试了不同传输速率和不同信噪比下的微波信号下变频特性,验证了该方案用于无外部本振下变频接收的可行性。本论文的研究工作验证了光电振荡机制在低功率微波信号探测以及微波光子下变频等应用中的可行性和技术优势,为微波光子信号探测和处理提供了有效的解决方案。