随着移动信息时代的到来,在雷达、移动卫星通信以及下一代移动通信等领域的信息业务量快速增长,对于信号的传输速率要求越来越高。传统的移动通信系统一般工作在中低频段,但该频段的频谱资源已日益紧张,可利用的频段已相当拥挤,为获得更为丰富的频谱资源,无线通信系统信号的载波频率正朝着毫米波段快速发展。高频段,特别是毫米波段,频谱资源丰富,满足对信号的高传输速率需求。电子器件由于存在“速率瓶颈”,基于传统电学方法产生高频率毫米波信号的技术难度随频率的增加而提高。此外,毫米波信号在大气传输过程中受到的衰减损耗严重,且会引入额外的噪声,易受电磁干扰等影响。而微波光子技术不仅可以克服电学系统存在的“速率瓶颈”的影响,产生高频毫米波信号,而且与光纤传输系统相兼容,实现光载毫米波信号的产生、传输和处理,避免电磁干扰的影响,在接收端经过光电转换得到的毫米波信号质量较高。基于微波光子技术产生高频毫米波信号中目前应用最广泛的是外调制方法,基于该方法产生的毫米波信号虽然具有的质量高、易调谐等优点,但存在倍频因子系数较低、调制器调制指数偏高、系统结构复杂等问题。因此,基于光外调制技术如何高效地产生高频毫米波信号成为近年来热门的研究方向。本文在综述近年来基于微波光子技术产生高频毫米波信号的研究成果基础上,进一步阐述了基于光外调制技术产生毫米波信号的特点和优势,分析推导了基于电光效应的相位调制器(PM)和马赫-增德尔调制器(MZM)的非线性特性产生高频毫米波信号的原理,分别提出了两种基于光外调制技术产生高频毫米波信号的方案并分析了所产生光载毫米波信号的传输性能,具体的研究工作和创新点如下:(1)提出了一种基于PM和SOA的27倍频BPSK毫米波信号产生方法。根据PM的电光调制机理以及在BPSK射频驱动信号下的非线性调制的光边带的相位变化特点,发现经过相位调制后的奇数阶光边带携带有BPSK信号相位信息,偶数阶光边带不携带有BPSK信号相位信息。通过调节相位调制器的调制指数使得输出光边带中的-4阶与+5阶光边带相等且具有最大的幅值,并使用波长间插器(IL)提取出-4阶与携带有相位信息的+5阶光边带。提取出的两个光边带随后注入半导体光放大器(SOA),利用SOA的四波混频效应产生频率间隔为射频本振信号频率27倍的两个闲频光,并使用IL提取,形成承载有BPSK信号的27倍频光载毫米波信号。由于只有一个闲频光携带有BPSK信号,生成的毫米波信号对光纤色散不敏感。通过搭建仿真传输链路,对获得的误码率(BER)曲线和眼图进行分析,表明所产生的毫米波信号具有良好的传输性能。(2)在研究基于电光效应的MZM对光波的非线性调制的基础上,提出了基于级联MZM生成8倍与16倍频毫米波信号的方案。在MZM设置合适的直流偏置和调制指数前提下,上支路光波经过级联的MZM调制后,输出端只包含光载波和±4阶或±8阶光边带。下支路的光波经过光移相器(PS)的移相和光功率衰减器(ATT)的幅度衰减后,与上支路的光载波的幅度相等、相位相反,上下两支路合路后,光载波将叠加相消,输出光信号只保留±4阶或±8阶光边带。经过光电探测器光电转换后产生频率为射频本振8倍或者16倍频的毫米波电信号。仿真结果表明,生成的8倍频的光载毫米波信号光边带抑制比(OSSR)为32.6 dB、射频杂散波抑制比(RFSSR)为38.15 dB,生成的16倍频的光载毫米波信号的OSSR为29.85 dB、RFSSR为23.9 dB。通过搭建RoF仿真链路的,表明基于本方案所生成的8倍与16倍频毫米波信号能够实现无误码传输(BER<1 × 10-9)。8倍频毫米波信号通过长度为5 km、10 km和15 km的标准单模光纤的传输后,传输功率代价分别为0.25 dB、0.5 dB和1 dB;16倍频毫米波信号在分别通过长度为5 km、7.5 km和10 km的标准单模光纤传输后,传输功率代价分别为0.2 dB、0.6 dB和2.1 dB。