马赫曾德尔调制器的非线性会严重恶化星上微波光子系统的性能。建立了包括光源、马赫曾德尔调制器和光电探测器的双音调制理论模型，利用傅里叶级数展开、傅里叶变换和Gegenbauer加法定理，推导出了调制器非线性失真的严格通用解析解。根据该解析解，可精确地预计不同调制方式下星上微波光子系统的非线性失真，优化系统性能。分析结果表明，双边带和单边带调制条件下，将调制器输出信号保留至二次谐波能较好地近似计算三阶交调失真比和三阶交调截点，三阶交调失真比随调制系数的增大先增大后减小。当调制系数小于1.4674时，