本发明公开了一种基于级联相位和偏振调制器的微波光子正交混频方法。该方法利用级联的相位调制器和偏振调制器将射频信号与本征信号分别调制于光载波上，生成其中两个垂直偏振态调制信号间的相位差为90°的级联调制信号；提取所述级联调制信号的一阶单边带信号并将其分为两路；然后利用起偏方向与所述偏振调制器主轴偏振方向的夹角为90°和45°的两个检偏器对两路一阶单边带信号分别进行检偏；最后对两路检偏后信号分别进行光电探测并去除所得电信号中的直流分量，得到一对幅度相同、相位正交的中频信号。本发明还公开了一种基于级联相位和偏振调制器的微波光子正交混频装置。相比现有技术，本发明的工作带宽更高，结构更加紧凑、简洁。