一種基于往返相位校正的微波信號光纖穩相傳輸裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于往返相位校正的微波信號光纖穩相傳輸裝置，該裝置包括：通過光纖傳輸信號的中心站和基站，所述中心站包括：第一直調激光器、第一波分復用器、第一微波源、第一電功分器、微波倍頻器、第一電濾波器、第一電混頻器、第二光電探測器、第三電濾波器、第四電濾波器；所述基站包括：第二波分復用器、第一光電探測器、第二電濾波器、第二微波源、第二電功分器、第二直調激光器、第二電混頻器、第五電濾波器、微波除頻器、第六電濾波器和采樣示波器。本發明基于往返相位校正技術實現了微波信號的光纖穩相傳輸，從而克服了傳統電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢，突破了電子技術實現高頻微波信號穩相傳輸的瓶頸。
【專利說明】一種基于往返相位校正的微波信號光纖穩相傳輸裝置

【技術領域】
[0001]本發明屬于微波光子學【技術領域】，更具體的說是一種基于往返相位校正技術的微波信號光纖穩相傳輸裝置，以利用光子技術穩相傳輸微波信號形。

【背景技術】
[0002]近幾年，基于光子技術利用單模光纖穩相傳輸微波信號吸引了研究人員廣泛的關注，其中包括現代多基站雷達，長基線干涉法深空探測系統、各種干涉測量體制、射電天文的長基線天線布陣等射頻通信系統、以及電子對抗系統等領域，微波技術與光子技術相互融合成為科技進步的必然趨勢。基于光子技術穩相傳輸微波信號一方面克服了電子技術穩相傳輸微波信號存在的電子瓶頸以及電纜傳輸線損耗大、體積大、成本高、很難實現遠距離傳輸的問題，另一方面充分利用了光子技術的先天優勢如損耗低、重量輕、帶寬大、速度快、抗電磁干擾和頻率響應平坦等諸多優點，此外光子技術穩相傳輸微波信號可以與全光網絡以及光載射頻系統天然兼容，實現微波信號光纖穩相分布傳輸，有效的克服了高頻微波信號的電纜傳輸損耗大的問題。
[0003]歸納起來,利用光子技術穩相傳輸微波信號可以分為兩大類，一是主動相位校正系統，二是被動相位校正系統。然而，利用主動相位校正的相位控制范圍小并且穩相的速度較慢。為了克服主動相位控制的缺點，本發明提出了一種新型的被動消除射頻信號相位誤差的技術方案。
[0004]基于光子技術穩相傳輸微波信號的頻率高達幾百G甚至可以達到太赫茲頻段，并且可以實現微波信號的分布式穩相傳輸，大大降低了電子技術實現微波信號穩相傳輸的成本、體積和重量，可以說，光子技術微波信號穩相傳輸實現了微波技術不可能實現的任務。因此，基于光子技術實現微波信號穩相傳輸具有重要的戰略意義以及迫切的應用需求。


【發明內容】

[0005]有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種基于往返相位校正技術的微波信號光纖穩相傳輸裝置，以克服傳統電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢，突破電子技術實現高頻微波信號穩相傳輸的瓶頸。
[0006]為達到上述目的，本發明提供的微波信號光纖穩相傳輸裝置包括中心站和基站，所述中心站和基站通過光纖傳輸信號，其中:
[0007]所述中心站包括:第一直調激光器、第一波分復用器、第一微波源、第一電功分器、微波倍頻器、第一電濾波器、第一電混頻器、第二光電探測器、第三電濾波器、第四電濾波器，其中:
[0008]所述第一直調激光器用于產生連續光信號，并對其進行直接調制后提供給所述第一波分復用器；
[0009]所述第一波分復用器用于將調制光信號傳輸至光纖；
[0010]所述第一微波源用于產生需要穩相傳輸的微波信號，并對其進行相位校正后提供給第一電功分器；
[0011]所述第一電功分器用于將所述微波信號分為兩路，一路輸入到微波倍頻器，另一路輸入到采樣示波器進行顯示；
[0012]所述微波倍頻器用于將接收到的微波信號進行倍頻處理；
[0013]所述第一電濾波器，用于濾除所述微波倍頻器輸出的基頻信號以及其產生的雜散信號;
[0014]所述第一電混頻器的本征端口連接所述第一電濾波器，射頻端口連接所述第三電濾波器，用于對接收到的信號進行混頻；
[0015]所述第二光電探測器的光輸入端口與第一波分復用器的輸出端口連接，用于將基站產生的調制光信號進行光電轉換，轉換為電信號；
[0016]所述第三電濾波器用于將光電轉換之后的電信號進行濾波，將產生的交調信號以及諧波信號濾除，并將濾波后的電信號輸出至所述第一電混頻器的射頻端口 ；
[0017]所述第四電濾波器用于對于混頻之后的電信號進行濾波，以將其中的雜散信號以及本征信號濾除，并將濾波后的信號輸出至所述第一直調激光器作為微波調制信號；
[0018]所述基站包括:第二波分復用器、第一光電探測器、第二電濾波器、第二微波源、第二電功分器、第二直調激光器、第二電混頻器、第五電濾波器、微波除頻器、第六電濾波器和米樣不波器，其中:
[0019]所述第二波分復用器用于將中心站發出的調制光信號傳輸到基站以及將基站反射的調制光信號回傳到中心站，所述第二波分復用器的兩個通道分別連接第一光電探測器的光輸入端口和第二直調激光器的輸出端口；
[0020]所述第一光電探測器用于將中心站發出的調制光信號進行光電轉換，并提供給第二電濾波器；
[0021]所述第二電濾波器用于對于接收到的信號進行濾波，并將濾波后的信號輸出至第二電混頻器；
[0022]所述第二微波源用于輸出與中心站同一頻率的微波信號，并對其進行相位校正后提供給第二電功分器；
[0023]所述第二電功分器用于將所述第二微波源輸出的微波信號分為兩束，其中一束入射到第二直調激光器的射頻輸入端口，另一束入射到第二電混頻器的本征端口 ；
[0024]所述第二直調激光器用于對于接收到的信號進行直接調制，并將調制后的信號傳輸至第二波分復用器；
[0025]所述第二電混頻器的本征端口連接所述第二電功分器，射頻端口連接所述第二電濾波器，用于對接收到的信號進行混頻和相位校正；
[0026]所述第五電濾波器用于對于混頻之后的電信號進行濾波，以濾除雜散信號以及不想要的諧波信號；
[0027]所述微波除頻器用于對于濾波后的信號進行除頻處理；
[0028]所述第六電濾波器用于將除頻后的信號進行濾波處理，僅僅留下需要的微波信號;
[0029]所述采樣示波器與所述第六電濾波器連接，用于顯示接收到的信號的時域波形。
[0030]從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果:
[0031]1、本發明提供的基于往返相位校正技術的微波信號光纖穩相傳輸裝置，由于采用光子技術的方案所以克服了傳統電子學方法在帶寬、重量、體積、電磁干擾等方面的劣勢，并突破了電子技術實現高頻微波信號穩相傳輸的瓶頸。
[0032]2、本發明提供的基于往返相位校正技術的微波信號光纖穩相傳輸裝置，由于利用直調激光器實現微波信號的穩相傳輸，所以結構簡單，成本低，易于集成化，響應速度快，功率損耗小。
[0033]3、由于米用被動相位校正實現微波信號光纖穩相傳輸,故克服了主動方式實現微波信號穩相傳輸的相位控制范圍小并且穩相的速度較慢的弊端；本發明技術方案的相關器件均為市場上可以購買的器件，故該方案可以實現實用化，結構穩定，成本低廉。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發明微波信號光纖穩相傳輸裝置的結構示意圖；
[0035]圖2 (a)是本發明微波信號光纖穩相傳輸裝置未進行相位補償時的實驗結果示意圖；圖2(b)是本發明微波信號光纖穩相傳輸裝置進行相位補償后的實驗結果示意圖。

【具體實施方式】
[0036]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0037]圖1是本發明微波信號光纖穩相傳輸裝置的結構示意圖，如圖1所示，所述微波信號光纖穩相傳輸裝置包括中心站和基站，所述中心站和基站通過光纖3傳輸信號，其中:
[0038]所述中心站包括:第一直調激光器1、第一波分復用器2、第一微波源5、第一電功分器6、微波倍頻器7、第一電濾波器8、第一電混頻器9、第二光電探測器15、第三電濾波器16、第四電濾波器17，其中:
[0039]所述第一直調激光器I用于產生連續光信號，并對其進行直接調制后提供給所述第一波分復用器2 ；
[0040]所述第一波分復用器2用于將調制光信號傳輸至光纖3 ；
[0041]所述光纖3用于將調制光信號從中心站傳輸到基站以及將基站回傳的信號傳輸到中心站，從而實現相位較正；
[0042]在本發明一實施例中，所述光纖3為單模光纖。
[0043]所述第一微波源5用于產生需要穩相傳輸的微波信號，并對其進行相位校正后提供給第一電功分器6 ；
[0044]在本發明一實施例中，所述第一電功分器6的功分比為1:9。
[0045]所述第一電功分器6用于將所述微波信號分為兩路，一路輸入到微波倍頻器7，另一路輸入到采樣示波器22進行顯示(該路信號圖中未示出)；
[0046]所述微波倍頻器7用于將接收到的微波信號進行倍頻處理；
[0047]所述第一電濾波器8，用于濾除所述微波倍頻器7輸出的基頻信號以及其產生的雜散信號，這是由于電倍頻器有限的本征隔離度引起的；
[0048]所述第一電混頻器9的本征端口連接所述第一電濾波器8，射頻端口連接所述第三電濾波器16，用于對接收到的信號進行混頻；
[0049]其中，所述混頻包括上混頻和下混頻。
[0050]所述第二光電探測器15的光輸入端口與第一波分復用器2的輸出端口連接,用于將基站產生的調制光信號進行光電轉換，轉換為電信號；
[0051]所述第三電濾波器16用于將光電轉換之后的電信號進行濾波，將產生的交調信號以及諧波信號濾除，并將濾波后的電信號輸出至所述第一電混頻器9的射頻端口 ；
[0052]所述第四電濾波器17用于對于混頻之后的電信號進行濾波，以將其中的雜散信號以及本征信號濾除，并將濾波后的信號輸出至所述第一直調激光器I作為微波調制信號。
[0053]所述基站包括:第二波分復用器4、第一光電探測器10、第二電濾波器11、第二微波源12、第二電功分器13、第二直調激光器14、第二電混頻器18、第五電濾波器19、微波除頻器20、第六電濾波器21和采樣示波器22，其中:
[0054]所述第二波分復用器4用于將中心站發出的調制光信號傳輸到基站以及將基站反射的調制光信號回傳到中心站，所述第二波分復用器4的兩個通道分別連接第一光電探測器10的光輸入端口和第二直調激光器14的輸出端口 ；
[0055]所述第一光電探測器10用于將中心站發出的調制光信號進行光電轉換，并提供給第二電濾波器11 ;
[0056]所述第二電濾波器11用于對于接收到的信號進行濾波，并將濾波后的信號輸出至第二電混頻器18 ；
[0057]所述第二微波源12用于輸出與中心站同一頻率的微波信號，并對其進行相位校正后提供給第二電功分器13 ；
[0058]所述第二電功分器13用于將所述第二微波源12輸出的微波信號分為兩束,其中一束入射到第二直調激光器14的射頻輸入端口，另一束入射到第二電混頻器18的本征端Π ；
[0059]在本發明一實施例中，所述第二電功分器13的功分比為1:1。
[0060]所述第二直調激光器14用于對于接收到的信號進行直接調制，并將調制后的信號傳輸至第二波分復用器4 ；
[0061]其中，所述第二直調激光器14的波長與所述第一直調激光器I的波長不同，因此，可以使用波分復用器4的不同信道來傳輸；
[0062]所述第二電混頻器18的本征端口連接所述第二電功分器13，射頻端口連接所述第二電濾波器11，用于對接收到的信號進行混頻和相位校正；
[0063]所述第五電濾波器19用于對于混頻之后的電信號進行濾波，以濾除雜散信號以及不想要的諧波信號；
[0064]所述微波除頻器20用于對于濾波后的信號進行除頻處理；
[0065]所述第六電濾波器21用于將除頻后的信號進行濾波處理，以僅僅留下需要的微波信號；
[0066]所述采樣示波器22與所述第六電濾波器21連接，用于顯示接收到的信號的時域波形，所述信號包括穩相之后的微波信號和未穩相傳輸的微波信號，從而來測試系統的穩定性、驗證原理的正確性以及驗證系統的有效性。
[0067]其中，所述直調激光器1、14是半導體激光器，調制帶寬越寬越好，啁啾效應越小越好；所述波分復用器2、4是光纖結構的；所述電濾波器8、11、16、17、19、21可以為任何結構，但是濾波器的帶外抑制比應盡量高，濾波器的寄生通帶應該盡量遠離需要的基頻信號以及2次諧波頻率處；所述微波源5、12是矢量網絡分析儀或微波信號源；所述光電探測器10,15是光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料；所述采樣示波器22是泰克的采樣示波器也可以是安捷倫的采樣示波器，如果產生微波信號的相位很穩定時也可以應用實時示波器采集。
[0068]所述微波信號光纖穩相傳輸裝置工作時，利用第二直調激光器14產生強度調制光信號，該光信號首先從基站傳輸到中心站，經過光電轉換之后輸入到第三電濾波器16,此處中心站的第一微波源5發出和基站同樣頻率的微波信號,第一微波源5發出的微波信號首先經過微波倍頻器7倍頻之后輸入到第一電混頻器9，與第三電濾波器16輸出的電信號進行下混頻，下混頻之后的微波信號輸入至第一直調激光器1，第一直調激光器I輸出的光載波波長與第二直調激光器14輸出的光載波波長不同，故可以通過第二波分復用器4的另一個通道入射到光纖3，此處的下行鏈路和上行鏈路是同一段光纖。然后將中心站直接調制的光信號從中心站傳輸到基站，通過第一光電探測器10進行光電轉換，光電轉換后的電信號與第二微波源12發出去的微波信號進行電混頻，實現上混頻，上混頻之后的微波信號通過微波除頻器20產生需要傳輸的微波信號，此微波信號的頻率和相位和基站需要傳輸的微波信號是一致的。
[0069]接下來驗證微波信號光纖穩相傳輸裝置的有效性，假設中心站需要傳輸的微波信號為C0S(iW+約)，其中，ω為角頻率，約為初始相位,首先第一電功分器6將微波信號分為兩束，功分比為1:9，90%的功率入射到微波倍頻器7，將微波信號倍頻為cos(2<W + 2約)，然后入射到第一電混頻器9的本征輸入端口，進行下混頻。第二微波源12輸出同樣頻率的微波信號入射到第二電功分器13，將微波信號分為兩束，并且二者的功率相等，其中一束入射到第二直調激光器14的射頻輸入端口進行強度調制，第二直調激光器14輸出的光信號從基站發送到中心站，通過第二光電探測器15進行光電轉換，光電轉換后的微波信號為005(-- + ^ + ?；Π _中，朽為基站輸出的微波信號的初始相位，τ為調制光信號從基站發送到中心站所需要的時間，該微波信號入射到第一電混頻器9的射頻輸入端口，與本征輸入信號進行下混頻，下混頻之后的微波信號為cos(iy/ + 2奶-朽-?r)然后該微波信號入射到第一直調激光器I的射頻輸入端口進行直接調制，直接調制之后的光信號通過第一波分復用器2和第二波分復用器4以及單模光纖3從中心站傳輸到基站，然后入射到第一光電探測器10的光輸入端口進行光電轉換，得到的微波信號為cos(M + 2約-朽)，此微波信號與第二微波源12輸出的微波信號進行上混頻，上混頻之后的微波信號為cos(2? + 2奶)，此微波信號經過除頻之后為cos(M +奶)，然后將其入射到采樣示波器22中觀測波形。
[0070]圖2示出了本發明微波信號光纖穩相傳輸的實驗結果示意圖，該圖為類似結果圖，圖2(a)和圖2(b)為通過采樣示波器采集的微波信號的時域波形，其中，圖2(a)為沒有進行穩相傳輸的實驗結果圖，圖2(b)為穩相之后的實驗結果圖，由圖2可知，穩相傳輸之前的微波信號相位隨著時間漂移，穩相之后微波信號的相位隨時間變化基本不漂移。
[0071]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種微波信號光纖穩相傳輸裝置，其特征在于，該裝置包括:中心站和基站，所述中心站和基站通過光纖傳輸信號，其中: 所述中心站包括:第一直調激光器、第一波分復用器、第一微波源、第一電功分器、微波倍頻器、第一電濾波器、第一電混頻器、第二光電探測器、第三電濾波器、第四電濾波器，其中: 所述第一直調激光器用于產生連續光信號，并對其進行直接調制后提供給所述第一波分復用器； 所述第一波分復用器用于將調制光信號傳輸至光纖； 所述第一微波源用于產生需要穩相傳輸的微波信號，并對其進行相位校正后提供給第一電功分器； 所述第一電功分器用于將所述微波信號分為兩路，一路輸入到微波倍頻器，另一路輸入到采樣示波器進行顯示； 所述微波倍頻器用于將接收到的微波信號進行倍頻處理； 所述第一電濾波器，用于濾除所述微波倍頻器輸出的基頻信號以及其產生的雜散信號; 所述第一電混頻器的本征端口連接所述第一電濾波器，射頻端口連接所述第三電濾波器，用于對接收到的信號進行混頻和相位校正； 所述第二光電探測器的光輸入端口與第一波分復用器的輸出端口連接，用于將基站產生的調制光信號進行光電轉換，轉換為電信號； 所述第三電濾波器用于將光電轉換之后的電信號進行濾波，將產生的交調信號以及諧波信號濾除，并將濾波后的電信號輸出至所述第一電混頻器的射頻端口 ； 所述第四電濾波器用于對于混頻之后的電信號進行濾波，以將其中的雜散信號以及本征信號濾除，并將濾波后的信號輸出至所述第一直調激光器作為微波調制信號； 所述基站包括:第二波分復用器、第一光電探測器、第二電濾波器、第二微波源、第二電功分器、第二直調激光器、第二電混頻器、第五電濾波器、微波除頻器、第六電濾波器和采樣示波器，其中: 所述第二波分復用器用于將中心站發出的調制光信號傳輸到基站以及將基站反射的調制光信號回傳到中心站，所述第二波分復用器的兩個通道分別連接第一光電探測器的光輸入端口和第二直調激光器的輸出端口； 所述第一光電探測器用于將中心站發出的調制光信號進行光電轉換，并提供給第二電濾波器； 所述第二電濾波器用于對于接收到的信號進行濾波，并將濾波后的信號輸出至第二電混頻器； 所述第二微波源用于輸出與中心站同一頻率的微波信號，并對其進行相位校正后提供給第二電功分器； 所述第二電功分器用于將所述第二微波源輸出的微波信號分為兩束，其中一束入射到第二直調激光器的射頻輸入端口，另一束入射到第二電混頻器的本征端口 ； 所述第二直調激光器用于對于接收到的信號進行直接調制，并將調制后的信號傳輸至第二波分復用器； 所述第二電混頻器的本征端口連接所述第二電功分器，射頻端口連接所述第二電濾波器，用于對接收到的信號進行混頻； 所述第五電濾波器用于對于混頻之后的電信號進行濾波，以濾除雜散信號以及不想要的諧波信號； 所述微波除頻器用于對于濾波后的信號進行除頻處理； 所述第六電濾波器用于將除頻后的信號進行濾波處理，僅僅留下需要的微波信號； 所述采樣示波器與所述第六電濾波器連接，用于顯示接收到的信號的時域波形。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光纖為單模光纖。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一電功分器的功分比為1:9。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述混頻包括上混頻和/或下混頻。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二電功分器的功分比為1:1。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第二直調激光器的波長與所述第一直調激光器的波長不同。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述直調激光器是半導體激光器。
8.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述波分復用器為光纖結構。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述微波源為矢量網絡分析儀或微波信號源。
10.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述光電探測器為光電二極管或光電倍增管，采用磷化銦材料或硅基材料。
【文檔編號】H04B10/2575GK104168064SQ201410428059
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】李偉, 王文亭, 孫文惠, 王瑋鈺, 劉建國, 祝寧華 申請人:中國科學院半導體研究所