CN104467967A - 基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，包括：一中心站、一远端和一单模光纤，所述中心站通过单模光纤与远端连接，本发明只在中心站对信号进行处理，搭建及维护成本低；***带宽较大；对于相位抖动较大的信号也可以进行稳相。

Description

基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***

技术领域

本发明涉及一种微波信号光纤稳相传输***，具体来说是一种基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，属于微波光子学技术领域。

背景技术

微波信号的稳相传输技术在分布式合成孔径雷达，深空探测，原子钟分发，全球导航卫星***等领域中都有很广泛的应用。传统的微波信号传输采用同轴电缆进行稳相传输，但电缆损耗大、体积大、成本高，非常难实现远距离传输。光纤由于宽带宽、低损耗、抗电磁干扰、价格低的优势，被认为非常适合用于微波信号的传输，尤其是远距离传输。然而，由于外界环境的影响，如温度、应变、振动等，会导致光纤的等效长度发生变化，经光纤传输的信号延时发生改变，进而导致经光纤传输的微波信号的相位发生抖动，因此需要一定的方法实现光纤中微波信号的稳相传输。目前，实现微波信号稳相传输的基本思想是利用往返延迟校正消除相位抖动，认为在光纤中相向传输的光信号是相互独立的，其经历相同的延时，即相位抖动相同，具体方法可以归纳为两类，一是主动控制法，通过直接提取调制在光载波上的微波信号在光纤链路中往返传输的实时相位抖动信息，利用控制器件主动补偿待传输微波信号的相位，从而使传输微波信号的相位保持稳定，这种方法的局限在于，相位信号的提取主要依靠电路上的锁相技术，即利用鉴相器和环路滤波器鉴别相位抖动信息，传输信号的带宽受到很大限制，另外，当环境变化较大时，传输信号的相位抖动较大，主动控制法很难实现相位抖动的实时补偿。另一种是被动控制法，在信号发射端，将已带有相位抖动的信号和待传输的信号进行混频实现信号预失真，预失真的信号经过同一链路的传输后得到相位稳定的微波信号；或者是在信号接收端，通过对两路带有相同相位抖动的信号进行下混频，得到无相位延迟的信号。目前，主动控制法需要多个激光器和相位同步的微波源，***较为复杂。(Shen.Jianguo，Wu.Guiling，Hu.Liang，″Active phasedrift cancellation for optic-fiber frequency transfer using aphotonic radio-frequency phase shifter″，Opt.Lett.，vol.36，no.8，2014.)

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，该***只在中心站对信号进行处理，搭建及维护成本低；***带宽较大；对于相位抖动较大的信号也可以进行稳相。

本发明提供一种基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，包括：一中心站、一远端和一单模光纤，所述中心站通过单模光纤与远端连接，其中：

所述的中心站包括：

一微波信号源；

一第一射频功率分配器，其输入端与微波信号源的输出端相连；

一除频器，其输入端与第一射频功率分配器的输出端口1相连；

一第二射频功率分配器，其输入端与除频器的输出端相连；

一第一电混频器，其中频输入端与第一射频功率分配器的输出端口2相连，其本振输入端与第二射频功率分配器输出端口2相连；

一第一带通滤波器，其输入端与第一电混频器的射频输出端相连；

一射频功率混合器，其输入端口1与第二射频功率分配器的输出端口1相连；

一直接调制激光器，其射频输入端与射频功率混合器的输出端相连；

一第一光环行器，其输入端口1与直接调制激光器的输出端相连；

一第一光电探测器，其光输入端与第一光环行器的端口3相连；

一第二带通滤波器，其输入端与第一光电探测器的射频输出端相连；

一第二电混频器，其射频输入端与第一带通滤波器的输出端相连，其本振输入端与第二带通滤波器的输出端相连；

一第三带通滤波器，其输入端与第二电混频器的中频输出端相连，其输出端与射频功率混合器的输入端口2相连；

所述的远端包括：

一第二光环行器；

一光耦合器，其输入端口与第二光环行器的输出端口3相连，其输出端口2与第二光环行器的输入端口1相连；

一第二光电探测器，其光输入端与光耦合器的输出端口1相连；

一第四带通滤波器，其输入端与第二光电探测器的射频输出端相连；

所述的光纤传输链路包括单模光纤，其输入端与第一光环行器的端口2相连，输出端与第二光环行器的端口2相连。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

该***只在中心站对信号进行处理，搭建及维护成本低；***带宽较大；对于相位抖动较大的信号也可以进行稳相。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明的结构示意图，本发明提供一种基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，该***包括：一中心站A、一远端B和一单模光纤10，所述中心站A通过单模光纤9与远端B连接，其中：

所述的中心站包括：

一微波信号源1，用于提供本振微波信号，该信号即为要传输的信号；

其中，所述微波信号源1可以是矢量网络分析仪也可以是微波信号源；

一第一射频功率分配器2，其输入端与微波信号源1的输出端相连，其用于将所述微波信号源1产生的本振微波信号分为两路；

一除频器3，其输入端与第一射频功率分配器2的输出端口1相连，其用于将其中一路本振微波信号的频率变为原来的一半；

其中，所述除频器3的带宽要大于所述微波信号源1的带宽，且所述除频器3为除二的除频器，即输出信号的频率为输入信号频率的一半；

一第二射频功率分配器4，其输入端口与除频器3的输出端相连，其用于将除频后的微波信号分为两路；

其中，所述的第一射频功率分配器2和第二射频功率分配器4为50∶50的射频功率分配器；

一第一电混频器5，其中频输入端与第一射频功率分配器2的输出端口2相连，其本振输入端与第二射频功率分配器4输出端口2相连，用于将所述微波信号源1产生的本振微波信号和除频器3产生的除频信号进行上混频，上混频信号的频率为所述除频信号的3倍，即所述本振微波信号频率的1.5倍；

一第一带通滤波器6，其输入端与第一电混频器5的射频输出端相连，其用于滤除所述电混频器5漏过的微波本振信号和除频信号，只有上混频信号通过；

一射频功率混合器7，其输入端口1与第二射频功率分配器4的输出端口1相连，其用于将所述第一带通滤波器6输出的上混频信号和返回后的微波信号进行混合，将该混合信号共同调制到直接调制激光器8上；

其中，所述的射频功率混合器7为50∶50的射频功率混合器；

一直接调制激光器8，其射频输入端口与射频功率混合器7的输出端口相连，其用于提供连续的光载波，以传送微波信号；

其中，所述的直接调制激光器8可以是直接调制激光器，也可以是外调激光器加调制器的组合；

一第一光环行器9，其输入端口1与直接调制激光器8的输出端口相连，其端口2与单模光纤10相连，端口3与第一光电探测器13的输入端相连，其具有非互易性，光在其中只能单向环行，即光信号只能从1端口到2端口，再从2端口到3端口，1端口到3端口之间是相互隔离的，1端口输入的所述的载有微波信号的光载波输出到2端口，经单模光纤10传输到远端，经第二光环行器11后返回到该光环行器的端口2，并输出到输出端口3，返回的信号经历了两倍的相位扰动；

一第一光电探测器13，其光输入端口与第一光环行器9的端口3相连，其用于将返回后的载有微波信号的光信号转换为电信号，该电信号即为经历两倍相位扰动的微波信号；

一第二带通滤波器14，其输入端口与第一光电探测器13的射频输出端口相连，其用于滤除其他拍频信号，只通过经历两倍相位扰动的微波信号，该信号的频率为所述微波信号源1输出本振信号频率的一半，与除频信号的频率相同；

一第二电混频器15，其射频输入端与第一带通滤波器6的输出端相连，其本振输入端与第二带通滤波器14的输出端相连，其用于将第一带通滤波器6输出的上混频信号和第二带通滤波器14输出的包含两倍相位扰动的微波信号进行下混频，下混频信号的频率与所述微波信号源1产生的本振微波信号频率相同；

其中，所述的第一电混频器5和第二电混频器15的带宽要大于所述微波信号源1输出本振信号的带宽；

一第三带通滤波器16，其输入端与第二电混频器15的中频输出端相连，其输出端与射频功率混合器7的输入端口2相连，其作用是只通过所述下混频信号，滤除其他频率的微波信号；

所述的远端包括：

一第二光环行器11，其输入端口2与单模光纤10相连，其端口3与与光耦合器12的输入端相连，其端口1与光耦合器12的输出端口2相连，其具有非互易性，光在其中只能单向环行，即光信号只能从1端口到2端口，再从2端口到3端口，1端口到3端口之间是相互隔离的，从中心站传来的载有微波信号的光载波进入2端口，输入到3端口，经光耦合器12后输入到1端口，进而回到2端口，实现该光载波返回到中心站；

一光耦合器12，其输入端口与第二光环行器11的输出端口3相连，其输出端口2与第二光环行器11的输入端口1相连，其用于将所述载有微波信号的光载波分为两路；

一第二光电探测器17，其光输入端与光耦合器12的输出端口1相连，其用于将载有微波信号的光信号转换为电信号；

其中，所述第一光电探测器13和第二光电探测器17可以是光电二极管也可以是光电倍增管；可以是磷化铟材料的也可以是硅基材料的；

一第四带通滤波器18，其输入端与第二光电探测器17的射频输出端相连，其作用是只通过与所述微波信号源1产生的本振微波信号频率相同的微波信号，该信号即为相位稳定的微波信号；

其中，第三带通滤波器16和第四带通滤波器18的带宽要大于所述第二带通滤波器14带宽的两倍，第一带通滤波器6的带宽要大于所述第二带通滤波器14带宽的三倍；

所述的光纤传输链路包括单模光纤10，其输入端与第一光环行器9的端口2相连，输出端与第二光环行器11的端口2相连，用于传输光载微波信号。

假设中心站微波信号源1输出的微波本振信号为其中ω_RF为角频率，为初始相位，第一射频功率分配器2将其分为两路，一路进入除频器3，输出的信号为该除频信号经第二射频功率分配器4，一路与本振微波信号经过第一混频器5进行上混频，得到的微波信号为另一路除频信号加载到直接调制激光器8上，在单模光纤中进行传输，并返回到中心站，假设光纤中单向传输的延时为τ，则该微波信号经历了两倍的延时2τ，第一光电探测器13对其进行光电转换，经第三带通滤波器14后得到的微波信号为该信号与上混频信号进行下混频得到的微波信号为这个信号调制到直接调制激光器8上进行传输，在远端经第2光电探测器17和第四带通滤波器18后接收到的微波信号为与中心站发射的微波信号初始相位相同，实现微波信号稳相传输。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，包括：一中心站、一远端和一单模光纤，所述中心站通过单模光纤与远端连接，其中：

所述的中心站包括：

一微波信号源；

一第一射频功率分配器，其输入端与微波信号源的输出端相连；

一除频器，其输入端与第一射频功率分配器的输出端口1相连；

一第二射频功率分配器，其输入端与除频器的输出端相连；

一第一电混频器，其中频输入端与第一射频功率分配器的输出端口2相连，其本振输入端与第二射频功率分配器输出端口2相连；

一第一带通滤波器，其输入端与第一电混频器的射频输出端相连；

一射频功率混合器，其输入端口1与第二射频功率分配器的输出端口1相连；

一直接调制激光器，其射频输入端与射频功率混合器的输出端相连；

一第一光环行器，其输入端口1与直接调制激光器的输出端相连；

一第一光电探测器，其光输入端与第一光环行器的端口3相连；

一第二带通滤波器，其输入端与第一光电探测器的射频输出端相连；

一第二电混频器，其射频输入端与第一带通滤波器的输出端相连，其本振输入端与第二带通滤波器的输出端相连；

一第三带通滤波器，其输入端与第二电混频器的中频输出端相连，其输出端与射频功率混合器的输入端口2相连；

所述的远端包括：

一第二光环行器；

一光耦合器，其输入端口与第二光环行器的输出端口3相连，其输出端口2与第二光环行器的输入端口1相连；

一第二光电探测器，其光输入端与光耦合器的输出端口1相连；

一第四带通滤波器，其输入端与第二光电探测器的射频输出端相连；

所述的光纤传输链路包括单模光纤，其输入端与第一光环行器的端口2相连，输出端与第二光环行器的端口2相连。

2.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述微波信号源是矢量网络分析仪或微波信号源。

3.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述除频器的带宽大于所述微波信号源的带宽，且所述除频器为除二的除频器，即输出信号的频率为输入信号频率的一半。

4.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述的第一射频功率分配器和第二射频功率分配器为50∶50的射频功率分配器。

5.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述的第一电混频器和第二电混频器的带宽大于所述微波信号源输出本振信号的带宽。

6.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述的射频功率混合器为50∶50的射频功率混合器。

7.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述的直接调制激光器是直接调制激光器或外调激光器加调制器的组合。

8.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中所述第一光电探测器和第二光电探测器是光电二极管或光电倍增管；该第一光电探测器和第二光电探测器的材料为磷化铟或硅基材料。

9.根据权利要求1所述的基于相位补偿的微波信号光纤稳相传输***，其中第三带通滤波器和第四带通滤波器的带宽大于所述第二带通滤波器带宽的两倍，第一带通滤波器的带宽大于所述第二带通滤波器带宽的三倍。