一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置。由遠端和本地端及光纖三部分組成，遠端與本地端之間通過光纖連接；本地端由信號接收與回傳單元、相位檢測單元及電平調(diào)節(jié)單元三個部分組成：遠端由光源1、馬赫曾德爾調(diào)制器2（MZM2）及布拉格光柵3（FBG3）組成；光纖采用傳輸高頻微波信號的模擬光收發(fā)鏈路。本發(fā)明裝置提供了一種用于未知微波信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)牧己媒鉀Q方案，來自于遠端的微波信號通過外調(diào)的方式加載到光載波上后通過單模光纖傳輸至本地端。本發(fā)明既可針對單一微波信號的穩(wěn)相傳輸，也可以針對多頻段微波信號的穩(wěn)相傳輸。裝置工作穩(wěn)定，在長時間的測量中都有較好的穩(wěn)相效果。
【專利說明】一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種、無源電子對抗領(lǐng)域中通過光纖穩(wěn)相傳輸微波信號的裝置，具體是一種基于本地端鎖相環(huán)的微波信號遠距離穩(wěn)相光纖傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微波信號的光纖遠距離傳輸由來已久，最早用于本振信號分發(fā)及原子時鐘分發(fā)設(shè)計，在該類系統(tǒng)中需要穩(wěn)相裝置來使得分發(fā)微波信號與原信號的相位差保持穩(wěn)定。目前，微波信號的光纖穩(wěn)相傳輸已經(jīng)應(yīng)用到深空科學(xué)研究、基礎(chǔ)物理測量以及多基地雷達技術(shù)等多個方面。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)文獻檢索，以IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement (2009)中Fujieda M等人發(fā)表的文章“日本情報通信研究機構(gòu)的基于光纖的超穩(wěn)定頻率分發(fā)”及光學(xué)學(xué)報(2012)中常樂等人發(fā)表的文章“光纖穩(wěn)相微波頻率傳輸中相干瑞利噪聲的影響和抑制”為代表的眾多文章中報道的穩(wěn)相裝置的共同特點是，微波信號都是自身產(chǎn)生并多點分發(fā)的。然而在電子對抗領(lǐng)域，特別是隨著無源定位為代表的無源電子對抗的興起及應(yīng)用，需要將多個雷達天線接收到的相位未知的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸后集中處理，以往的用于相位已知的微波信號多點分發(fā)的光纖穩(wěn)相傳輸裝置不再可用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置，利用鎖相環(huán)使本地接收的信號和遠端發(fā)送的微波信號相位同步，在電域?qū)ξ⒉ㄐ盘栠M行相位差檢測獲得環(huán)路控制信號，通過反饋相位差信號驅(qū)動控制移相器，對微波信號進行相位改變，補償傳輸鏈路延遲變化導(dǎo)致的微波信號相位擾動，保持本地端接收的信號和遠端發(fā)送的微波信號的相位同步關(guān)系，達到未知微波信號穩(wěn)相傳輸?shù)哪康摹?br> [0004]本發(fā)明的目的是基于如下分析和方案提出和實現(xiàn)的:
[0005]—種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置，由遠端和本地端及光纖三部分組成，遠端與本地端之間通過光纖連接；本地端由信號接收與回傳單元、相位檢測單元及電平調(diào)節(jié)單元三個部分組成:遠端由光源1、馬赫曾德爾調(diào)制器2 (MZM2)及布拉格光柵3(FBG3)組成；光纖采用傳輸高頻微波信號的模擬光收發(fā)鏈路。
[0006]在本發(fā)明裝置中，假設(shè)遠端發(fā)送的微波信號為:EM(rte(t) = Acos(wt)，則經(jīng)光纖鏈路傳輸至本地端且經(jīng)過相位檢測單元中的移相器移相后，微波信號變?yōu)?AcoS(Wf-<pp-θ0-θ)，信號Eltjeal回傳至遠端再反射回本地端后變?yōu)镋retlect(I) = AcOS(Wt - 3φρ - θ? + 0)，其中仏為光纖引入的相位抖動。
[0007]遠端接收到的某一頻段的未知微波信號，通過MZM2經(jīng)外調(diào)的方式加載在光載波上，光載波的中心波長即為光源I的中心波長λ 10 FBG3的反射波長為λ2, ΜΖΜ2發(fā)送出的的加載有微波信號且中心波長為λ I的光信號通過布拉格光柵3 (FBG3)后經(jīng)過IOkm的光纖4傳輸至本地端的光環(huán)形器5的B端口。從B 口進入光環(huán)形器5的光信號從光環(huán)形器的5C 口輸出后經(jīng)摻餌光纖放大器6(EDFA6)的放大后到達波分復(fù)用器7。波分復(fù)用器7的兩個光復(fù)用/解復(fù)用中心波長分別為入1和λ 2，則波長為X1的光信號經(jīng)過波分復(fù)用器7后到達光電探測器9的輸入口。光電探測器9解調(diào)出加載在光信號上的微波信號后通過功分器10及功分器11分為三等份，其中兩份送入相位檢測單元，這兩份中的一份通過微波移相器103的相位移動后作為整個穩(wěn)相裝置的輸出，另一份則作為移相器102的輸入信號。
[0008]由于外界環(huán)境(如溫度、應(yīng)變、振動等)變化引起光纖傳輸延遲，所以微波移相器103的輸出信號是不穩(wěn)定的，該輸出信號與遠端發(fā)送的微波信號的相位差會隨著時間變化而產(chǎn)生大的波動。為了使該相位差在一個較小的區(qū)間內(nèi)波動(即穩(wěn)相)，將功分器10輸出的另一路微波信號通過ΜΖΜ13加載到光源12產(chǎn)生的中心波長為λ 2的光信號上再經(jīng)光環(huán)形器5的I 口到達B 口，環(huán)形器5的B 口與光纖4相連，信號經(jīng)過FBG3時被反射，再次通過光纖4后到達光環(huán)形器的B 口并從C 口輸出。經(jīng)過EDFA6的放大后通過波分復(fù)用器7并被光電探測器8解調(diào)后恢復(fù)出加載在ΜΖΜ13上的微波信號。該微波信號送入相位檢測單元并作為移相器101的輸入。
[0009]低噪聲放大器104、低噪聲放大器105、鑒相器106、濾波放大電路107、電平調(diào)節(jié)單元構(gòu)成一個鎖相環(huán)路。通過前面的理論分析可知，移相器101及移相器102的輸出信號EltxaI及EMflec;t的相位差為Hvp，當(dāng)鎖相環(huán)路達到鎖定狀態(tài)后該值將在零附近一個很小的區(qū)間內(nèi)波動。即意味著該穩(wěn)相裝置的輸入信號Erairote與輸出信號=的相位差將在Θ ^附近的一個很小的區(qū)間內(nèi)波動，達到穩(wěn)相的效果。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0010]圖1為穩(wěn)相裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0011]圖2為相位檢測單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖3為電平調(diào)節(jié)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖4為穩(wěn)相效果圖；
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0015]圖1為穩(wěn)相裝置結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，穩(wěn)相裝置由遠端、光纖4及本地端三部分組成，遠端與本地端通過光纖4連接。遠端發(fā)送的某一頻段的未知微波信號，通過ΜΖΜ2經(jīng)過外調(diào)的方式加載在光載波上，光載波的中心波長即為光源I的中心波長λ 10 FBG3的反射波長為λ 2，ΜΖΜ2發(fā)送出的加載有微波信號且中心波長為λ i的光信號通過FBG3后經(jīng)過IOkm的光纖4傳輸至本地端的光環(huán)形器5的B端口。從B 口進入光環(huán)形器5的光信號從C 口輸出后經(jīng)EDFA6的放大后到達波分復(fù)用器7。波分復(fù)用器7的兩個光復(fù)用/解復(fù)用中心波長分別為入1和λ 2，則波長為λ i的光信號經(jīng)過波分復(fù)用器7后到達光電探測器9的輸入口。光電探測器9解調(diào)出加載在光信號上的微波信號后通過功分器10及功分器11分為三等份，其中信號b、c送入相位檢測單元。功分器10輸出的另一路微波信號通過MZM13加載到光源12產(chǎn)生的中心波長為λ 2的光信號上再經(jīng)光環(huán)形器5的A 口到達B 口，環(huán)形器5的B 口與光纖4相連,信號經(jīng)過FBG3時被反射,再次通過光纖4后到達光環(huán)形器的B 口并從C 口輸出。經(jīng)過EDFA6的放大后通過波分復(fù)用器7并被光電探測器8解調(diào)后恢復(fù)出加載在ΜΖΜ13上的微波信號，該微波信號a也送入相位檢測單元。
[0016]相位檢測單元將會輸出直流電壓d，用來表征信號a，b之間的相位差信息。該直流電壓d送入電平調(diào)節(jié)單元，結(jié)合里面的和差電路，產(chǎn)生三路直流輸出電壓e，f，g，來分別控制相位檢測單元中的三個移相器。[0017]圖2為相位檢測單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，由移相器101、移相器102、移相器103、低噪聲放大器104、低噪聲放大器105、鑒相器(混頻器)106及濾波放大電路107組成。信號a: ￡；,(,) = Jcos(M1-3Pp)及信號b: 4(0 = Xcos(vi1-%)通過移相器101及移相器102
后分別變?yōu)樾盘朎refleet及信號Eltjeal,信號Erafleet及信號Eltjeal由低噪聲放大器104及105放大至一個合適的功率后送入鑒相器106獲得二者之間的相位差信息。濾波放大電路107濾除鑒相器輸出信號中的高頻成分且只保留攜帶有相位差信息的直流成分并將其放大后送入電平調(diào)節(jié)單元。
[0018]圖3為電平調(diào)節(jié)單元內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，主要由反向器及加法器構(gòu)成。Vtl為電平調(diào)節(jié)單元的參考電壓，Vd為相位檢測單元的輸出電壓，則電平調(diào)節(jié)單元的電壓輸出值分別為Ve = V0-Vd^Vf = V0+Vd及Vg = Vtl-Vd,對應(yīng)的相位檢測單元中移相器101、102及103的相移量分別為θ 0- θ，θ o+ θ及9 Q- Θ。
[0019]圖4為穩(wěn)相效果圖，如圖所不為2.45GHz的微波信號從遠端經(jīng)IOkm光纖傳輸至本地端，在不采用反饋補償及采用反饋補償兩種情況下分別進行了五個小時的測試結(jié)果。當(dāng)不采用反饋補償時，在5個小時的測量中，輸出信號與輸入信號的相位差逐漸減小并有IlOps的變化；而當(dāng)采用反饋補償時，輸出信號與輸入信號的相位差在240ps附近有15ps的抖動，均方根抖動減小至3.66ps，穩(wěn)相效果明顯。
[0020]采用本發(fā)明裝置，來自于遠端的微波信號通過外調(diào)的方式加載到光載波上后通過單模光纖傳輸至本地端。在本裝置的本地端將解調(diào)出的微波信號等分成三等份，其中一份通過外調(diào)的方式加載在光載波上后回傳至遠端再反射回本地端后通過光電探測器解調(diào)后送入相位檢測單元，其余的兩份也送入相位檢測單元。相位檢測單元將直傳信號與回傳信號的相位差信息轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，該直流電壓送入電平調(diào)節(jié)單元轉(zhuǎn)換為和差信號作為相位檢測單元中的三路移相器的偏置電壓，從而構(gòu)成鎖相環(huán)路。鎖相環(huán)路達到穩(wěn)態(tài)時，直傳信號與回傳信號相位差在零附近很小的區(qū)間抖動，整個裝置的輸出信號與來自遠端的微波信號的相位差也會在某個固定值附近很小的區(qū)間抖動，即實現(xiàn)穩(wěn)相。該裝置可實現(xiàn)未知信號的長距離光纖穩(wěn)相傳輸，在電子對抗領(lǐng)域具有一定的參考價值。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:
[0022]1.該裝置既可針對單一微波信號的穩(wěn)相傳輸，也可以針對多頻段微波信號的穩(wěn)相傳輸。只需要合理調(diào)節(jié)該裝置中濾波器、移相器、低噪聲放大器等器件的參數(shù)即可。本裝置工作穩(wěn)定，在長時間的測量中都有較好的穩(wěn)相效果。
[0023]2.在電子對抗中，無源定位系統(tǒng)占據(jù)著尤為重要的地位。而目前所知的光纖傳輸微波信號的穩(wěn)相系統(tǒng)中，往往是基于已知的微波信號，即送入鑒相器的參考信號就是即將發(fā)送的信號。這類系統(tǒng)在面臨對接收的微波信號穩(wěn)相時不再可用，本裝置提供了一種用于未知微波信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)牧己媒鉀Q方案。
【權(quán)利要求】
1.一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置，其特征在于，由遠端和本地端及光纖三部分組成，遠端與本地端之間通過光纖連接；本地端由信號接收與回傳單元、相位檢測單元及電平調(diào)節(jié)單元三個部分組成:遠端由光源(I)、馬赫曾德爾調(diào)制器(2)及布拉格光柵(3)組成；光纖采用傳輸高頻微波信號的模擬光收發(fā)鏈路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置，其特征在于，本地端的信號接收與回傳單元由光環(huán)行器(5)、摻餌光纖放大器(6)、波分復(fù)用器(7)、光電探測器(8)、光電探測器(9)、功分器(10)、功分器(11)、光源(12)及馬赫曾德爾調(diào)制器(13)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置，其特征在于，相位檢測單元主要由移相器、低噪聲放大器、混頻器、濾波器、放大電路等組成；而電平調(diào)節(jié)單元則主要由反向電路及加法電路組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置，其特征在于，布拉格光柵(3)的中心波長與光源(14)的中心波長相同，且光源(14)的中心波長與光源(I)的中心波長臨近。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述之一種用于未知微波信號遠距離光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相裝置,其特征在于，混頻器的兩路輸入分別為由遠端接收并經(jīng)光纖(4)傳輸至本地端的微波信號和傳輸至本地端的該信號又回傳 到遠端再發(fā)射至本地端的微波信號。
【文檔編號】H04B10/2575GK103532627SQ201310421671
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】李宗雷, 閆連山, 彭玉蘭, 姜恒云, 潘煒, 羅斌, 鄒喜華 申請人:西南交通大學(xué)