一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法及系統(tǒng)的制作方法【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法。該方法具體為：發(fā)送端將需傳輸射頻信號進(jìn)行光調(diào)制后通過光纖向接收端傳輸；接收端將頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半的本振信號進(jìn)行光調(diào)制后通過所述光纖向發(fā)送端傳輸，發(fā)送端將接收到的本振信號的光調(diào)制信號通過所述光纖返回至接收端；接收端對光纖中輸入的光信號進(jìn)行解調(diào)，得到混合射頻信號，然后從混合射頻信號中分別提取出與需傳輸射頻信號頻率相同的第一信號以及與本振信號頻率相同的第二信號；最后，先將第一信號與本振信號進(jìn)行上變頻，之后再將所得到的信號與第二信號進(jìn)行下變頻，最終得到穩(wěn)相傳輸射頻信號。本發(fā)明還公開了一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)。本發(fā)明信號穩(wěn)相傳輸質(zhì)量高且結(jié)構(gòu)簡單?！緦＠f明】一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法及系統(tǒng)【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法及系統(tǒng)，尤其涉及一種基于混頻消除法的射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法及系統(tǒng)，屬于微波光子學(xué)【
技術(shù)領(lǐng)域：
】?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]穩(wěn)相傳輸技術(shù)在射電天文學(xué)、分布式合成孔徑雷達(dá)、高精度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘分發(fā)、粒子加速器以及利用載波相位進(jìn)行定位和導(dǎo)航的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)—機(jī)多天線接收機(jī)等領(lǐng)域中有重要應(yīng)用。傳統(tǒng)地，采用電纜進(jìn)行射頻信號的傳輸，由于其損耗大、價(jià)格昂貴、體積大等缺點(diǎn)，難以用于長距離射頻信號的傳輸。光纖具有傳輸損耗低、抗電磁干擾、價(jià)格低以及帶寬大等優(yōu)點(diǎn)，十分適合射頻信號的傳輸，尤其是長距離的信號傳輸。然而，由于光纖所處環(huán)境的變化，特別是溫度的變化，將引起光纖等效長度的變化，光纖中傳輸?shù)男盘柦?jīng)歷的延時(shí)也隨之抖動，導(dǎo)致最終接收到的射頻信號相位不穩(wěn)定。目前，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)姆椒ㄖ饕幸韵聝深?(1)補(bǔ)償法，即從在光鏈路中往返傳輸?shù)男盘栔刑崛〕龉怄溌穫鬏斞訒r(shí)的實(shí)時(shí)抖動信息，并據(jù)此控制相關(guān)器件補(bǔ)償信號在光纖中的傳輸延時(shí)抖動，從而使傳輸?shù)纳漕l信號相位趨于穩(wěn)定。當(dāng)前報(bào)道的用于實(shí)現(xiàn)光鏈路傳輸延時(shí)抖動補(bǔ)償?shù)钠骷锌烧{(diào)光/電延時(shí)線、光纖拉伸器、波長可調(diào)激光器、溫控光纖卷以及光電調(diào)制器。這種方法的局限性是，當(dāng)環(huán)境(主要是溫度)有較大變化時(shí)，光鏈路的等效長度將產(chǎn)生較大的變化使得傳輸延時(shí)抖動較大，而用于實(shí)現(xiàn)光鏈路傳輸延時(shí)抖動補(bǔ)償?shù)钠骷目烧{(diào)節(jié)范圍是有限的。(2)混頻消除法，亦即利用在非常短的一段時(shí)間內(nèi)(認(rèn)為這段時(shí)間內(nèi)光纖等效長度基本不變)在同一段光纖中往返傳輸?shù)纳漕l信號經(jīng)歷的傳輸延時(shí)相同，通過將兩路帶有相同傳輸相位延遲的信號進(jìn)行混頻使得傳輸相位延遲抖動得以抵消；或者是通過將帶有傳輸相位延遲的信號與待傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行混頻使得待傳輸?shù)男盘栴A(yù)失真，在滿足一定的條件下通過同一鏈路傳輸后將得到相位穩(wěn)定的射頻信號。相較而言，基于混頻消除法實(shí)現(xiàn)射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸沒有時(shí)延調(diào)節(jié)范圍的限制，并且不需要復(fù)雜的傳輸延時(shí)抖動信息實(shí)時(shí)提取電路以及相應(yīng)的補(bǔ)償驅(qū)動電路。當(dāng)前報(bào)道的基于混頻法的穩(wěn)相傳輸技術(shù)利用多級(3級以上)混頻，需要多個(gè)混頻器、電放大器、電濾波器以及多個(gè)相位同步的微波源，系統(tǒng)操作復(fù)雜而且實(shí)現(xiàn)成本高，更重要的是，此系統(tǒng)輸出為中頻信號，并非發(fā)送端接收到的原始射頻信號(Z.Wu,Y.Dai,F.Yin,K.Xu,J.Li,andJ.Lin,"Stableradiofrequencyphasedeliverybyrapidandendlessposterrorcancellation,〃Opt.Lett.，vol.38，n0.7，pp.1098—1100，2013.)?【
發(fā)明內(nèi)容】[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法及系統(tǒng)，能夠以簡單經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的射頻信號穩(wěn)相傳輸。[0004]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:—種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法，發(fā)送端將需傳輸射頻信號進(jìn)行光調(diào)制后通過光纖向接收端傳輸；接收端將頻率為所述需傳輸射頻信號頻率的一半的本振信號進(jìn)行光調(diào)制后通過所述光纖向發(fā)送端傳輸，發(fā)送端將接收到的所述本振信號的光調(diào)制信號通過所述光纖返回至接收端；接收端對所述光纖中輸入的光信號進(jìn)行解調(diào)，得到混合射頻信號，然后從所述混合射頻信號中分別提取出與需傳輸射頻信號頻率相同的第一信號以及與所述本振信號頻率相同的第二信號；最后，先將所述第一信號與所述本振信號進(jìn)行上變頻，之后再將所得到的信號與所述第二信號進(jìn)行下變頻，最終得到需傳輸射頻信號。[0005]一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括通過光纖連接的發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括:第一光電調(diào)制模塊、光隔離器、光反射鏡、三端口光稱合器，第一光電調(diào)制模塊的光輸出端與光隔離器的直通方向輸入口連接，三端口光I禹合器的三個(gè)端口分別與光反射鏡、光隔離器的直通方向輸出口、所述光纖的一端連接；所述接收端包括:第一?第四帶通濾波器、第一混頻器、第二混頻器、第二光電調(diào)制模塊、本振信號源、三端口光環(huán)形器、光電探測器、功分器；三端口環(huán)形器的第一?第三端口分別與第二光電調(diào)制模塊的光輸出端、所述光纖的另一端、光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與功分器的輸入端連接，功分器的兩個(gè)輸出端分別與第一帶通濾波器的輸入端、第二帶通濾波器的輸入端連接，第一混頻器的兩個(gè)輸入端分別與第一帶通濾波器的輸出端、本振信號源連接，第一混頻器的輸出端通過第三帶通濾波器與第二混頻器的一個(gè)輸入端連接，第二混頻器的另一個(gè)輸入端、輸出端分別與第二帶通濾波器的輸出端、第四帶通濾波器的輸入端連接，第二光電調(diào)制模塊的微波信號輸入端與本振信號源連接；所述本振信號源產(chǎn)生的信號頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第一帶通濾波器和第四帶通濾波器的通帶中心頻率與需傳輸射頻信號頻率相同，所述第二帶通濾波器的通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第三帶通濾波器通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的1.5倍。[0006]一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括通過光纖連接的發(fā)送端和接收端，所述發(fā)送端包括:第一光電調(diào)制模塊、光隔離器、第一三端口光環(huán)形器、光放大器、三端口光I禹合器，第一光電調(diào)制模塊的光輸出端與光隔離器的直通方向輸入口連接，三端口光I禹合器的三個(gè)端口分別與第一三端口光環(huán)形器的第二端口、光隔離器的直通方向輸出口、所述光纖的一端連接，第一三端口光環(huán)形器的第三端口與光放大器的輸入端連接，光放大器的輸出端與第一三端口光環(huán)形器的第一端口連接；所述接收端包括:第一?第四帶通濾波器、第一混頻器、第二混頻器、第二光電調(diào)制模塊、本振信號源、第二三端口光環(huán)形器、光電探測器、功分器；第二三端口環(huán)形器的第一?第三端口分別與第二光電調(diào)制模塊的光輸出端、所述光纖的另一端、光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與功分器的輸入端連接，功分器的兩個(gè)輸出端分別與第一帶通濾波器的輸入端、第二帶通濾波器的輸入端連接，第一混頻器的兩個(gè)輸入端分別與第一帶通濾波器的輸出端、本振信號源連接，第一混頻器的輸出端通過第三帶通濾波器與第二混頻器的一個(gè)輸入端連接，第二混頻器的另一個(gè)輸入端、輸出端分別與第二帶通濾波器的輸出端、第四帶通濾波器的輸入端連接，第二光電調(diào)制模塊的微波信號輸入端與本振信號源連接；所述本振信號源產(chǎn)生的信號頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第一帶通濾波器和第四帶通濾波器的通帶中心頻率與需傳輸射頻信號頻率相同，所述第二帶通濾波器的通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第三帶通濾波器通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的1.5倍。[0007]優(yōu)選地，所述功分器為50:50的功分器。[0008]優(yōu)選地，所述第一?第四帶通濾波器均為窄帶帶通濾波器。[0009]優(yōu)選地，第一光電調(diào)制模塊、第二光電調(diào)制模塊中的光電調(diào)制器均為馬赫曾德爾調(diào)制器。[0010]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:1、本發(fā)明僅需將光纖傳輸?shù)男盘柵c本振信號和經(jīng)過同一鏈路往返傳輸?shù)谋菊裥盘栂群筮M(jìn)行混頻，即可消除射頻信號在光纖中傳輸后引入的相位抖動，不需要復(fù)雜的傳輸延時(shí)抖動實(shí)時(shí)信息提取模塊及相應(yīng)的傳輸延時(shí)抖動補(bǔ)償模塊。[0011]2、本發(fā)明僅需要一個(gè)本振信號源產(chǎn)生本振信號，信號經(jīng)過傳輸后僅通過兩次混頻即可實(shí)現(xiàn)射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸，系統(tǒng)損耗低、結(jié)構(gòu)簡潔、穩(wěn)相效果顯著?！緦＠綀D】【附圖說明】[0012]圖1為本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说?GHz射頻信號的眼圖，其中，(a)為未經(jīng)過本發(fā)明穩(wěn)相處理的信號(即帶通濾波器I的輸出)的眼圖；(b)為通過本發(fā)明穩(wěn)相處理后的信號(即帶通濾波器4的輸出)的眼圖；圖4為從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩说?GHz射頻信號的時(shí)間抖動均方根值，圖中實(shí)線是未經(jīng)過本發(fā)明穩(wěn)相處理的信號(即帶通濾波器I的輸出)的時(shí)間抖動均方根值，虛線是通過本發(fā)明方法處理后的信號(即帶通濾波器4的輸出)的時(shí)間抖動均方根值?！揪唧w實(shí)施方式】[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:本發(fā)明的基本思路是:利用接收端產(chǎn)生的本振信號在光纖中往返傳輸后的傳輸延時(shí)為發(fā)送端所傳輸信號在光纖中單向傳輸?shù)难訒r(shí)的兩倍，而本振信號源產(chǎn)生的射頻信號頻率為天線接收到的信號頻率的一半，所以這兩個(gè)信號傳輸后的相位抖動相同，通過混頻使得兩個(gè)信號相位抖動得以抵消，從而得到經(jīng)過光纖傳輸后相位穩(wěn)定的射頻信號。具體而言，本發(fā)明所采用的方法為:發(fā)送端將需傳輸射頻信號進(jìn)行光調(diào)制后通過光纖向接收端傳輸;接收端將頻率為所述需傳輸射頻信號頻率的一半的本振信號進(jìn)行光調(diào)制后通過所述光纖向發(fā)送端傳輸，發(fā)送端將接收到的所述本振信號的光調(diào)制信號通過所述光纖返回至接收端；接收端對所述光纖中輸入的光信號進(jìn)行解調(diào)，得到混合射頻信號，然后從所述混合射頻信號中分別提取出與需傳輸射頻信號頻率相同的第一信號以及與所述本振信號頻率相同的第二信號；最后，先將所述第一信號與所述本振信號進(jìn)行上變頻，之后再將所得到的信號與所述第二信號進(jìn)行下變頻，最終得到需傳輸射頻信號。[0014]圖1顯示了本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例。發(fā)送端如圖所示，包含光源1、光電調(diào)制器1、光隔離器、天線(或者是射頻信號生成裝置)、光反射鏡、光耦合器；光電調(diào)制器I的光輸入口、電輸入口、光輸出口分別與光源I的輸出口、天線和光隔離器的直通方向輸入口連接，光隔離器的直通方向輸出口與光I禹合器的端口3連接,光I禹合器的端口2與反射鏡相連，而光耦合器的端口I與光纖相連。接收端如圖所示，包括本振信號源、光源2、光電調(diào)制器2、光電探測器、光環(huán)行器、功分器(優(yōu)選50:50的功分器)、帶通濾波器1、帶通濾波器2、帶通濾波器3、帶通濾波器4、混頻器1、混頻器2;光電調(diào)制器2的光輸入口、電輸入口、光輸出口分別與光源2的輸出口、本振信號源的輸出端和光環(huán)行器的端口I相連，光環(huán)行器的端口2與光纖相連,光電探測器的光輸入端和電輸出端分別與光環(huán)行器的端口3和功分器的輸入端口I連接，功分器的輸出端口2與帶通濾波器I輸入口相連，混頻器I的兩個(gè)輸入口分別與本振信號源輸出和帶通濾波器I的輸出口相連，帶通濾波器3的輸入口與混頻器I的輸出口相連，帶通濾波器2的輸入口與功分器的輸出端口3相連，混頻器2的兩個(gè)輸入口分別與帶通濾波器2和帶通濾波器3相連，混頻器2的輸出口與帶通濾波器4相連。其中，本振信號源發(fā)出的微波信號的頻率為天線所接收的射頻信號頻率的一半，帶通濾波器I和帶通濾波器4的通帶中心頻率與天線所接收的射頻信號頻率相同，帶通濾波器2的通帶中心頻率為天線所接收的射頻信號頻率的一半，帶通濾波器3通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的1.5倍。帶通濾波器I~4均采用窄帶帶通濾波器。[0015]上述系統(tǒng)在工作時(shí)，本振信號源產(chǎn)生的信號被調(diào)制到光載波上后從接收端傳到發(fā)送端，被反射鏡反射后從發(fā)送端又傳回到接收端，通過帶通濾波器2濾出該信號；同時(shí)天線接收到的射頻信號在發(fā)送端被光調(diào)制后從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?，通過帶通濾波器I濾出該信號，該信號首先在混頻器I中與本振信號源產(chǎn)生的信號進(jìn)行混頻(上變頻)，帶通濾波器3濾出上轉(zhuǎn)換后的信號，帶通濾波器3的輸出信號與帶通濾波器2的輸出信號在混頻器2中混頻(下變頻)，帶通濾波器4濾出下轉(zhuǎn)換后的信號，即實(shí)現(xiàn)了天線接收到的信號穩(wěn)相傳輸?shù)浇邮斩恕0016]假設(shè)天線接收到的射頻信號為【權(quán)利要求】1.一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸方法，發(fā)送端將需傳輸射頻信號進(jìn)行光調(diào)制后通過光纖向接收端傳輸；其特征在于，接收端將頻率為所述需傳輸射頻信號頻率的一半的本振信號進(jìn)行光調(diào)制后通過所述光纖向發(fā)送端傳輸，發(fā)送端將接收到的所述本振信號的光調(diào)制信號通過所述光纖返回至接收端；接收端對所述光纖中輸入的光信號進(jìn)行解調(diào)，得到混合射頻信號，然后從所述混合射頻信號中分別提取出與需傳輸射頻信號頻率相同的第一信號以及與所述本振信號頻率相同的第二信號；最后，先將所述第一信號與所述本振信號進(jìn)行上變頻，之后再將所得到的信號與所述第二信號進(jìn)行下變頻，最終得到需傳輸射頻信號。2.一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括通過光纖連接的發(fā)送端和接收端，其特征在于，所述發(fā)送端包括:第一光電調(diào)制模塊、光隔離器、光反射鏡、三端口光稱合器，第一光電調(diào)制模塊的光輸出端與光隔離器的直通方向輸入口連接，三端口光耦合器的三個(gè)端口分別與光反射鏡、光隔離器的直通方向輸出口、所述光纖的一端連接；所述接收端包括:第一~第四帶通濾波器、第一混頻器、第二混頻器、第二光電調(diào)制模塊、本振信號源、三端口光環(huán)形器、光電探測器、功分器；三端口環(huán)形器的第一~第三端口分別與第二光電調(diào)制模塊的光輸出端、所述光纖的另一端、光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與功分器的輸入端連接，功分器的兩個(gè)輸出端分別與第一帶通濾波器的輸入端、第二帶通濾波器的輸入端連接，第一混頻器的兩個(gè)輸入端分別與第一帶通濾波器的輸出端、本振信號源連接，第一混頻器的輸出端通過第三帶通濾波器與第二混頻器的一個(gè)輸入端連接，第二混頻器的另一個(gè)輸入端、輸出端分別與第二帶通濾波器的輸出端、第四帶通濾波器的輸入端連接，第二光電調(diào)制模塊的微波信號輸入端與本振信號源連接；所述本振信號源產(chǎn)生的信號頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第一帶通濾波器和第四帶通濾波器的通帶中心頻率與需傳輸射頻信號頻率相同，所述第二帶通濾波器的通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第三帶通濾波器通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的1.5倍。3.如權(quán)利要求2所述·射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng),其特征在于,所述功分器為50:50的功分器。4.如權(quán)利要求2所述射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一~第四帶通濾波器均為窄帶帶通濾波器。5.如權(quán)利要求2所述射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其特征在于，第一光電調(diào)制模塊、第二光電調(diào)制模塊中的光電調(diào)制器均為馬赫曾德爾調(diào)制器。6.一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括通過光纖連接的發(fā)送端和接收端，其特征在于，所述發(fā)送端包括:第一光電調(diào)制模塊、光隔離器、第一三端口光環(huán)形器、光放大器、三端口光I禹合器，第一光電調(diào)制模塊的光輸出端與光隔離器的直通方向輸入口連接，三端口光耦合器的三個(gè)端口分別與第一三端口光環(huán)形器的第二端口、光隔離器的直通方向輸出口、所述光纖的一端連接，第一三端口光環(huán)形器的第三端口與光放大器的輸入端連接，光放大器的輸出端與第一三端口光環(huán)形器的第一端口連接；所述接收端包括:第一~第四帶通濾波器、第一混頻器、第二混頻器、第二光電調(diào)制模塊、本振信號源、第二三端口光環(huán)形器、光電探測器、功分器；第二三端口環(huán)形器的第一~第三端口分別與第二光電調(diào)制模塊的光輸出端、所述光纖的另一端、光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與功分器的輸入端連接，功分器的兩個(gè)輸出端分別與第一帶通濾波器的輸入端、第二帶通濾波器的輸入端連接，第一混頻器的兩個(gè)輸入端分別與第一帶通濾波器的輸出端、本振信號源連接，第一混頻器的輸出端通過第三帶通濾波器與第二混頻器的一個(gè)輸入端連接，第二混頻器的另一個(gè)輸入端、輸出端分別與第二帶通濾波器的輸出端、第四帶通濾波器的輸入端連接，第二光電調(diào)制模塊的微波信號輸入端與本振信號源連接；所述本振信號源產(chǎn)生的信號頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第一帶通濾波器和第四帶通濾波器的通帶中心頻率與需傳輸射頻信號頻率相同，所述第二帶通濾波器的通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的一半，所述第三帶通濾波器通帶中心頻率為需傳輸射頻信號頻率的1.5倍。7.如權(quán)利要求6所述射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述光放大器為摻餌光纖放大器。8.如權(quán)利要求6所述射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其特征在于，第一光電調(diào)制模塊、第二光電調(diào)制模塊中的光電調(diào)制器均為馬赫曾德爾調(diào)制器。9.如權(quán)利要求6所述射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng),其特征在于,所述功分器為50:50的功分器。10.如權(quán)利要求6所述射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述第一~第四帶通濾波器均為窄帶帶通濾波器?！疚臋n編號】H04B10/2575GK103716089SQ201310728277【公開日】2014年4月9日申請日期:2013年12月26日優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日【發(fā)明者】張方正,魏娟,潘時(shí)龍,宋希希,薛敏,周永剛申請人:南京航空航天大學(xué)