基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括：一中心站、一遠(yuǎn)端和一單模光纖，所述中心站通過(guò)單模光纖與遠(yuǎn)端連接，本發(fā)明只在中心站對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，搭建及維護(hù)成本低；系統(tǒng)帶寬較大；對(duì)于相位抖動(dòng)較大的信號(hào)也可以進(jìn)行穩(wěn)相。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微波信號(hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)是一種基于相位補(bǔ)償?shù)奈?波信號(hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，屬于微波光子學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 微波信號(hào)的穩(wěn)相傳輸技術(shù)在分布式合成孔徑雷達(dá)，深空探測(cè)，原子鐘分發(fā)，全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)等領(lǐng)域中都有很廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的微波信號(hào)傳輸采用同軸電纜進(jìn)行穩(wěn)相傳 輸，但電纜損耗大、體積大、成本高，非常難實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。光纖由于寬帶寬、低損耗、抗電 磁干擾、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為非常適合用于微波信號(hào)的傳輸，尤其是遠(yuǎn)距離傳輸。然而， 由于外界環(huán)境的影響，如溫度、應(yīng)變、振動(dòng)等，會(huì)導(dǎo)致光纖的等效長(zhǎng)度發(fā)生變化，經(jīng)光纖傳輸 的信號(hào)延時(shí)發(fā)生改變，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)光纖傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)的相位發(fā)生抖動(dòng)，因此需要一定的 方法實(shí)現(xiàn)光纖中微波信號(hào)的穩(wěn)相傳輸。目前，實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)穩(wěn)相傳輸?shù)幕舅枷胧抢猛?返延遲校正消除相位抖動(dòng)，認(rèn)為在光纖中相向傳輸?shù)墓庑盘?hào)是相互獨(dú)立的，其經(jīng)歷相同的 延時(shí)，即相位抖動(dòng)相同，具體方法可以歸納為兩類(lèi)，一是主動(dòng)控制法，通過(guò)直接提取調(diào)制在 光載波上的微波信號(hào)在光纖鏈路中往返傳輸?shù)膶?shí)時(shí)相位抖動(dòng)信息，利用控制器件主動(dòng)補(bǔ)償 待傳輸微波信號(hào)的相位，從而使傳輸微波信號(hào)的相位保持穩(wěn)定，這種方法的局限在于，相位 信號(hào)的提取主要依靠電路上的鎖相技術(shù)，即利用鑒相器和環(huán)路濾波器鑒別相位抖動(dòng)信息， 傳輸信號(hào)的帶寬受到很大限制，另外，當(dāng)環(huán)境變化較大時(shí)，傳輸信號(hào)的相位抖動(dòng)較大，主動(dòng) 控制法很難實(shí)現(xiàn)相位抖動(dòng)的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。另一種是被動(dòng)控制法，在信號(hào)發(fā)射端，將已帶有相 位抖動(dòng)的信號(hào)和待傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行混頻實(shí)現(xiàn)信號(hào)預(yù)失真，預(yù)失真的信號(hào)經(jīng)過(guò)同一鏈路的傳 輸后得到相位穩(wěn)定的微波信號(hào)；或者是在信號(hào)接收端，通過(guò)對(duì)兩路帶有相同相位抖動(dòng)的信 號(hào)進(jìn)行下混頻，得到無(wú)相位延遲的信號(hào)。目前，主動(dòng)控制法需要多個(gè)激光器和相位同步的 微波源，系統(tǒng)較為復(fù)雜。（Shen.Jianguo，Wu.Guiling，Hu.Liang, "Activephasedrift cancellationforoptic-fiberfrequencytransferusingaphotonicradio-frequency phaseshifter"，Opt.Lett.，vol. 36,no. 8, 2014.)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于，提供一種基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，該系 統(tǒng)只在中心站對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，搭建及維護(hù)成本低；系統(tǒng)帶寬較大；對(duì)于相位抖動(dòng)較大的 信號(hào)也可以進(jìn)行穩(wěn)相。
[0004] 本發(fā)明提供一種基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括：一中心站、一 遠(yuǎn)端和一單模光纖，所述中心站通過(guò)單模光纖與遠(yuǎn)端連接，其中：
[0005] 所述的中心站包括：
[0006] 一微波信號(hào)源；
[0007] -第一射頻功率分配器，其輸入端與微波信號(hào)源的輸出端相連；
[0008] -除頻器，其輸入端與第一射頻功率分配器的輸出端口 1相連；
[0009] -第二射頻功率分配器，其輸入端與除頻器的輸出端相連；
[0010] -第一電混頻器，其中頻輸入端與第一射頻功率分配器的輸出端口 2相連，其本 振輸入端與第二射頻功率分配器輸出端口 2相連；
[0011] 一第一帶通濾波器，其輸入端與第一電混頻器的射頻輸出端相連；
[0012] 一射頻功率混合器，其輸入端口 1與第二射頻功率分配器的輸出端口 1相連；
[0013] 一直接調(diào)制激光器，其射頻輸入端與射頻功率混合器的輸出端相連；
[0014] -第一光環(huán)行器，其輸入端口 1與直接調(diào)制激光器的輸出端相連；
[0015] -第一光電探測(cè)器，其光輸入端與第一光環(huán)行器的端口3相連；
[0016] 一第二帶通濾波器，其輸入端與第一光電探測(cè)器的射頻輸出端相連；
[0017] 一第二電混頻器，其射頻輸入端與第一帶通濾波器的輸出端相連，其本振輸入端 與第二帶通濾波器的輸出端相連；
[0018] 一第三帶通濾波器，其輸入端與第二電混頻器的中頻輸出端相連，其輸出端與射 頻功率混合器的輸入端口 2相連；
[0019] 所述的遠(yuǎn)端包括：
[0020] 一第二光環(huán)行器；
[0021] -光f禹合器，其輸入端口與第二光環(huán)行器的輸出端口3相連，其輸出端口2與第二 光環(huán)行器的輸入端口1相連；
[0022] -第二光電探測(cè)器，其光輸入端與光稱(chēng)合器的輸出端口 1相連；
[0023] -第四帶通濾波器，其輸入端與第二光電探測(cè)器的射頻輸出端相連；
[0024] 所述的光纖傳輸鏈路包括單模光纖，其輸入端與第一光環(huán)行器的端口2相連，輸 出端與第二光環(huán)行器的端口 2相連。
[0025] 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0026] 該系統(tǒng)只在中心站對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，搭建及維護(hù)成本低；系統(tǒng)帶寬較大；對(duì)于相 位抖動(dòng)較大的信號(hào)也可以進(jìn)行穩(wěn)相。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，其中：
[0028] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明提供一種基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ?號(hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：一中心站A、一遠(yuǎn)端B和一單模光纖10,所述中心站A通 過(guò)單模光纖9與遠(yuǎn)端B連接，其中：
[0030] 所述的中心站包括：
[0031] 一微波信號(hào)源1，用于提供本振微波信號(hào)，該信號(hào)即為要傳輸?shù)男盘?hào)；
[0032] 其中，所述微波信號(hào)源1可以是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀也可以是微波信號(hào)源；
[0033] -第一射頻功率分配器2,其輸入端與微波信號(hào)源1的輸出端相連，其用于將所述 微波信號(hào)源1產(chǎn)生的本振微波信號(hào)分為兩路；
[0034] 一除頻器3,其輸入端與第一射頻功率分配器2的輸出端口 1相連，其用于將其中 一路本振微波信號(hào)的頻率變?yōu)樵瓉?lái)的一半；
[0035] 其中，所述除頻器3的帶寬要大于所述微波信號(hào)源1的帶寬，且所述除頻器3為除 二的除頻器，即輸出信號(hào)的頻率為輸入信號(hào)頻率的一半；
[0036] -第二射頻功率分配器4,其輸入端口與除頻器3的輸出端相連，其用于將除頻后 的微波信號(hào)分為兩路；
[0037] 其中，所述的第一射頻功率分配器2和第二射頻功率分配器4為50 : 50的射頻 功率分配器；
[0038] -第一電混頻器5,其中頻輸入端與第一射頻功率分配器2的輸出端口 2相連，其 本振輸入端與第二射頻功率分配器4輸出端口 2相連，用于將所述微波信號(hào)源1產(chǎn)生的本 振微波信號(hào)和除頻器3產(chǎn)生的除頻信號(hào)進(jìn)行上混頻，上混頻信號(hào)的頻率為所述除頻信號(hào)的 3倍，即所述本振微波信號(hào)頻率的1. 5倍；
[0039] -第一帶通濾波器6,其輸入端與第一電混頻器5的射頻輸出端相連，其用于濾除 所述電混頻器5漏過(guò)的微波本振信號(hào)和除頻信號(hào)，只有上混頻信號(hào)通過(guò)；
[0040] 一射頻功率混合器7,其輸入端口 1與第二射頻功率分配器4的輸出端口 1相連， 其用于將所述第一帶通濾波器6輸出的上混頻信號(hào)和返回后的微波信號(hào)進(jìn)行混合，將該混 合信號(hào)共同調(diào)制到直接調(diào)制激光器8上；
[0041] 其中，所述的射頻功率混合器7為50 : 50的射頻功率混合器；
[0042] 一直接調(diào)制激光器8,其射頻輸入端口與射頻功率混合器7的輸出端口相連，其用 于提供連續(xù)的光載波，以傳送微波信號(hào)；
[0043] 其中，所述的直接調(diào)制激光器8可以是直接調(diào)制激光器，也可以是外調(diào)激光器加 調(diào)制器的組合；
[0044] -第一光環(huán)行器9,其輸入端口 1與直接調(diào)制激光器8的輸出端口相連，其端口 2 與單模光纖10相連，端口 3與第一光電探測(cè)器13的輸入端相連，其具有非互易性，光在其 中只能單向環(huán)行，即光信號(hào)只能從1端口到2端口，再?gòu)?端口到3端口，1端口到3端口 之間是相互隔離的，1端口輸入的所述的載有微波信號(hào)的光載波輸出到2端口，經(jīng)單模光纖 10傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，經(jīng)第二光環(huán)行器11后返回到該光環(huán)行器的端口 2,并輸出到輸出端口 3,返 回的信號(hào)經(jīng)歷了兩倍的相位擾動(dòng)；
[0045] -第一光電探測(cè)器13,其光輸入端口與第一光環(huán)行器9的端口 3相連，其用于將 返回后的載有微波信號(hào)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)即為經(jīng)歷兩倍相位擾動(dòng)的微波信 號(hào)；
[0046] -第二帶通濾波器14,其輸入端口與第一光電探測(cè)器13的射頻輸出端口相連，其 用于濾除其他拍頻信號(hào)，只通過(guò)經(jīng)歷兩倍相位擾動(dòng)的微波信號(hào)，該信號(hào)的頻率為所述微波 信號(hào)源1輸出本振信號(hào)頻率的一半，與除頻信號(hào)的頻率相同；
[0047] -第二電混頻器15,其射頻輸入端與第一帶通濾波器6的輸出端相連，其本振輸 入端與第二帶通濾波器14的輸出端相連，其用于將第一帶通濾波器6輸出的上混頻信號(hào)和 第二帶通濾波器14輸出的包含兩倍相位擾動(dòng)的微波信號(hào)進(jìn)行下混頻，下混頻信號(hào)的頻率 與所述微波信號(hào)源1產(chǎn)生的本振微波信號(hào)頻率相同；
[0048] 其中，所述的第一電混頻器5和第二電混頻器15的帶寬要大于所述微波信號(hào)源1 輸出本振信號(hào)的帶寬；
[0049] -第三帶通濾波器16,其輸入端與第二電混頻器15的中頻輸出端相連，其輸出端 與射頻功率混合器7的輸入端口 2相連，其作用是只通過(guò)所述下混頻信號(hào)，濾除其他頻率的 微波信號(hào)；
[0050] 所述的遠(yuǎn)端包括：
[0051] -第二光環(huán)行器11，其輸入端口 2與單模光纖10相連，其端口 3與與光稱(chēng)合器12 的輸入端相連，其端口 1與光耦合器12的輸出端口 2相連，其具有非互易性，光在其中只能 單向環(huán)行，即光信號(hào)只能從1端口到2端口，再?gòu)?端口到3端口，1端口到3端口之間是相 互隔離的，從中心站傳來(lái)的載有微波信號(hào)的光載波進(jìn)入2端口，輸入到3端口，經(jīng)光耦合器 12后輸入到1端口，進(jìn)而回到2端口，實(shí)現(xiàn)該光載波返回到中心站；
[0052] -光耦合器12,其輸入端口與第二光環(huán)行器11的輸出端口 3相連，其輸出端口 2 與第二光環(huán)行器11的輸入端口 1相連，其用于將所述載有微波信號(hào)的光載波分為兩路；
[0053] -第二光電探測(cè)器17,其光輸入端與光稱(chēng)合器12的輸出端口 1相連，其用于將載 有微波信號(hào)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0054] 其中，所述第一光電探測(cè)器13和第二光電探測(cè)器17可以是光電二極管也可以是 光電倍增管；可以是磷化銦材料的也可以是硅基材料的；
[0055] -第四帶通濾波器18,其輸入端與第二光電探測(cè)器17的射頻輸出端相連，其作用 是只通過(guò)與所述微波信號(hào)源1產(chǎn)生的本振微波信號(hào)頻率相同的微波信號(hào)，該信號(hào)即為相位 穩(wěn)定的微波信號(hào)；
[0056] 其中，第三帶通濾波器16和第四帶通濾波器18的帶寬要大于所述第二帶通濾波 器14帶寬的兩倍，第一帶通濾波器6的帶寬要大于所述第二帶通濾波器14帶寬的三倍；
[0057] 所述的光纖傳輸鏈路包括單模光纖10,其輸入端與第一光環(huán)行器9的端口 2相連， 輸出端與第二光環(huán)行器11的端口 2相連，用于傳輸光載微波信號(hào)。
[0058] 假設(shè)中心站微波信號(hào)源1輸出的微波本振信號(hào)為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，包括：一中也站、一遠(yuǎn)端和一單 模光纖，所述中也站通過(guò)單模光纖與遠(yuǎn)端連接，其中： 所述的中也站包括： 一微波信號(hào)源； 一第一射頻功率分配器，其輸入端與微波信號(hào)源的輸出端相連； 一除頻器，其輸入端與第一射頻功率分配器的輸出端口1相連； 一第二射頻功率分配器，其輸入端與除頻器的輸出端相連； 一第一電混頻器，其中頻輸入端與第一射頻功率分配器的輸出端口 2相連，其本振輸 入端與第二射頻功率分配器輸出端口 2相連； 一第一帶通濾波器，其輸入端與第一電混頻器的射頻輸出端相連； 一射頻功率混合器，其輸入端口 1與第二射頻功率分配器的輸出端口 1相連； 一直接調(diào)制激光器，其射頻輸入端與射頻功率混合器的輸出端相連； 一第一光環(huán)行器，其輸入端口 1與直接調(diào)制激光器的輸出端相連； 一第一光電探測(cè)器，其光輸入端與第一光環(huán)行器的端口 3相連； 一第二帶通濾波器，其輸入端與第一光電探測(cè)器的射頻輸出端相連； 一第二電混頻器，其射頻輸入端與第一帶通濾波器的輸出端相連，其本振輸入端與第 二帶通濾波器的輸出端相連； 一第H帶通濾波器，其輸入端與第二電混頻器的中頻輸出端相連，其輸出端與射頻功 率混合器的輸入端口 2相連； 所述的遠(yuǎn)端包括： 一第二光環(huán)行器； 一光禪合器，其輸入端口與第二光環(huán)行器的輸出端口 3相連，其輸出端口 2與第二光環(huán) 行器的輸入端口1相連； 一第二光電探測(cè)器，其光輸入端與光禪合器的輸出端口 1相連； 一第四帶通濾波器，其輸入端與第二光電探測(cè)器的射頻輸出端相連； 所述的光纖傳輸鏈路包括單模光纖，其輸入端與第一光環(huán)行器的端口 2相連，輸出端 與第二光環(huán)行器的端口 2相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述微波 信號(hào)源是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀或微波信號(hào)源。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述除頻 器的帶寬大于所述微波信號(hào)源的帶寬，且所述除頻器為除二的除頻器，即輸出信號(hào)的頻率 為輸入信號(hào)頻率的一半。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述的第 一射頻功率分配器和第二射頻功率分配器為50 : 50的射頻功率分配器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述的第 一電混頻器和第二電混頻器的帶寬大于所述微波信號(hào)源輸出本振信號(hào)的帶寬。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述的射 頻功率混合器為50 : 50的射頻功率混合器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述的直 接調(diào)制激光器是直接調(diào)制激光器或外調(diào)激光器加調(diào)制器的組合。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中所述第一 光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器是光電二極管或光電倍增管；該第一光電探測(cè)器和第二光電 探測(cè)器的材料為磯化鋼或娃基材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于相位補(bǔ)償?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)，其中第H帶通 濾波器和第四帶通濾波器的帶寬大于所述第二帶通濾波器帶寬的兩倍，第一帶通濾波器的 帶寬大于所述第二帶通濾波器帶寬的H倍。
【文檔編號(hào)】H04B10/2575GK104467967SQ201410564608
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】李偉, 王瑋鈺, 孫文惠, 王文亭, 劉建國(guó), 祝寧華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所