本實用新型涉及光載無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用波分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)的基于RoF的多通道寬溫接收裝置。

背景技術(shù)：

光載無線通信(RoF)技術(shù)是直接利用光載波傳輸射頻信號，擴(kuò)大無線通信帶寬，與高頻微波傳輸技術(shù)相比，具有傳輸距離長、損耗低、抗電磁干擾等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用在高速寬帶接入、衛(wèi)星通信、航空航天等領(lǐng)域。接收裝置是RoF通信系統(tǒng)的核心器件，其具有將光信號轉(zhuǎn)換為射頻電信號的功能。

目前應(yīng)用于數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的數(shù)字接收機(jī)，不滿足RoF模擬通信中保副保相的要求。而傳統(tǒng)的多通道模擬RoF通信系統(tǒng)，是利用多射頻載波承載各路信號，再調(diào)制到單一光載波進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。這種傳輸方式會在光電變換過程中引入交調(diào)干擾，影響信號質(zhì)量。

在多通道模擬RoF通信系統(tǒng)中，主要是利用多路電載波進(jìn)行并行傳輸，因此在接收裝置中集成有多路射頻濾波系統(tǒng)。該傳輸方式以及接收裝置與波分復(fù)用多路RoF系統(tǒng)不匹配，后者需要在光域?qū)崿F(xiàn)光載波分離，并進(jìn)行多路并行處理。利用多個單路RoF接收裝置拼接的多通道射頻通信系統(tǒng)，除了需要額外增加光學(xué)解復(fù)用器外，還將引入獨立器件互連導(dǎo)致的射頻信號幅度和相位隨機(jī)性噪聲問題，器件體積和能耗方面不能滿足RoF系統(tǒng)的要求。同時，為滿足航空航天、雷達(dá)、戰(zhàn)機(jī)等特種環(huán)鏡的應(yīng)用，多通道RoF接收裝置必須能夠在寬溫度環(huán)境變化下保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，這需要對該裝置進(jìn)行額外的溫度控制。

為此我們提出了基于波分復(fù)用技術(shù)的RoF多通道傳輸方案，該方案為每路射頻信號提供單一光載波，有效避免了交調(diào)干擾，提升了射頻傳輸質(zhì)量。而針對該方案的接收裝置無法直接使用傳統(tǒng)RoF接收機(jī)，必須提出面向波分復(fù)用多通道RoF傳輸技術(shù)的新型接收裝置。

波分復(fù)用技術(shù)是將攜帶有大量信息的不同波長光載波信號在發(fā)射端匯合，并在一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信方式，該技術(shù)極大提升了光纖傳輸容量，廣泛應(yīng)用于目前的光纖通信網(wǎng)絡(luò)。而光纖通信主要采用數(shù)字通信方式，在接收端使用數(shù)字接收機(jī)，其集成地具有限幅放大功能的放大器將破壞原始射頻信號的幅度對應(yīng)關(guān)系，不滿足RoF系統(tǒng)對保副保相特性的要求。因此必須針對波分復(fù)用技術(shù)在模擬通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出新型接收裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是：現(xiàn)有的利用多個單路RoF接收裝置拼接的多通道射頻通信系統(tǒng)，存在獨立器件互連導(dǎo)致的射頻信號幅度和相位隨機(jī)噪聲問題，且器件體積和能耗方面無法滿足RoF系統(tǒng)的要求。現(xiàn)提供一種基于RoF的多通道寬溫接收裝置，采用集成在一個芯片的多通道探測解復(fù)用模塊，通過溫度控制模塊控制多通道探測解復(fù)用模塊的溫度，解決傳統(tǒng)多路模擬RoF接收過程中射頻載波分離引入的技術(shù)不匹配和多個單路RoF接收裝置拼接引入的射頻信號幅度和相位隨機(jī)性噪聲問題。

本實用新型的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于RoF的多通道寬溫接收裝置，包括多通道探測解復(fù)用模塊和射頻輸出模塊，多通道探測解復(fù)用模塊由集成在同一芯片上的一個波分解復(fù)用器和多個光電探測器組成，波分解復(fù)用器包括一個輸入端口和多個輸出端口，光載波分離后的RoF光信號由光電探測器的輸入端口注入，射頻信號從光電探測器的射頻接口輸出至射頻輸出模塊。

傳統(tǒng)多通道RoF通信系統(tǒng)，主要是利用多路電載波進(jìn)行并行傳輸，因此在接收裝置中集成有多路射頻濾波系統(tǒng)。該傳輸方式以及接收裝置與波分復(fù)用多路RoF系統(tǒng)不匹配，需要在光域?qū)崿F(xiàn)光載波分離，并進(jìn)行多路并行處理。利用多個單路RoF接收裝置拼接的多通道射頻通信系統(tǒng)，除了需要額外增加的光學(xué)解復(fù)用器外，還將引入獨立器件互連導(dǎo)致的射頻信號幅度和相位隨機(jī)性噪聲問題，無法在器件體積和能耗方面滿足RoF系統(tǒng)的要求。

本技術(shù)方案中采用多通道探測復(fù)用模塊，多通道探測解復(fù)用模塊由集成在一個芯片上的波分解復(fù)用器和多個光電探測器組成，其中多通道探測解復(fù)用模塊的部件集成在一個芯片上，芯片具體可以為光子芯片。由于將波分解復(fù)用器、光電探測器集成在同一個芯片上，可降低獨立器件互連引入的信號幅度和相位隨機(jī)性噪聲問題。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，滿足各路光載波信號獨立光電探測的需求，所述波分解復(fù)用器的輸出端口的數(shù)量、光電探測器的數(shù)量與光載波數(shù)量相同，可降低信號間的交調(diào)干擾。經(jīng)波分解復(fù)用器將光載波分離后的多路ROF光信號由光電探測器的光學(xué)端口注入。其中光電探測器具有線性光電變換，還原射頻信號幅度和相位特性的功能，實現(xiàn)保副保相接收，射頻信號通過光電探測器的射頻接口輸出至射頻輸出模塊。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，所述射頻輸出模塊包括射頻接口、與射頻接口對應(yīng)的射頻線纜，經(jīng)光電探測器光電變換后的射頻信號通過射頻接口、與射頻接口對應(yīng)的射頻線纜耦合出基于ROF的多通道寬溫接收裝置。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，所述射頻接口的數(shù)量、射頻線纜的數(shù)量與射頻信號的數(shù)量相同。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，所述接收裝置還包括對多通道探測解復(fù)用模塊溫度進(jìn)行控制的溫度控制模塊，溫度控制模塊包括監(jiān)測多通道探測解復(fù)用模塊溫度的熱敏電阻、半導(dǎo)體制冷器，半導(dǎo)體制冷器根據(jù)熱敏電阻的阻值變化對多通道探測解復(fù)用模塊的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

為了獲得寬溫工作特性，溫度控制模塊對多通道探測復(fù)用模塊進(jìn)行精確溫度控制，消除溫度擾動引起的射頻信號幅度和相位變化。為實現(xiàn)對多通道探測解復(fù)用模塊工作溫度狀態(tài)的精確溫度控制，熱敏電阻的阻值伴隨著芯片的工作過程中產(chǎn)生的熱量或環(huán)境溫度的改變而變化，熱敏電阻的阻值增加或降低。通過檢測熱敏電阻的阻值變化，改變半導(dǎo)體制冷器中電流流向，產(chǎn)生加熱或制冷效果，從而控制多通道探測解復(fù)用模塊的工作溫度，獲得穩(wěn)定的光電變換效果。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，所述熱敏電阻設(shè)置在芯片的頂部，半導(dǎo)體制冷器安裝在芯片的底部。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，所述光電探測器還連接有光電探測驅(qū)動電路，光電探測驅(qū)動電路光電探測驅(qū)動電路由第一電容C1 100nF、第一電阻R1、第二電容C2 50pF、第二電阻R2組成。其中，第一電容的作用是用于消除偏置電壓噪聲；第一電阻起到分壓效果，使得施加在光電探測器的偏置電壓符合器件要求；光電變換后的光電流通過第二電阻轉(zhuǎn)換為光電壓輸出，并實現(xiàn)阻抗匹配；第二電容用于消除信號中的直流分離，實現(xiàn)交流耦合輸出。

進(jìn)一步地，為了更好的實現(xiàn)本實用新型，所述接收裝置還包括外殼，外殼上設(shè)有光纖輸入口、射頻輸出口、控制引腳、固定腳，波分復(fù)用光學(xué)信號通過光纖輸入口進(jìn)入接收裝置，經(jīng)多路并行光電轉(zhuǎn)換，提取的射頻信號分別從射頻輸出口獨立輸出；控制引腳包括為光電探測器提供偏置電壓的供電引腳和為熱敏電阻、半導(dǎo)體制冷器提供工作電壓的溫控引腳；固定腳設(shè)置在外殼的兩側(cè)。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點和有益效果：

(1)本實用新型采用將多通道探測復(fù)用模塊的結(jié)構(gòu)波分解復(fù)用器、光電探測器集成在一個芯片中，降低了獨立器件互連引入的信號幅度和相位隨機(jī)性噪聲問題。

(2)本實用新型采用溫度控制模塊實時監(jiān)控多通道探測解復(fù)用模塊，控制芯片的工作溫度，穩(wěn)定模擬光電變換特性，滿足寬溫工作要求。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型實施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本實用新型實施例的限定。在附圖中：

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型利用波分復(fù)用技術(shù)傳輸?shù)亩嗦飞漕l信號光譜以及波分解復(fù)用器光譜示意圖；

圖3為光電探測驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為多通道寬溫接收裝置的外殼結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，本實用新型的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本實用新型，并不作為對本實用新型的限定。

實施例1：

如圖1所示，一種基于ROF的多通道寬溫接收裝置，包括多通道探測解復(fù)用模塊、溫度控制模塊和射頻輸出模塊。

多通道探測解復(fù)用模塊由集成在同一芯片上的一個波分解復(fù)用器和多個光電探測器組成，波分解復(fù)用器包括一個輸入端口和多個輸出端口，光載波分離后的ROF光信號由光電探測器的輸入端口注入，射頻信號從光電探測器的射頻接口輸出至射頻輸出模塊。

本實施例利用波分復(fù)用技術(shù)將多路射頻信號分別調(diào)制在不同光載波上，并通過光纖進(jìn)行長距離、低損耗傳輸后，進(jìn)入到多通道RoF 接收裝置中實現(xiàn)光電變換。上述光波分復(fù)用信號(波長為λ1、λ2…λN)通過光纖耦合進(jìn)入到多通道探測解復(fù)用模塊中。

首先波分解復(fù)用器將光波分復(fù)用信號分成多路僅有單一光載波的光信號。其中波分解復(fù)用器采用高隔離度的波分解復(fù)用器，可降低傳輸信道間的串?dāng)_。

波分解復(fù)用器的輸出端口的數(shù)量、光電探測器的數(shù)量與光載波數(shù)量相同，信道中心波長應(yīng)與光載波波長對準(zhǔn)，信道寬帶大于射頻信號速率的兩倍。RoF信號光譜和波分解復(fù)用器光譜如圖2所示。

通過光載波分離后的多路RoF光信號由光電探測器的光學(xué)端口注入。在偏置電壓的控制下，光電探測器將注入的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，注入的RoF光信號功率將按照光電探測器工作特性進(jìn)行調(diào)整，以獲得線性轉(zhuǎn)換關(guān)系，最大限度的保持射頻信號中的幅度和相位信息，滿足模擬通信對保副保相的要求。光電變換后的射頻信號從光電探測器的射頻接口輸出。由于對每一路RoF光信號進(jìn)行了獨立的光電變換，避免了多載波解調(diào)過程中引入的串?dāng)_問題，提高了射頻通信質(zhì)量。

本實施例中多通道解復(fù)用模塊的光電探測器輸出端，多路射頻信號分別連接射頻線纜和射頻接口，將光電變換后的射頻信號耦合出接收裝置。其中射頻接口、射頻線纜為射頻輸出模塊的構(gòu)成部分。為了保證各路信號幅度和相位關(guān)系的穩(wěn)定，射頻線纜長度要保持一致。同時為提高耦合效率、降低插入損耗，射頻接口應(yīng)根據(jù)射頻信號帶寬選取相應(yīng)類型的低插損接口。

本實施例中溫度控制模塊，主要是對多通道探測解復(fù)用模塊溫度進(jìn)行溫度控制，溫度控制模塊包括熱敏電阻和半導(dǎo)體制冷器。熱敏電阻的作用是監(jiān)控光子集成芯片工作過程中所處的環(huán)境溫度。影響該環(huán)境溫度的因素主要有兩個：芯片自身產(chǎn)生的熱量和外部溫度擾動。由于光子芯片所集成的波分解復(fù)用器和光電探測器性能均具有溫度依賴特性，因此熱敏電阻將緊貼在芯片頂部，直接監(jiān)控芯片溫度變化。根據(jù)所選取熱敏電阻特性，溫度擾動將引起熱敏電阻阻值的升高或降低。由于需要滿足軍工級的環(huán)境溫度要求，因此熱敏電阻必須在寬溫中保持線性阻值變化。

通過監(jiān)控?zé)崦綦娮栊阅芨淖儯雽?dǎo)體制冷器控制部分將提供正向或反向電流，達(dá)到制冷和加熱效果，對芯片環(huán)境溫度進(jìn)行反向補償。為提升溫控效果，半導(dǎo)體制冷器一面將貼敷于光子芯片底部，另一面緊貼在裝置外殼上，增加散熱效果。

本實施例中光電探測器是在光電探測驅(qū)動電路下完成光電變換功能。該驅(qū)動電路光電探測驅(qū)動電路由第一電容C1 100nF、第一電阻R1、第二電容C2 50pF、第二電阻R2組成，具體電路如圖3所示。第一電容C1用于消除工作電壓噪聲；第一電阻R1起到分壓效果，使得施加在光電探測器的偏置電壓符合器件要求；光電變換后的光電流通過第二電阻R2轉(zhuǎn)換為光電壓，由射頻輸出口輸出，第二電阻R2還起到阻抗匹配的作用；第二電容C2用于消除信號中的直流分離，實現(xiàn)交流耦合輸出。

在本實施例中接收裝置的外殼上設(shè)有其包括光纖輸入口、射頻輸出口和控制引腳。波分復(fù)用光學(xué)信號通過光纖輸入口進(jìn)入到該接收裝置中，進(jìn)行多路并行光電轉(zhuǎn)換，提取的射頻信號分別從射頻輸出口獨立輸出?？刂埔_包括兩個部分：供電引腳和溫控引腳。如圖4所示，引腳1和2為供電引腳，為光電探測器提供偏置電壓；引腳3及其它引腳則為溫控引腳，為溫控所需的熱敏電阻和半導(dǎo)體制冷器器件提供工作電壓。為有效固定該接收裝置，在裝置前后各提供兩個固定腳，使其滿足一定的振動要求。

以上所述的具體實施方式，對本實用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施方式而已，并不用于限定本實用新型的保護(hù)范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。