一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法，方法如下：利用馬赫增德爾調(diào)制器和光纖光柵組合，實現(xiàn)偶數(shù)階諧波調(diào)制，控制馬赫增德爾調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)，實現(xiàn)2階邊帶以上所有邊帶可忽略不計，利用濾波器濾除0階邊帶，將剩余的2階邊帶再用馬赫增德爾調(diào)制器單邊帶調(diào)制，實現(xiàn)上邊帶調(diào)制，調(diào)節(jié)此馬赫增德爾調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)，實現(xiàn)1階邊帶以上都可忽略，利用布拉格光纖光柵選擇2個有相同初相位的邊帶進行拍頻，得到的毫米波信號消除了激光器的相位噪聲。本發(fā)明使用雙激光器來產(chǎn)生毫米波的技術(shù)，本身就能很有效的降低光纖色散，且結(jié)構(gòu)簡單，能夠產(chǎn)生高頻段、高質(zhì)量的毫米波。
【專利說明】
一種基于馬赫増德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人們對信息需求的不斷增加，目前無線頻譜資源已經(jīng)非常的緊張了，無線通信系 統(tǒng)必須利用更高頻率的載波進行通信，Radio over Fiber(RoF)技術(shù)就是一種將光和毫米 波結(jié)合的通信技術(shù)，可以同時實現(xiàn)功耗低、易于安裝、帶寬寬，可以避免干擾的優(yōu)點。近年來 已成為國際研究熱點之一了。
[0003] 在R〇F系統(tǒng)的眾多關(guān)鍵技術(shù)中，高質(zhì)量毫米波的產(chǎn)生更是提高RoF系統(tǒng)性能和降低 系統(tǒng)造價的關(guān)鍵技術(shù)。隨著微波光子技術(shù)的發(fā)展，利用微波光子學(xué)來產(chǎn)生高頻、高穩(wěn)定度的 毫米波具有更顯著得優(yōu)勢。目前該領(lǐng)域的研究熱點是如何獲得高質(zhì)量、高頻段的光生毫米 波信號，包括高純度毫米波信號的生成以及克服光纖色散效應(yīng)的毫米波信號傳輸。毫米波 信號光學(xué)生成技術(shù)有光外差法，外調(diào)制法，基于非線性調(diào)制四波混頻效應(yīng)法以及受激布里 淵散射法等。在這些方法中，光外調(diào)制法因其具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作穩(wěn)健且頻率可調(diào)諧的 優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。光外調(diào)制法已經(jīng)設(shè)計出了各種各樣的微波倍頻系統(tǒng)，使用的調(diào)制 器件有強度調(diào)制器，馬赫增德爾調(diào)制器，偏振調(diào)制器和相位調(diào)制器等。在這些外調(diào)制器當 中，馬赫增德爾調(diào)制器既可以調(diào)制強度又可以調(diào)制相位，使用非常靈活，在不同的偏置電壓 下，可實現(xiàn)抑制載波、抑制偶數(shù)階諧波和抑制奇數(shù)階諧波等優(yōu)點，已越來越受到廣泛的關(guān)注 和應(yīng)用。
[0004] 為了產(chǎn)生高頻、高穩(wěn)定度的毫米波，本專利提出了一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍 頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法。該方案產(chǎn)生的毫米波沒有相位噪聲，穩(wěn)定性高，頻譜純度高， 結(jié)構(gòu)簡單并能有效降低光纖色散。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述缺陷，提供一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍 頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法，設(shè)計合理，沒有相位噪聲，穩(wěn)定性高，頻譜純度高，結(jié)構(gòu)簡單并 能有效降低光纖色散。
[0006] 為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] 一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法，其特征在于:方法如 下：
[0008] 利用馬赫增德爾調(diào)制器和光纖光柵組合，實現(xiàn)偶數(shù)階諧波調(diào)制，控制馬赫增德爾 調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)，實現(xiàn)2階邊帶以上所有邊帶可忽略不計，利用濾波器濾除0階邊帶，將剩 余的2階邊帶再用馬赫增德爾調(diào)制器單邊帶調(diào)制，實現(xiàn)上邊帶調(diào)制，調(diào)節(jié)此馬赫增德爾調(diào)制 器的調(diào)制指數(shù)，實現(xiàn)1階邊帶以上都可忽略，利用布拉格光纖光柵選擇2個有相同初相位的 邊帶進行拍頻，得到的毫米波信號消除了激光器的相位噪聲。
[0009] 作為一種優(yōu)化的技術(shù)方案，具體方法如下：
[0010] 激光器1和激光器2發(fā)出兩束光波頻率分別為fdPf2(初相位分別為約和終），注入 到馬赫增德爾調(diào)制器中，注入光波的偏振方向經(jīng)偏振控制器PC1和PC2調(diào)整使之與馬赫增德 爾調(diào)制器的偏振方向一致，兩束光經(jīng)光纖耦合器0C1進入馬赫增德爾調(diào)制器中，頻率為f RF的 射頻本振信號作用在馬赫增德爾調(diào)制器上，馬赫增德爾調(diào)制器處于偶數(shù)階邊帶調(diào)制，直流 偏壓調(diào)制到馬赫增德爾調(diào)制器的工作的最小點，上臂相位移動為V2,上下臂相位差π，調(diào)節(jié) 馬赫增德爾調(diào)制器的調(diào)制系數(shù)，2階邊帶以上的其他邊帶可被忽略不計，利用光濾波器濾除 0階邊帶，最后只剩下2階邊帶，此時有四個頻率成分1、2、3、4,分別為&-2加、心+2加、5-2f RF、f 2+2f RF，這四個分量經(jīng)摻t耳光纖放大器放大后經(jīng)光環(huán)行器到布拉格光纖光柵后四個頻 率成分分開成2、3和1、4,其中2、3經(jīng)光電探測器產(chǎn)生電信號，此時的電信號存在相位噪聲， 無法直接作為毫米波來使用。將此電信號作為本振源作用在第二個馬赫增德爾調(diào)制器上， 信號1、4經(jīng)過時間延長器使得從光環(huán)行器到馬赫增德爾調(diào)制器的兩路的時間相同，第二個 馬赫增德爾調(diào)制器處于單邊帶調(diào)制，直流偏壓調(diào)制到馬赫增德爾調(diào)制器的工作的最大點， 相位差為V2,信號1、4經(jīng)單邊帶調(diào)制后，調(diào)節(jié)調(diào)制指數(shù)，1階以上的諧波可以被忽略不計，此 時有4個頻率分量為1、4、5、6，分別為f ijf RF、f 2+2f RF、f 2+Af-2f RF、f l+Af-6f RF，其中頻率分 量4和6有相同的相位，經(jīng)過布拉格光纖光柵選出4，6，經(jīng)過摻t耳光纖放大器放大后，在經(jīng)過 光電探測器拍頻，得到8倍頻的120GHz的毫米波。
[0011] 由于采用了上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明使用雙激光器來產(chǎn)生毫米波 的技術(shù)，本身就能很有效的降低光纖色散，本身不需要參考信號源，產(chǎn)生的毫米波不存在激 光的相位噪聲，且結(jié)構(gòu)簡單，能夠產(chǎn)生高頻段、高質(zhì)量的毫米波。
[0012] 同時下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
【附圖說明】
[0013] 圖1 一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方案圖。
[0014] 圖2本發(fā)明中第一個馬赫增德爾調(diào)制器在偶數(shù)階邊帶調(diào)制下的輸出光譜圖。
[0015] 圖3本發(fā)明中經(jīng)過濾波器后的輸出光譜圖。
[0016] 圖4本發(fā)明中第二個馬赫增德爾調(diào)制器調(diào)制后的光譜圖。
[0017] 圖5本發(fā)明中經(jīng)光電探測器后產(chǎn)生的8倍頻的120GHz射頻信號的波形圖。
【具體實施方式】 [0018] 實施例：
[0019] 參見圖1-5, 一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方案，包括激 光器1、激光器2、偏振控制器3、偏振控制器4、射頻信號源5,移相器6,移相器7,光纖耦合器 8、馬赫增德爾調(diào)制器9，光濾波器10，摻鉺光纖放大器11，光環(huán)行器12,布拉格光纖光柵13， 光電探測器14,隔直器15,時間延遲器16,馬赫增德爾調(diào)制器17,移相器18,布拉格光纖光柵 19,摻餌光纖放大器20,光電探測器21。
[0020] 激光器1和激光器2發(fā)出頻率分別為193.365THZ和193.475THZ的光波作為光載波 (初相位分別為供和朽），兩頻率間隔為110GHz，兩激光器發(fā)出兩束光波，分別經(jīng)過偏振控制 器3和偏振控制器4,使注入的光波的偏振方向與馬赫增德爾調(diào)制器9的偏振方向一致，兩束 光波經(jīng)耦合器8耦合到一根光纖上，頻率f RF= 15GHz的射頻信號源5作用在馬赫增德爾調(diào)制 器9上，直流偏壓調(diào)制到馬赫增德爾調(diào)制器的工作的最小點，上臂有一移相器移動6相位為 V2,上下臂之間有一移相器7移動相位為π，馬赫增德爾調(diào)制器9實現(xiàn)偶數(shù)階邊帶輸出調(diào)制， 調(diào)節(jié)調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)為1.201，使得輸出的高于2階的邊帶可忽略不計，利用光濾波器10 濾除〇階的邊帶，得到4個頻率分量1、2、3、4，分別為負-2加上+2加、5-2加』 2+2加，如圖1 (a)所示，四個頻率分量先經(jīng)過摻鉺光纖放大器11放大后到達光環(huán)行器12,先到達布拉格光 纖光柵13選出頻率分量2,3,反射頻率分量1，4。通過的頻率分量2,3經(jīng)過光電探測器14拍頻 后產(chǎn)生一個頻率為50GHz的電信號，但此電信號存在相位噪聲供，將得到的電信號經(jīng)過 隔直器15,濾除直流分量，作用在第二個馬赫增德爾調(diào)制器17上，被反射的頻率分量1，4經(jīng) 光環(huán)行到達時間延遲器16后作為新的光載波進入第二個馬赫增德爾調(diào)制器17,時間延遲器 16使得從光環(huán)行器16到達第二個馬赫增德爾調(diào)制器17的時間相同，第二個馬赫增德爾調(diào)制 器17處于單邊帶調(diào)制（上邊帶調(diào)制），直流偏壓調(diào)制到馬赫增德爾調(diào)制器的工作的最大點， 上下臂有一移相器18為V2,實現(xiàn)單邊帶上邊帶調(diào)制，調(diào)節(jié)調(diào)制器的調(diào)制指數(shù)為0.393,使得 除1階以外邊帶都可忽略不計，此時有4個頻率分量為1、4、5、6,分別為f Af-2fRF、fi+Af-6fRF，如圖1 (b)所不，其中頻率分量4和6有相同的相位，經(jīng)過布拉格光纖光 柵19選出4,6,經(jīng)過摻餌光纖放大器20放大后，在經(jīng)過光電探測器21拍頻，得到8倍頻的 120GHz的毫米波。這個電信號不存在激光器的相位噪聲。
[0021] 激光器1和激光器2:兩激光器是單頻激光器，分別發(fā)出出頻率分別為193.365THZ 和193.475THz的光波作為光載波(初相位分別為約和色）。
[0022] 偏振控制器:使注入的光載波的偏振方向與馬赫增德爾調(diào)制器的偏振方向一致。 偏振控制器是指能將任意輸入的偏振態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿我馄谕敵銎駪B(tài)的器件。在光纖相干通 信系統(tǒng)中，僅當信號光場與本振光場的偏振態(tài)一致時，才能得到預(yù)期的外差接收高靈敏度。 然而由于單模光纖雙折射特性，光纖輸出光偏振態(tài)會隨溫度、壓力和彎曲等各種因素而變 化，引起信號光與本振光之間偏振態(tài)失配，從而影響接收機靈敏度。另外，在使用保偏光纖 作為傳感光纖的相干測量系統(tǒng)中，往往要求入射光的偏振方向與光纖的雙折射主軸之一重 合，以滿足測量的需求。
[0023] 光親合器亦稱光電隔離器，簡稱光親。光親合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸 入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為 種類最多、用途最廣的光電器件之一。光親合器一般由三部分組成:光的發(fā)射、光的接收及 信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管(LED)，使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收 而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。光耦合器的作用是將光波耦合到一根光纖上。
[0024] 移相器(Phaser)能夠?qū)Σǖ南辔贿M行調(diào)整的一種裝置。任何傳輸介質(zhì)對在其中傳 導(dǎo)的波動都會引入相移，這是早期模擬移相器的原理;現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展后利用A/D、D/A轉(zhuǎn) 換實現(xiàn)了數(shù)字移相，顧名思義，它是一種不連續(xù)的移相技術(shù)，但特點是移相精度高。移相器 的作用是將相位移動一定的值。
[0025] 射頻信號源的作用是發(fā)出射頻信號，其射頻信號源常用于校準頻譜分析儀、調(diào)制 度分析儀、功率計、頻率計、射頻毫伏表、高頻數(shù)字示波器等眾多射頻無線電測量儀器。
[0026] 馬赫增德爾調(diào)制器將射頻信號加載到光載波上并同時調(diào)節(jié)強度和相位。其工作原 理將輸入光分成兩路相等的信號分別進入調(diào)制器的兩個光支路這兩個光支路采用的材料 是電光性材料，其折射率隨外部施加的電信號大小而變化。由于光支路的折射率變化會導(dǎo) 致信號相位的變化，當兩個支路信號調(diào)制器輸出端再次結(jié)合在一起時，合成的光信號將是 一個強度大小變化的干涉信號，相當于把電信號的變化轉(zhuǎn)換成了光信號的變化，實現(xiàn)了光 強度的調(diào)制。簡而言之，該調(diào)制器通過控制其偏置電壓，可以實現(xiàn)不同邊帶的調(diào)制。
[0027] 光濾波器的作用是濾除不需要的光分量。光濾波器是用來進行波長選擇的儀器， 它可以從眾多的波長中挑選出所需的波長，而除此波長以外的光將會被拒絕通過。它可以 用于波長選擇、光放大器的噪聲濾除、增益均衡、光復(fù)用/解復(fù)用。
[0028] 光環(huán)行器，使光沿著規(guī)定的方向傳輸，其本身是一種多端口的具有非互易特性的 光器件。光信號由任一端口輸入時，都能按圖示的數(shù)字順序從下一端口以很小的損耗輸出， 而該端口通向所有其他端口的損耗都很大，成為不相通端口。要求環(huán)行器相通端口間的插 入損耗小(例如1至2dB)，不相通端口間的隔離度大(例如30dB)。
[0029] 時間匹配器的作用是實現(xiàn)從光環(huán)行器到達新型雙邊帶馬赫增德爾調(diào)制器的兩路 時間相同。
[0030] 布拉格光纖光柵:選擇所需的光分量，反射不需要的光分量。光電探測器:實現(xiàn)兩 光的拍頻，得到一個電信號。隔直器:濾除直流分量。摻餌光纖放大器:實現(xiàn)光的放大。
[0031] 本發(fā)明使用雙激光器來產(chǎn)生毫米波的技術(shù)，本身就能很有效的降低光纖色散，本 身不需要參考信號源，產(chǎn)生的毫米波不存在激光的相位噪聲，且結(jié)構(gòu)簡單，能夠產(chǎn)生高頻 段、高質(zhì)量的毫米波。
[0032] 需要說明的是，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變 換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法，其特征在于： 方法如下： 利用馬赫增德爾調(diào)制器和光纖光柵組合，實現(xiàn)偶數(shù)階諧波調(diào)制，控制馬赫增德爾調(diào)制 器的調(diào)制指數(shù)，實現(xiàn)2階邊帶以上所有邊帶可忽略不計，利用濾波器濾除0階邊帶，將剩余的 2階邊帶再用馬赫增德爾調(diào)制器單邊帶調(diào)制，實現(xiàn)上邊帶調(diào)制，調(diào)節(jié)此馬赫增德爾調(diào)制器的 調(diào)制指數(shù)，實現(xiàn)1階邊帶以上都可忽略，利用布拉格光纖光柵選擇2個有相同初相位的邊帶 進行拍頻，得到的毫米波信號消除了激光器的相位噪聲。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于馬赫增德爾調(diào)制器8倍頻產(chǎn)生120GHz毫米波的方法，其特 征在于： 具體方法如下： 激光器1和激光器2發(fā)出兩束光波頻率分別為fjPf2(初相位分別為約和麫），注入到馬 赫增德爾調(diào)制器中，注入光波的偏振方向經(jīng)偏振控制器PCl和PC2調(diào)整使之與馬赫增德爾調(diào) 制器的偏振方向一致，兩束光經(jīng)光纖耦合器OCl進入馬赫增德爾調(diào)制器中，頻率為f RF的射頻 本振信號作用在馬赫增德爾調(diào)制器上，馬赫增德爾調(diào)制器處于偶數(shù)階邊帶調(diào)制，直流偏壓 調(diào)制到馬赫增德爾調(diào)制器的工作的最小點，上臂相位移動為V2,上下臂相位差π，調(diào)節(jié)馬赫 增德爾調(diào)制器的調(diào)制系數(shù)，2階邊帶以上的其他邊帶可被忽略不計，利用光濾波器濾除0階 邊帶，最后只剩下2階邊帶，此時有四個頻率成分1、2、3、4，分別為&-2加土+2加42-2加、 f 2+2f RF，這四個分量經(jīng)摻餌光纖放大器放大后經(jīng)光環(huán)形器到布拉格光纖光柵后四個頻率成 分分開成2、3和1、4,其中2、3經(jīng)光電探測器產(chǎn)生電信號，此時的電信號存在相位噪聲，無法 直接作為毫米波來使用。將此電信號作為本振源作用在第二個馬赫增德爾調(diào)制器上，信號 1、4經(jīng)過時間延長器使得從光環(huán)行器到馬赫增德爾調(diào)制器的兩路的時間相同，第二個馬赫 增德爾調(diào)制器處于單邊帶調(diào)制，直流偏壓調(diào)制到馬赫增德爾調(diào)制器的工作的最大點，相位 差為V2,信號1、4經(jīng)單邊帶調(diào)制后，調(diào)節(jié)調(diào)制指數(shù)，1階以上的諧波可以被忽略不計，此時有 4個頻率分量為1、4、5、6，分別為;1^1-2加、;^2+2加、;^2+&；|^-21^、;^1+&；|^-6加，其中頻率分量4 和6有相同的相位，經(jīng)過布拉格光纖光柵選出4，6，經(jīng)過摻t耳光纖放大器放大后，在經(jīng)過光電 探測器拍頻，得到8倍頻的120GHz的毫米波。
【文檔編號】H04B10/2575GK106027152SQ201610316653
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】曹長慶, 王香, 曾曉東, 馮喆珺, 霍熠偉, 羅龍, 成迎虹
【申請人】西安電子科技大學(xué)