基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置制造方法
【專利摘要】一種基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，包括：一發(fā)射端、一接收端和一單模光纖，所述發(fā)射端通過單模光纖與接收端連接，本發(fā)明只在發(fā)射端對信號進行處理，搭建及維護成本低；減少了混頻器的使用，對微波信號的預失真主要在光上進行，提高了系統(tǒng)的帶寬；只使用一個微波源，不需要進行同步。
【專利說明】基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過光纖穩(wěn)相傳輸微波信號的系統(tǒng),具體來說是一種基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，屬于微波光子學【技術領域】。

【背景技術】
[0002]在分布式合成孔徑雷達，深空探測，原子鐘分發(fā)，全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)等領域中，均需要用到微波信號的穩(wěn)相傳輸技術。傳統(tǒng)的微波信號傳輸采用同軸電纜進行穩(wěn)相傳輸，但電纜損耗大、體積大、成本高，很難實現遠距離傳輸。光纖以其低損耗、帶寬大、抗電磁干擾、價格低的優(yōu)勢被認為非常適合用于微波信號的傳輸，尤其是遠距離傳輸。然而，由于外界環(huán)境的影響，如溫度、應變、振動等，會導致光纖的等效長度發(fā)生變化，經光纖傳輸的信號延時發(fā)生改變，進而導致經光纖傳輸的微波信號的相位發(fā)生抖動。目前，實現微波信號穩(wěn)相傳輸的基本思想都是利用往返延遲校正消除相位抖動，認為在光纖中相向傳輸的光信號是相互獨立的，其經歷的延時是相同的，即相位抖動相同，具體方法可以歸納為兩類，一是主動控制法，通過直接提取調制在光載波上的微波信號在光纖鏈路中往返傳輸的實時相位抖動信息，獲得相位差信號，利用控制器件主動補償待傳輸微波信號的相位，從而使傳輸的微波信號趨于穩(wěn)定，這種方法的局限在于，相位差信號的提取主要依靠電路上的鎖相技術，即利用鑒相器和環(huán)路濾波器鑒別相位抖動信息，傳輸信號的帶寬受到很大限制，另外，目前用于補償相位的器件主要有波長調諧激光器，可調光/電延遲線，光纖拉伸器等，當環(huán)境變化較大時，光纖等效長度變化較大，從而引起傳輸信號的相位抖動較大，由于上述器件的可調節(jié)范圍較小，很難實現相位抖動的實時補償。本發(fā)明使用被動控制法，在信號發(fā)射端，將已帶有相位抖動的信號和待傳輸的信號進行混頻實現信號預失真，預失真的信號經過同一鏈路的傳輸后得到相位穩(wěn)定的微波信號。目前，被動控制法通常需要多個混頻器，電濾波器和多個相位同步的微波源，系統(tǒng)復雜，成本較高。(F.Yin, A.Zhang, Y.Dai, T.Ren, K.Xu, J.Li,J.Lin, and G.Tang, “Phase-conjugat1n-based fast RF phase tabilizat1n for fiberdelivery，，Opt.Express vol.22, n0.1, 2014.)


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于,提供一種基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，該裝置只在發(fā)射端對信號進行處理，搭建及維護成本低；減少了混頻器的使用，對微波信號的預失真主要在光上進行，提高了系統(tǒng)的帶寬；只使用一個微波源，不需要進行同止/J/ O
[0004]本發(fā)明提供一種基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，包括:一發(fā)射端、一接收端和一單模光纖，所述發(fā)射端通過單模光纖與接收端連接，其中:
[0005]所述的發(fā)送端包括:
[0006]一微波信號源；
[0007]—除頻器，其輸入端與微波信號源的輸出端相連；
[0008]一第一相位共軛單元，其輸入端與除頻器的輸出端相連；
[0009]—第一光電探測器,其輸入端與第一相位共軛單兀的輸出端相連；
[0010]—功分器,其輸入端與第一光電探測器的輸出端相連；
[0011]一強度調制器，其射頻輸入端與功分器的輸出端口 I相連；
[0012]一光源，其輸出端與強度調制器的光輸入端相連；
[0013]一光環(huán)行器，其輸入端口 I與強度調制器的輸出端相連；
[0014]—第一陣列波導光柵，其輸入端口 2與環(huán)形器的輸出端口 2相連；
[0015]一第二光電探測器，其輸入端與光環(huán)行器的端口 3相連；
[0016]一電混頻器，其本振輸入端與第二光電探測器的輸出端相連，該電混頻器的中頻輸入端與功分器的輸出端口 2相連；
[0017]一帶通濾波器，其輸入端與電混頻器的射頻輸出端相連；
[0018]一第二相位共軛單元，其輸入端與帶通濾波器的輸出端相連，輸出端與第一陣列波導光柵輸入端口I相連；
[0019]所述的接收端包括:
[0020]一第二陣列波導光柵，其輸入端與單模光纖相連，該單模光纖的另一端與第一陣列波導光柵的輸出端相連；
[0021]—法拉第旋光鏡，其輸入端與第二陣列波導光柵的輸出端口 2相連；
[0022]—第三光電探測器，其輸入端與第二陣列波導光柵的輸出端口 I相連。
[0023]本發(fā)明具有以下有益效果:該系統(tǒng)只在發(fā)射端對信號進行處理，搭建及維護成本低；減少了混頻器的使用，對微波信號的預失真主要在光上進行，提高了系統(tǒng)的帶寬；只使用一個微波源，不需要進行同步。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，其中:
[0025]圖1是本發(fā)明中基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置的結構示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明中光學相位共軛單元的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0027]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置的結構示意圖，該系統(tǒng)包括:一發(fā)送端A、一接收端B和一單模光纖10，所述發(fā)送端A通過單模光纖10與接收端B連接，其中:
[0028]所述的發(fā)送端A包括:
[0029]一微波信號源1，所述微波信號源I是矢量網絡分析儀或微波信號源，其用于產生本振微波信號，該信號為需要傳輸的信號；
[0030]一除頻器2，其輸入端與微波信號源I的輸出端相連，用于將所述本振微波信號的頻率和初始相位變?yōu)樵瓉淼囊话耄?br> [0031]一第一相位共軛單元3，其輸入端與除頻器2的輸出端相連，用于將所述除頻信號調制到光載波上，并利用光放大器的四波混頻效應使得該除頻信號的相位變?yōu)橄喾?，而頻率不變，并濾除掉光載波信號的下邊帶以及+2階邊帶以上的調制邊帶，實現單邊帶調制；
[0032]—第一光電探測器4,其輸入端與第一相位共軛單兀3的輸出端相連,其用于將所述單邊帶調制的光載波信號和+1階調制邊帶信號拍頻，轉化為電信號，得到的微波信號與所述除頻信號為相位共軛信號；
[0033]—功分器5,其輸入端與第一光電探測器4的輸出端相連,所述功分器5的功率比為50: 50,用于將所述相位共軛的微波信號分為兩路；
[0034]一強度調制器6，其射頻輸入端與功分器5的輸出端口 I相連，其中所述的強度調制器6的材料為鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物，用于將所述相位共軛信號的一路調制到光載波上，以進行光纖傳輸；
[0035]—光源7,其輸出端與強度調制器6的光輸入端相連,用于產生連續(xù)的光載波；
[0036]—光環(huán)行器8,其輸入端口 I與強度調制器6的輸出端相連,其具有非互易性,光在其中只能單向環(huán)行，I端口輸入的所述的強度調制后的光載波輸出到2端口，傳輸到接收端，法拉第旋光鏡12反射后返回到該光環(huán)行器的端口 2，并輸出到輸出端口 3，返回的相位共軛信號經歷了兩倍的相位擾動；
[0037]—第一陣列波導光柵9,其輸入端口 2與環(huán)形器8的輸出端口 2相連,其具有波分復用的功能；
[0038]一第二光電探測器13，其輸入端與光環(huán)行器8的3端口相連，其用于將所述經單模光纖10傳輸并反射回的單邊帶調制的光載波信號和+1階調制邊帶信號進行拍頻，將光信號轉化為微波信號；
[0039]其中所述第一光電探測器4和第二光電探測器13是光電二極管或光電倍增管；
[0040]—電混頻器14,其本振輸入端與第二光電探測器13的輸出端相連,中頻輸入端與功分器5的輸出端口 2相連,其用于將所述第一光電探測器4輸出的除頻相位共軛信號與第二光電探測器13輸出的經歷兩次光纖傳輸的信號進行上混頻，得到與微波信號源I輸出信號頻率相同的微波信號；
[0041]一帶通濾波器15，其輸入端與電混頻器14的射頻輸出端相連，其作用是只通過與所述微波信號源I輸出信號頻率相同的微波信號，其他頻率的信號都將被濾除；
[0042]—第二相位共軛單兀16,其輸入端與帶通濾波器15的輸出端相連,輸出端與第一陣列波導光柵9輸入端口 I相連，其用于將所述帶通濾波器15輸出的微波信號調制到光載波上，并利用光放大器的四波混頻效應使得微波信號的相位變?yōu)橄喾矗l率不變，并濾除掉光載波信號的下邊帶以及+2階邊帶以上的調制邊帶，實現單邊帶調制；
[0043]所述第一相位共軛單元3和第二相位共軛單元16分別包括:
[0044]—馬赫曾德爾調制器20，其射頻輸入端為相位共軛單元的輸入端，所述馬赫曾德爾調制器20為鈮酸鋰晶體，其用于將微波信號調制到第一激光器21提供的光載波上，產生邊帶；
[0045]—第一激光器21,其輸出端與馬赫曾德爾調制器20的光輸入端相連,用于提供光載波；
[0046]一第二激光器22，用于提供光載波；
[0047]其中所述第一激光器21與第二激光器22的中心波長不同。
[0048]一耦合器23，其輸入端口 I與馬赫曾德爾調制器20的輸出端相連，輸入端口 2與第二激光器22的輸出端相連,用于將兩路光載波稱合輸入到半導體光放大器中；
[0049]—半導體光放大器24,其輸入端與稱合器23的輸出端相連,如上所述載有微波信號的光載波和另一路光載波在半導體光放大器中發(fā)生四波混頻效應，不含微波信號的光載波也被調制上微波信號，頻率不變，相位變反；
[0050]—光濾波器25,其輸入端與光放大器24的輸出端相連,其輸出端為相位共軛單兀的輸出端，用于濾除光載波和一階邊帶之外的信號，只留下光載波和一階邊帶。
[0051]所述的接收端B包括:
[0052]一第二陣列波導光柵11，其輸入端與單模光纖10相連，其可用于解波分復用，即通過單模光纖10傳輸的不同波長的光可以從不同端口輸出；
[0053]—法拉第旋光鏡12,輸入端與第二陣列波導光柵11的輸出端口 2相連,其用于將從發(fā)射端A傳輸過來的信號反射回發(fā)射端A ；
[0054]—第三光電探測器17,其輸入端與第二陣列波導光柵11的輸出端口 I相連，用于將搭載在光載波上傳輸的無相位抖動的微波信號轉換為電信號，該信號和所述微波信號源I輸出的信號頻率相位均相同；
[0055]所述的光纖傳輸鏈路包括單模光纖10,其輸入端與第一陣列波導光柵9的輸出端相連，輸出端與第二陣列波導光柵11的輸入端相連，用于傳輸光載微波信號，長度為10公里。
[0056]假設發(fā)射端A微波信號源I輸出的微波本振信號為+灼)，其中ωκρ為角頻率，fl為初始相位，經除頻器2后得到的除頻信號為.#5?^ + ^.5^)，第一相位共軛單元3將其相位取反，輸出的信號為，該除頻相位共軛信號調制到光載波上，經單模光纖進行傳輸，并反射回來，經歷了兩倍的相位抖動，即延時為2 τ，返回后的微波信號可以表示為+未經傳輸的除頻信號和傳輸后的除頻信號經電混頻器14進行上混頻得到的微波信號為Λ + ,第二相位共軛單元將該信號進行相位共軛，得到的信號為,該信號經過傳輸，經歷一倍的時間抖動，在接收端B第三光電探測器接到的信號為⑶+ 與發(fā)射端A發(fā)射的微波信號初始相位相同，實現微波信號穩(wěn)相傳輸。
[0057]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，包括:一發(fā)射端、一接收端和一單模光纖，所述發(fā)射端通過單模光纖與接收端連接，其中: 所述的發(fā)送端包括: 一微波信號源； 一除頻器，其輸入端與微波信號源的輸出端相連； 一第一相位共軛單兀，其輸入端與除頻器的輸出端相連； 一第一光電探測器，其輸入端與第一相位共軛單兀的輸出端相連； 一功分器，其輸入端與第一光電探測器的輸出端相連； 一強度調制器，其射頻輸入端與功分器的輸出端口 I相連； 一光源，其輸出端與強度調制器的光輸入端相連； 一光環(huán)行器，其輸入端口 I與強度調制器的輸出端相連； 一第一陣列波導光柵，其輸入端口 2與環(huán)形器的輸出端口 2相連； 一第二光電探測器，其輸入端與光環(huán)行器的端口 3相連； 一電混頻器，其本振輸入端與第二光電探測器的輸出端相連，該電混頻器的中頻輸入端與功分器的輸出端口 2相連； 一帶通濾波器，其輸入端與電混頻器的射頻輸出端相連； 一第二相位共軛單元，其輸入端與帶通濾波器的輸出端相連，輸出端與第一陣列波導光柵輸入端口I相連； 所述的接收端包括: 一第二陣列波導光柵，其輸入端與單模光纖相連，該單模光纖的另一端與第一陣列波導光柵的輸出端相連； 一法拉第旋光鏡，其輸入端與第二陣列波導光柵的輸出端口 2相連； 一第三光電探測器，其輸入端與第二陣列波導光柵的輸出端口 I相連。
2.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述微波信號源是矢量網絡分析儀或微波信號源。
3.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述第一相位共軛單元和第二相位共軛單元分別包括: 一馬赫曾德爾調制器，其射頻輸入端為相位共軛單元的輸入端； 一第一激光器，其輸出端與馬赫曾德爾調制器的光輸入端相連； 一第二激光器； 一率禹合器，其輸入端口 I與馬赫曾德爾調制器的輸出端相連，輸入端口 2與第二激光器的輸出端相連； 一半導體光放大器，其輸入端與稱合器的輸出端相連； 一光濾波器，其輸入端與半導體光放大器的輸出端相連，其輸出端為相位共軛單兀的輸出端。
4.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述馬赫曾德爾調制器為鈮酸鋰晶體。
5.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述第一激光器與第二激光器的中心波長不同。
6.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述光濾波器是基于硅基液晶技術的波形整形器、光濾波器、波分復用器或光纖光柵。
7.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述第一光電探測器和第二光電探測器是光電二極管或光電倍增管。
8.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述功分器的功率比為50: 50。
9.根據權利要求1所述的基于光學相位共軛的微波信號長距離光纖穩(wěn)相傳輸裝置，其中所述的強度調制器的材料為鈮酸鋰晶體、半導體聚合物或有機聚合物。
【文檔編號】H04B10/2507GK104202090SQ201410418635
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】李偉, 王瑋鈺, 孫文惠, 王文亭, 劉建國, 祝寧華 申請人:中國科學院半導體研究所