本發(fā)明涉及光通信
技術(shù)領(lǐng)域：
和微波
技術(shù)領(lǐng)域：
，主要涉及光通信技術(shù)中基于雙驅(qū)動雙平行馬曾調(diào)制器(DPMZM)實現(xiàn)微波頻率變換的方法。
背景技術(shù)：
：無線通信技術(shù)是當今通信技術(shù)的一大主題，隨著人們對信息需求的不斷增加，目前無線頻譜資源已非常緊張。為了解決這一問題，無線通信系統(tǒng)必須利用更高頻率的載波進行通信。微波頻率變換是無線通信系統(tǒng)中一項重要的基本功能，它將信號上/下變頻到需要的頻率上，但是傳統(tǒng)方法中，電域上實現(xiàn)微波頻率變換受到電子器件速率瓶頸的限制，帶寬有限，且系統(tǒng)復雜程序高，體積大，重量重，靈活性差，易受電磁干擾，產(chǎn)生電磁輻射，信號損耗大。隨著信息化程度越來越高，各種多媒體業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn)與增加，傳統(tǒng)電域處理的缺點更加突出。微波光子技術(shù)融合了微波學和光學兩門學科的優(yōu)點，主要研究微波和毫米波信號的光學產(chǎn)生、處理和轉(zhuǎn)換。該技術(shù)具有低損耗，高帶寬，抗電磁干擾、簡單輕便等優(yōu)點。微波光子變頻技術(shù)利用電光調(diào)制器、光電探測器等器件的非線性效應(yīng)將頻率變換的功能放在光域內(nèi)完成，克服了傳統(tǒng)方法中使用微波模擬器件實現(xiàn)混頻所具有的效率低、功耗大、帶寬受限和成本高等缺點，在未來電子系統(tǒng)中具有巨大的應(yīng)用潛力。目前，微波光子變頻技術(shù)主要包括基于強度調(diào)制器、相位調(diào)制器的電光調(diào)制技術(shù)，基于電吸收調(diào)制器的電吸收技術(shù)，以及基于半導體光放大器和特種光纖的交叉增益調(diào)制、交叉相位調(diào)制、四波混頻非線性效應(yīng)技術(shù)。而基于馬曾調(diào)制器(MZM)的變頻技術(shù)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)換效率高、本振功率低等優(yōu)點。技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決
背景技術(shù)：
中所存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種利用雙驅(qū)動DPMZM實現(xiàn)微波頻率變換的方法。該方案具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、轉(zhuǎn)換效率高、隔離度大以及能避免信號傳輸過程中由光纖色散所引起的功率周期性衰落等優(yōu)點。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：所述裝置包括光源、射頻信號源、本振信號源、電分路器、移相器、雙驅(qū)動DPMZM、摻鉺光纖放大器以及光電探測器，其中雙驅(qū)動DPMZM由三個MZM組成，分別為MZM-a、MZM-b以及主MZM；光源的輸出端與雙驅(qū)動DPMZM相連；射頻信號源輸出端與MZM-a上臂的射頻輸入端相連；本振信號源輸出端與電分路器相連；電分路器的一個輸出端與MZM-b上臂的射頻輸入端相連；電分路器的另一個輸出端與移相器的輸入端相連；移相器的輸出端與MZM-b下臂的射頻輸入端相連；雙驅(qū)動DPMZM的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端相連；摻鉺光纖放大器的輸出端與光電探測器的輸入端相連；光電探測器的輸出端輸出變頻后的電信號。本發(fā)明在工作時包括以下步驟：(1)從激光器發(fā)出波長為λ的光波注入到雙驅(qū)動DPMZM中；(2)將幅度為VRF射頻信號接入MZM-a上臂的射頻輸入端，將幅度為VDC1的直流偏置接入MZM-a下臂的直流輸入端，實現(xiàn)對射頻信號的雙邊帶(DSB)調(diào)制；(3)將幅度為VLO的本振信號接入電分路器分為兩路，一路接入到MZM-b上臂的射頻輸入端，一路接入移相器，經(jīng)過π/2移相后接入到MZM-b下臂的射頻輸入端，將幅度為VDC2的直流偏置接入到MZM-b下臂的直流輸入端，實現(xiàn)對本振信號的單邊帶(SSB)調(diào)制；(4)將幅度為VDC3的直流偏置接入雙驅(qū)動DPMZM主MZM下臂的直流輸入端；(5)設(shè)置VRF、VDC1、VLO、VDC3的大小，實現(xiàn)對雙驅(qū)動DPMZM輸出信號光載波的抑制；(6)雙驅(qū)動DPMZM輸出的信號接入到摻鉺光纖放大器，利用摻鉺光纖放大器對信號進行放大；(7)摻鉺光纖放大器輸出的信號經(jīng)過一段光纖接入光電探測器，光電探測器對輸入信號進行拍頻，即可得到上/下變頻信號。本發(fā)明提出一種新型微波頻率變換的方法，該方案利用雙驅(qū)動DPMZM實現(xiàn)對射頻信號的雙邊帶調(diào)制以及本振信號的單邊帶調(diào)制。通過合理的設(shè)置射頻信號、本振信號的幅度和DPMZM中MZM-a、主MZM的直流偏置的大小，實現(xiàn)對輸出信號光載波的抑制，并在光電探測器中拍頻得到所需的變頻信號。本發(fā)明設(shè)備簡單，具有很強的實際可操作性。由于實現(xiàn)了對雙驅(qū)動DPMZM輸出信號光載波的抑制，本方案獲得了較高的轉(zhuǎn)換效率。由于實現(xiàn)了對本振信號的單邊帶調(diào)制，本方案避免了信號傳輸過程中由光纖色散以引起的功率周期性衰落。附圖說明圖1為本發(fā)明利用雙驅(qū)動DPMZM實現(xiàn)微波頻率變換的原理圖，圖2為輸入射頻信號為2.4GHz，本振信號為13.6G時的實驗結(jié)果圖，其中：(a)為雙驅(qū)動DPMZM輸出信號的光譜圖，由圖可以看出本方案實現(xiàn)了對射頻信號的雙邊帶調(diào)制以及本振信號的單邊帶調(diào)制，并且光載波得到了抑制；(b)為光電探測器輸出信號的電譜圖，由圖可以看出本方案得到了所需的變頻信號，并且本振-中頻隔離度達到了31dB；(c)為當射頻信號調(diào)制方式為16QAM時，光電探測器輸出信號的星座圖，誤差向量幅度(EVM)為4.19％；(d)為當本振信號分別采用單邊帶(SSB)和雙邊帶(DSB)調(diào)制時光電探測器輸出信號功率隨光纖色散值的變化圖，可以看出本振信號采用單邊帶(SSB)調(diào)制可避免光電探測器輸出信號由光纖色散引起的功率周期性衰落。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例：圖1為本發(fā)明利用雙驅(qū)動DPMZM實現(xiàn)微波頻率變換的原理圖。其中雙驅(qū)動DPMZM用于對射頻信號的雙邊帶調(diào)制以及本振信號的單邊帶調(diào)制，摻鉺光纖放大器用于對雙驅(qū)動DPMZM輸出信號的放大，光電探測器用于對雙驅(qū)動DPMZM輸出信號的拍頻檢測，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，從而輸出變頻信號。如圖1所示，本實例中，裝置包括：光源、射頻信號源、本振信號源、電分路器、移相器、雙驅(qū)動DPMZM、摻鉺光纖放大器以及光電探測器，其中雙驅(qū)動DPMZM由MZM-a、MZM-b以及主MZM組成。光源的輸出端與雙驅(qū)動DPMZM相連；射頻信號源的輸出端與MZM-a上臂的射頻輸入端相連；本振信號源的輸出端與電分路器的輸入端相連，電分路器的一個輸出端與MZM-b上臂的射頻輸入端相連；電分路器的另一個輸出端與移相器的輸入端相連；移相器的輸出端與MZM-b下臂的射頻輸入端相連；雙驅(qū)動DPMZM的輸出端與摻鉺光纖放大器的輸入端相連；摻鉺光纖放大器的輸出端與一段光纖相連，光纖的另一端與光電探測器的輸入端相連；經(jīng)光電探測器拍頻后，在輸出端得到了所需的變頻信號。本實例中，具體變頻方法和原理包括以下步驟：步驟一：光源產(chǎn)生工作波長為1552nm，功率為13dBm的連續(xù)光波，連續(xù)光波輸入到雙驅(qū)動DPMZM；其中將光波工作頻率記為ωc，功率記為E0，雙驅(qū)動DPMZM半波電壓為Vπ＝4V，工作在推挽模式；步驟二：射頻信號源產(chǎn)生幅度為VRF，頻率為ωRF＝2.4GHz的射頻信號，將射頻信號輸入到MZM-a上臂的射頻輸入端，將幅度為VDC1的直流偏置輸入到MZM-a下臂的直流偏置輸入端。實現(xiàn)對射頻信號的雙邊帶(DSB)調(diào)制，則MZM-a的輸出信號可表示為：其中表示雙驅(qū)動DPMZM的插入損耗，βRF＝πVRF/Vπ，θ1＝πVDC1/Vπ；步驟三：本振信號源產(chǎn)生幅度為VLO，頻率為ωLO＝13.6GHz的本振信號，將本振信號接入電分路器，電分路器將輸入信號分成二路，一路接入到MZM-b上臂的射頻輸入端，一路接入到移相器的輸入端，移相器對輸入信號進行π/2移相，移相器的輸出信號接入到MZM-b下臂的射頻輸入端，將幅度為VDC2＝Vπ/2的直流偏置輸入MZM-b的下臂的直流偏置輸入端。這樣就實現(xiàn)了對本振信號的單邊帶(SSB)調(diào)制，則MZM-b的輸出信號可表示為：其中表示雙驅(qū)動DPMZM的插入損耗，βLO＝πVLO/Vπ；步驟四：將幅度為VDC3的直流偏置輸入到雙驅(qū)動DPMZM主MZM下臂的直流偏置輸入端，雙驅(qū)動DPMZM的輸出信號可表示為：E3(t)＝E1(t)+E2(t)exp(jθ3)，其中θ3＝πVDC3/Vπ。對E1(t)和E2(t)進行展開可得到：E3(t)=E02αexpj(ωct)[exp(jβRFcos(ωRFt))+exp(-jθ1)]+exp(-jβLOcos(ωLOt+π/2))exp(-j(π/2))+exp(jβLOcos(ωLOt)exp(-jθ3)]]>步驟五：設(shè)置VRF、VLO、VDC1以及VDC3，使得βRF＝0.314、βLO＝0.5024、θ1＝86°以及θ3＝84°，則雙驅(qū)動DPMZM的輸出端僅包含射頻信號的雙邊帶調(diào)制信號以及本振信號的單連帶調(diào)制信號，雙而實現(xiàn)了對光載波的抑制。將E3(t)的表達式進行貝塞爾函數(shù)展開并忽略高階項可得到：E3(t)=E02αexpj(ωct)jJ1(βRF)exp(-jωRFt)+jJ1(βRF)exp(jωRFt)+2jJ1(βLO)exp(-jωLOt)exp(jθ3)+J0(βRF)+exp(-jθ1)+(j+1)J0(βLO)exp(jθ3)]]>上式中，要實現(xiàn)對光載波的抑制，需要實現(xiàn)以下等式：J0(βRF)+exp(-jθ1)+(j+1)J0(βLO)exp(jθ3)＝0上式可轉(zhuǎn)化為以下方程組：J0(βRF)+cos(θ1)+2J0(βLO)cos(θ3+π/4)=0[-sin(θ1)+2J0(βLO)sin(θ3+π/4)]j=0]]>通過解上面方程組可得βRF＝0.314、βLO＝0.5024、θ1＝86°、θ3＝84°，此時可以看到J0(βRF)＝J0(0.314)＝0.9755≈1，符合實際應(yīng)用中射頻信號通常為小信號的特點，代入雙驅(qū)動DPMZM輸出信號表達式得到下式：E3(t)=E12αexpj(ωct)jJ1(βRF)exp(-jωRFt)+jJ1(βRF)exp(jωRFt)+2jJ1(βLO)exp(-jωLOt)exp(jθ3)]]>從上式中可以看出，雙驅(qū)動DPMZM輸出端的光載波得到了抑制；步驟六：將雙驅(qū)動DPMZM的輸出信號接入摻鉺光纖放大器，摻鉺光纖放大器對輸出信號進行放大；步驟七：將摻鉺光纖放大器的輸出信號接入光電探測器，利用光電探測器對信號進行拍頻，由此得到了變頻信號cos(ωLO+ωRF)t以及cos(ωLO-ωRF)t。圖2(a)為雙驅(qū)動DPMZM輸出信號的光譜圖，由圖可以看出本方案實現(xiàn)了對射頻信號的雙邊帶調(diào)制以及本振信號的單邊帶調(diào)制，并且光載波得到了抑制；圖2(b)為光電探測器輸出信號的電譜圖，由圖可以看出本方案得到了所需的變頻信號，并且本振-中頻隔離度達到了31dB。圖2(c)為當射頻信號調(diào)制方式為16QAM時，光電探測器輸出信號的星座圖，誤差向量幅度(EVM)為4.19％。圖2(d)為當本振信號分別采用單邊帶(SSB)和雙邊帶(DSB)調(diào)制時光電探測器輸出信號功率隨光纖色散值的變化圖，可以看出本振信號采用單邊帶(SSB)調(diào)制可避免光電探測器輸出信號由光纖色散引起的功率周期性衰落。綜上，本發(fā)明利用雙驅(qū)動DPMZM分別實現(xiàn)對射頻信號的雙邊帶調(diào)制以及本振信號的單邊帶調(diào)制，并將雙驅(qū)動DPMZM的輸出信號接入光電探測器進行拍頻得到變頻信號。本方案通過合理的設(shè)置參數(shù)實現(xiàn)了對光載波信號的抑制，從而獲得較高的轉(zhuǎn)換效率，同時由于實現(xiàn)了對本振信號的單邊帶調(diào)制，從而避免了信號傳輸過來中由光纖色散引起的周期性功率衰落。另外本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，工程可應(yīng)用性較強。總之，以上所述實施方案僅為本發(fā)明的實施例而已，并非僅用于限定本發(fā)明的保護范圍，應(yīng)當指出，對于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在本發(fā)明公開的內(nèi)容上，還可以做出若干等同變形和替換，射頻信號的頻率不限于2.4GHz，本振信號的頻率不限于13.6GHz，如果使用15GHz的本振信號，該系統(tǒng)可以產(chǎn)生12.6GHz和17.4GHz的中頻信號。這些等同變形和替換以及頻率范圍的調(diào)整也應(yīng)視為本發(fā)明保護的范圍。當前第1頁1 2 3