本發(fā)明屬于光載射頻，具體涉及一種高幅度一致性微波光子接收模塊。

背景技術(shù)：

1、針對(duì)低頻段有源相控陣?yán)走_(dá)，單一孔徑已難以應(yīng)對(duì)其日益發(fā)展的應(yīng)用需求。未來(lái)將基于多個(gè)分布式孔徑的相參合成實(shí)現(xiàn)超大孔徑，獲得足夠的天線增益，并補(bǔ)償平臺(tái)供電能力的大幅度減少，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高分辨率的多角度探測(cè)，提高系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性及目標(biāo)檢測(cè)性能。應(yīng)對(duì)大口徑、分布式的需求，需要完成相控陣?yán)走_(dá)所需的時(shí)鐘、本振等多種射頻信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸分配；同時(shí)為滿足系統(tǒng)低承載、弱供電的需求，需要構(gòu)建出輕薄化、低密度的傳輸分配網(wǎng)絡(luò)。用光取代電，輔以豐富的時(shí)空頻能復(fù)用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)上述分布式天線單元與中心節(jié)點(diǎn)間基準(zhǔn)與模擬信號(hào)傳輸分配的關(guān)鍵。

2、相控陣對(duì)通道間的幅相一致性要求較高，而基于傳統(tǒng)微波光子傳輸鏈路構(gòu)建的基準(zhǔn)及模擬信號(hào)傳輸分配網(wǎng)絡(luò)在幅度一致性方面往往難以滿足要求。一方面，完成電光調(diào)制及光電轉(zhuǎn)換的有源器件本身的性能差異會(huì)導(dǎo)致最終輸出射頻信號(hào)的幅度不一致；另一方面，光傳輸分配網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵單元——光分路器也無(wú)法完成對(duì)輸入光載波的功率均分，且因光分配不均勻?qū)е碌姆炔町愡€會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加愈發(fā)惡化。

3、為了消除這種幅度差異，已有的做法分別在光路和電路上進(jìn)行調(diào)控。光路調(diào)控又分為光纖調(diào)配優(yōu)化及光功率自動(dòng)反饋補(bǔ)償兩種。光纖調(diào)配優(yōu)化的具體解決方案是通過(guò)優(yōu)化連接器內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)降低插入損耗及連接損耗的不一致性，同時(shí)對(duì)光分路芯件進(jìn)行篩選，將損耗偏離統(tǒng)計(jì)均值較大的予以剔除，最后根據(jù)各部件的插入損耗數(shù)值，在整套產(chǎn)品調(diào)試時(shí)調(diào)整光路搭配順序，從而達(dá)到優(yōu)化整體鏈路幅度差異的目的。但這種做法成品率低，維修互換性差。光功率自動(dòng)反饋補(bǔ)償?shù)木唧w解決方案是引入多通道可調(diào)光衰減器(voa)來(lái)提升光分路的一致性，可通過(guò)光子集成的方式將光分路芯片與多通道voa芯片進(jìn)行集成，并且構(gòu)建閉環(huán)回路，通過(guò)監(jiān)測(cè)各節(jié)點(diǎn)的輸出光功率反饋控制多通道voa的驅(qū)動(dòng)電壓，從而改變各個(gè)通道voa的損耗值，最終獲得各節(jié)點(diǎn)高幅度一致性的設(shè)計(jì)優(yōu)化。需要說(shuō)明的是，由于連接光纜的損耗差異，整個(gè)閉環(huán)控制需在綜合連接傳輸光纜構(gòu)成完整閉環(huán)回路后進(jìn)行，且光功率的監(jiān)測(cè)需在微波光子接收模塊的輸入端完成。這種做法好處在于可以根據(jù)外界環(huán)境對(duì)光傳輸分配網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的影響進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，但由于在各個(gè)陣面節(jié)點(diǎn)均引入了閉環(huán)反饋控制，大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，且因在微波光子接收模塊的輸入端監(jiān)測(cè)光功率，無(wú)法消除微波光子接收模塊因器件不一致性導(dǎo)致的輸出微波幅度差異。傳統(tǒng)的電路調(diào)控的做法與光功率自動(dòng)反饋補(bǔ)償?shù)乃悸废嗨?，通過(guò)在微波光子接收組件中設(shè)計(jì)有足夠衰減范圍的電調(diào)衰減器結(jié)合閉環(huán)監(jiān)測(cè)輸出微波信號(hào)的幅度進(jìn)而反饋控制電調(diào)衰減器的衰減量來(lái)達(dá)到優(yōu)化各節(jié)點(diǎn)幅度差異的目的。該方法相比光路閉環(huán)反饋控制可以有效地消除光電轉(zhuǎn)換模塊器件差異帶來(lái)的幅度差異，但功率監(jiān)測(cè)和各節(jié)點(diǎn)的閉環(huán)反饋控制導(dǎo)致的系統(tǒng)復(fù)雜度的增加仍不可避免。同時(shí)由于在最終的微波輸出前加入了電調(diào)衰減器，也會(huì)導(dǎo)致某些應(yīng)用場(chǎng)合下輸出的微波功率難以滿足使用要求。

4、綜上，射頻光纖傳輸技術(shù)已成為在“分布式、大口徑、低承載、弱供電”場(chǎng)景下完成基準(zhǔn)及模擬信號(hào)傳輸分配的有效手段，但迫切需要尋求新的手段，在實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)高幅度一致性優(yōu)化的同時(shí)，做到不損失系統(tǒng)的可維修和互換性，不過(guò)度增加系統(tǒng)復(fù)雜度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種基準(zhǔn)/模擬信號(hào)多節(jié)點(diǎn)微波光子傳輸分配網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)高幅度一致性實(shí)現(xiàn)方法及裝置，旨在解決目前基于微波光子的多通道射頻傳輸分配網(wǎng)絡(luò)中通道間幅度差異大，光路匹配維修互換性差，反饋補(bǔ)償調(diào)控系統(tǒng)復(fù)雜度大的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明的一種高幅度一致性微波光子接收模塊，包括光電探測(cè)器、第一低相位噪聲放大器、射頻衰減器、第二低相位噪聲放大器、低通濾波器等。其中，光電探測(cè)器的射頻輸出端與第一低相位噪聲放大器輸入端連接，第一低相位噪聲放大器輸出端與射頻衰減器輸入端連接，射頻衰減器輸出端與第二低相位噪聲放大器輸入端連接，第二低相位噪聲放大器輸出端與低通濾波器輸入端連接。光電探測(cè)器，用于將輸入的光載射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻信號(hào)；第一低相位噪聲放大器，用于將光電探測(cè)器輸出的射頻信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)放大；射頻衰減器，用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)放大輸出的射頻功率，避免下一級(jí)射頻放大的過(guò)飽和，同時(shí)起到兩級(jí)放大間射頻隔離作用，避免單級(jí)增益過(guò)高導(dǎo)致鏈路不穩(wěn)定；第二低相位噪聲放大器，用于對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行飽和放大，通過(guò)適當(dāng)射頻功率壓縮，保證在輸入射頻信號(hào)幅度存在起伏的情況下輸出射頻信號(hào)的幅度穩(wěn)定；低通濾波器，用于對(duì)傳輸射頻信號(hào)高次諧波的抑制；單模光纖，用于光載微波信號(hào)的輸入射頻線纜，用于模塊內(nèi)部各芯片/器件間的射頻連接，同時(shí)維持較低的損耗。

3、光電探測(cè)器實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，將輸入的光載射頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號(hào)輸出；第一低相位噪聲放大器工作在線性放大狀態(tài)，起到將光電轉(zhuǎn)換輸出的射頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)放大的作用；射頻衰減器置于兩個(gè)低相位噪聲放大器之間，起到兩級(jí)放大間射頻隔離及調(diào)控鏈路射頻功率分配的目的，其衰減量需根據(jù)鏈路增益分配進(jìn)行確定，遵循原則是讓第二級(jí)低相位噪聲放大器工作于飽和狀態(tài)并避免飽和深度過(guò)深；第二低相位噪聲放大器工作于飽和放大狀態(tài)，通過(guò)適當(dāng)射頻功率壓縮，保證在輸入射頻信號(hào)幅度存在起伏的情況下輸出射頻信號(hào)幅度穩(wěn)定；低通濾波器的作用是使得傳輸?shù)幕ㄐ盘?hào)通過(guò)，對(duì)其高次諧波進(jìn)行抑制。補(bǔ)充說(shuō)明的是，第一、第二放大器均選用低相位噪聲放大器其目的在于獲得足夠射頻增益同時(shí)不對(duì)傳輸?shù)幕鶞?zhǔn)信號(hào)或模擬信號(hào)的相位噪聲造成惡化。

4、本發(fā)明通過(guò)在光電轉(zhuǎn)換后引入射頻飽和放大鏈，調(diào)控各級(jí)放大器的增益使得最后的射頻放大工作在飽和狀態(tài)，使得在一定的飽和深度范圍內(nèi)，進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換的光功率差異及光電轉(zhuǎn)換器件差異均不會(huì)對(duì)最終射頻輸出的幅度造成明顯影響，達(dá)到高幅度一致性射頻輸出調(diào)控的目的。本發(fā)明采用的是多級(jí)放大末級(jí)推飽和的方案，其目的是避免單級(jí)放大增益過(guò)高造成鏈路不穩(wěn)定。在多級(jí)放大間加入射頻衰減，可達(dá)到靈活調(diào)控放大鏈增益分配，進(jìn)一步提升鏈路穩(wěn)定性和可靠性。此外，在末級(jí)放大的輸出端串聯(lián)低通濾波器，可對(duì)因射頻飽和放大造成的諧波性能惡化起到一定抑制作用。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的鏈路其末級(jí)飽和深度不宜過(guò)大，應(yīng)避免出現(xiàn)因深度飽和下的強(qiáng)非線性效應(yīng)造成相位超差。

5、光電探測(cè)器為pin型光電探測(cè)器；優(yōu)選的，其輸入光功率的1db飽和點(diǎn)應(yīng)不低于10dbm，響應(yīng)度應(yīng)不低于0.8a/w。

6、第一低相位噪聲放大器工作在線性功率放大模式，在具體實(shí)施時(shí)，在該放大器最大增益狀態(tài)下，光電探測(cè)器輸出的不同射頻功率值均不會(huì)導(dǎo)致該放大器飽和。也即該放大器的輸出1db壓縮點(diǎn)p1-out1db應(yīng)滿足p1-out1db≥pout-pd(max)+g1+1(db)，式中，pout-pd(max)表示光電探測(cè)器輸出的最大射頻功率，g1表示該放大器的增益。

7、射頻衰減器的衰減量為固定值，其衰減量l的選取應(yīng)遵循如下公式：

8、l＝(pout-pd(max)+g1)-(p2-sat+dmax-g2)(db)；式中，p2-sat表示第二低相噪放大器的飽和輸出功率，dmax表示第二低相噪放大器的最大飽和深度，g2表示第二低相噪放大器的增益。

9、第二低相位噪聲放大器工作在飽和功率放大模式，在具體實(shí)施時(shí)，在該放大器最大增益狀態(tài)下，光電探測(cè)器輸出的不同射頻功率值均將引起該放大器飽和。也即該放大器的輸出功率飽和點(diǎn)p2-sat應(yīng)滿足如下關(guān)系式：

10、p2-sat≥(pout-pd(min)+g1)-l+g2-dmin(db)；式中，pout-pd(min)表示光電探測(cè)器輸出的最小射頻功率，dmin表示第二低相噪放大器的最小飽和深度。

11、低通濾波器的截止頻率fc的典型值應(yīng)滿足：fc≤1.2f0；式中，f0表示被傳輸信號(hào)的頻率，且其阻帶衰減應(yīng)滿足≥20@2f0(db)，以便有較好的高次諧波抑制效果。

12、第一低相位噪聲放大器、第二低相位噪聲放大器均應(yīng)具備較低的附加相位噪聲，在對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行放大的過(guò)程中，不會(huì)對(duì)傳輸射頻信號(hào)的相位噪聲造成明顯惡化。其附加相位噪聲水平應(yīng)滿足(f0＝100mhz)：≤-145dbc/hz@100hz，≤-160dbc/hz@1khz，≤-165dbc/hz@10khz，≤-170dbc/hz@100khz及以遠(yuǎn)。優(yōu)選的，此類放大器應(yīng)采用hbt工藝，具有較低的附加相位噪聲。

13、第二低相噪放大器的最大飽和深度dmax的取值應(yīng)不大于10db，從而避免該放大器工作于深度飽和狀態(tài)，引起相位畸變；優(yōu)選的，dmax的取值應(yīng)不大于6db。

14、第二低相噪放大器的最小飽和深度dmin的取值應(yīng)不小于1db，以保證該放大器對(duì)于不同的探測(cè)器功率輸出均工作在飽和狀態(tài)。優(yōu)選的，dmin的取值應(yīng)不小于2db。

15、本發(fā)明的有益效果在于

16、通過(guò)在光電轉(zhuǎn)換輸出端引入射頻飽和放大機(jī)制，可有效解決因光電轉(zhuǎn)換端輸入光功率不一致及光電有無(wú)源器件損耗不一致導(dǎo)致的微波光子接收模塊輸出信號(hào)幅度差異過(guò)大的問(wèn)題。避免了復(fù)雜的電/光功率監(jiān)測(cè)反饋補(bǔ)償控制單元的使用，極大地降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和模塊成本，該方案具備良好的可生產(chǎn)性，模塊良品率高，可靠性好。

17、本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于無(wú)人機(jī)載、艇載等飛行平臺(tái)對(duì)相控陣?yán)走_(dá)載荷有著更高需求的領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)“分布式、大孔徑、輕量化、弱供電”下基準(zhǔn)及模擬信號(hào)的傳輸分配的關(guān)鍵。