專利名稱：超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信、超寬帶脈沖生成技術(shù)，主要用于軍用雷達(dá)、定位和 通信系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
超寬帶技術(shù)UWB (Ultra-wideband)是一種無(wú)線載波通信技術(shù)，不采用正弦 波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，具有傳輸速率高、抗多徑能 力強(qiáng)、功耗低、成本低、穿透能力強(qiáng)、低截獲概率、與現(xiàn)有其他無(wú)線通信系統(tǒng) 共享頻譜等特點(diǎn)，主要用于軍用雷達(dá)、定位和通信系統(tǒng)中。2002年2月，美國(guó) 聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)了UWB技術(shù)用于民用，按照FCC的規(guī)定，從3.1GHz 到10.6GHz之間的7.5GHz的帶寬頻率為UWB所使用的頻率范圍，規(guī)定UWB 信號(hào)的10dB最小帶寬500MHz，相對(duì)帶寬大于20%，最大功率譜密度(PSD) 限制為-41.3dBm/MHz以提高UWB信號(hào)的抗截獲能力。但是功率譜密度的限 制同樣也縮小了 UWB信號(hào)的覆蓋范圍，UWB-over-fiber技術(shù)能夠解決這個(gè)問(wèn) 題，即中心站與基站之間通過(guò)光纖連接，光纖具有損耗低以及帶寬大的優(yōu)點(diǎn)， 利用光纖傳輸U(kuò)WB信號(hào)能夠輕易的將UWB信號(hào)傳送到數(shù)百公里之外,這項(xiàng)技 術(shù)已經(jīng)成為個(gè)人無(wú)線局域網(wǎng)的首選技術(shù)。
普遍應(yīng)用于UWB-over"fiber技術(shù)的UWB脈沖波形有高斯單周脈沖和高斯 雙膠合透鏡脈沖兩種，分別是高斯脈沖的一次和二次積分形式，相比其他類型 脈沖，高斯單周脈沖和高斯雙膠合透鏡脈沖具有高比特速率和抗多徑效應(yīng)等特 性。目前光學(xué)生成高斯單周脈沖的方法有微波微分器法和應(yīng)用單邊帶調(diào)制和光 學(xué)頻移鍵控方法等。但是這些方法都普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高和可調(diào)節(jié)性能低的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低且具有較強(qiáng)可調(diào)性能的方案，其核心器 件是光纖時(shí)延線和兩個(gè)電光相位調(diào)制器，分別為第一電光相位調(diào)制器和第二電 光相位調(diào)制器，利用偏置電路將第二電光相位調(diào)制器的高斯調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置， 然后通過(guò)調(diào)整高斯調(diào)制脈沖參數(shù)和光纖時(shí)延線的延時(shí)參數(shù)，得到符合美國(guó)電信
聯(lián)盟FCC定義的超寬帶脈沖。
本發(fā)明的技術(shù)方案
超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置，該裝置包括激光器、高斯脈沖生 成裝置、光分路器、第一電光相位調(diào)制器、第二電光相位調(diào)制器、偏置電壓發(fā) 生器、電加法器、光纖時(shí)延線、光合路器和光電二極管。
具體連接為
激光器輸出端接光分路器輸入端。
光分路器的一個(gè)輸出端接第一電光相位調(diào)制器的光載波輸入端，光分路器 的另一個(gè)輸出端接第二電光相位調(diào)制器的光載波輸入端。
第一電光相位調(diào)制器的輸出端接光合路器的一個(gè)光輸入端，第一電光相位 調(diào)制器的電信號(hào)輸入端接高斯脈沖生成裝置的一個(gè)電信號(hào)輸出端。
第二電光相位調(diào)制器的電信號(hào)輸入端接電加法器電信號(hào)輸出端，光相位調(diào) 制器的輸出端接光纖時(shí)延線輸入端。
電加法器一個(gè)信號(hào)輸入端接高斯脈沖生成裝置的另一個(gè)電信號(hào)輸出端，電 加法器另一個(gè)信號(hào)輸入端接偏置電壓發(fā)生器的電壓輸出端。
光纖時(shí)延線的輸出端接光合路器的另一個(gè)光輸入端，光合路器的輸出端接 光電二極管的光輸入端。設(shè)置第一電光相位調(diào)制器的調(diào)相系數(shù)A和第二電光相位調(diào)制器的調(diào)相系數(shù) / 2，滿足^=〃2=〃。
設(shè)置高斯脈沖生成裝置的輸出高斯脈沖振幅4和偏置電壓發(fā)生器的輸出偏
置電壓1，滿足4d^。,x/ i/2。
設(shè)置激光器輸出激光的中心頻率/e和光纖時(shí)延線的延時(shí)參數(shù)f滿足y;"二/t， 其中A為正整數(shù)。
由光電二極管輸出信號(hào)含有高斯單周脈沖sinO(gW-的成分。 超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置，具體調(diào)節(jié)方法高斯調(diào)制脈沖
g W = 」，4為脈沖振幅，7> 為半最大值全波時(shí)間W/w 卵戸，#為高
斯脈沖的階數(shù)w二厶&光纖時(shí)延線的延時(shí)參數(shù)20戸 柳戸，按美國(guó)電信聯(lián)盟定 義的超寬帶脈沖標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)高斯調(diào)制脈沖gf^的脈沖參數(shù)和調(diào)節(jié)光纖時(shí)延線的延
時(shí)參數(shù)，由光電二極管輸出高斯單周脈沖sin[/S(gW-g(卜r))]，為符合美國(guó)電信
聯(lián)盟定義的超寬帶高斯單周脈沖。
超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置的工作原理
1)根據(jù)具體連接方式，由第一電光相位調(diào)制器輸出光場(chǎng)五;^和第二電光相 位調(diào)制器輸出光場(chǎng)&W為
^(〖)4,"(,)exp[/./ 2.gW]
￡2 W = & W exp [, A . g W " A. L ]
其中^/^為輸入光波電場(chǎng)^/^&e罕(^7r/力，仏為光波電場(chǎng)的振幅，乂為 光波中心頻率，K^為偏置電壓，g^為調(diào)制高斯調(diào)制脈沖，表達(dá)式為
其中厶為高斯脈沖幅度，？V附a/為半最大全波時(shí)間，W為高斯脈沖階數(shù)。
2)設(shè)置第一電光相位調(diào)制器的調(diào)相系數(shù)^和第二電光相位調(diào)制器的調(diào)相系數(shù)y^，滿足/ ,P^/ ,通過(guò)光纖時(shí)延線的光場(chǎng)可以表示為<formula>formula see original document page 7</formula>
利用光電二級(jí)管的平方率檢波特性，得到光電流為<formula>formula see original document page 7</formula>
3)設(shè)置高斯脈沖生成裝置的輸出高斯脈沖振幅4和偏置電壓發(fā)生器的輸出 偏置電壓^.。,，滿足<formula>formula see original document page 7</formula> 光纖時(shí)延線的延時(shí)參數(shù)f滿足/;xr-"其中A為正整數(shù)，光電流可以表示為
調(diào)節(jié)由高斯脈沖生成裝置產(chǎn)生的高斯脈沖g^的參數(shù)和調(diào)節(jié)光纖時(shí)延線的延 時(shí)參數(shù)r，使光電流表示的脈沖為符合由美國(guó)電信聯(lián)盟定義的UWB高斯單周脈 沖信號(hào)。
本發(fā)明的有益效果具體如下
本發(fā)明不涉及復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，僅僅采用標(biāo)準(zhǔn)的光通信器材，利用兩個(gè) 電光相位調(diào)制器和一個(gè)光纖時(shí)延線，生成了超寬帶高斯單周脈沖，具有很強(qiáng)的 可調(diào)性，是一種經(jīng)濟(jì)適用的光學(xué)生成超寬帶脈沖裝置。


圖l超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置原理示意圖。 圖2高斯單周脈沖波形變化示意圖。 圖3高斯單周脈沖頻譜變化示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置，見(jiàn)圖1，其特征在于該裝置包括激光器l、高斯脈沖生成裝置2、光分路器3、第一電光相位調(diào)制器41、第二電 光相位調(diào)制器42、偏置電壓發(fā)生器5、電加法器6、光纖時(shí)延線7、光合路器8 和光電二極管9;具體連接為
激光器1輸出端接光分路器3輸入端；
光分路器3的一個(gè)輸出端接第一電光相位調(diào)制器41的光載波輸入端，光分 路器3的另一個(gè)輸出端接第二電光相位調(diào)制器42的光載波輸入端；
第一電光相位調(diào)制器41的輸出端接光合路器8的一個(gè)光輸入端，第一電光
相位調(diào)制器41的電信號(hào)輸入端接高斯脈沖生成裝置2的一個(gè)電信號(hào)輸出端；
第二電光相位調(diào)制器42的電信號(hào)輸入端接電加法器6電信號(hào)輸出端，光相 位調(diào)制器42的輸出端接光纖時(shí)延線7輸入端；
電加法器6 —個(gè)信號(hào)輸入端接高斯脈沖生成裝置2的另一個(gè)電信號(hào)輸出端， 電加法器6另一個(gè)信號(hào)輸入端接偏置電壓發(fā)生器5的電壓輸出端；
光纖時(shí)延線7的輸出端接光合路器8的另一個(gè)光輸入端，光合路器8的輸 出端接光電二極管9的光輸入端；
設(shè)置第一電光相位調(diào)制器41的調(diào)相系數(shù)A和第二電光相位調(diào)制器42的調(diào) 相系數(shù)歷，滿足^=/ 2=-;
設(shè)置高斯脈沖生成裝置2的輸出高斯脈沖振幅冉和偏置電壓發(fā)生器5的輸 出偏置電壓F^，滿足4xp-f^柳X;5-;r/2;
設(shè)置激光器1輸出激光的中心頻率乂和光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)r滿足 其中A:為正整數(shù)；
由光電二極管9輸出信號(hào)含有高斯單周脈沖sinO(g(r)-g(卜r》]的成分；
按美國(guó)電信聯(lián)盟定義的超寬帶脈沖標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)高斯調(diào)制脈沖g^的脈沖參數(shù) 和調(diào)節(jié)光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)，由光電二極管9輸出高斯單周脈沖sin^(g(f)-g(卜r))]，為符合美國(guó)電信聯(lián)盟定義的超寬帶高斯單周脈沖。 所采用的器件均為市售產(chǎn)品。
超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置的調(diào)節(jié)方法
一、由高斯脈沖生成裝置2產(chǎn)生的高斯調(diào)制脈沖^(0 =々，脈沖振 幅^=7，半最大值全波時(shí)間7>,-40戸，高斯脈沖的階數(shù)#=厶相位調(diào)制器的調(diào) 相系數(shù)-二;r/么偏置電壓&。,7，光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)r二20/w，由光電二極 管9輸出信號(hào)中sin[/ (gW-g(卜r))]信號(hào)脈沖為高斯單周脈沖，波形示意圖911
如圖2所示，頻域示意圖921如圖3所示，超寬帶高斯單周脈沖10dB帶寬為 7.88GHz，相對(duì)帶寬165%，符合美國(guó)電信聯(lián)盟對(duì)超寬帶脈沖的定義。
二、由高斯脈沖生成裝置2產(chǎn)生的高斯調(diào)制脈沖^0 = 4^2"，"」，脈沖振 幅^=/，半最大值全波時(shí)間7^m=50^，高斯脈沖的階數(shù)yV:厶相位調(diào)制器的調(diào) 相系數(shù)y^;r/么偏置電壓h^刁，光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)r^J戸，由光電二極
管9輸出信號(hào)中sin[y^g(/)-g(f-r》]信號(hào)脈沖為高斯單周脈沖，波形示意圖912 如圖2所示，頻域示意圖922如圖3所示，超寬帶高斯單周脈沖10dB帶寬為 6.05GHz，相對(duì)帶寬172%，符合美國(guó)電信聯(lián)盟對(duì)超寬帶脈沖的定義。
三、由高斯脈沖生成裝置2產(chǎn)生的高斯調(diào)制脈沖^0 = 4^2^,」，脈沖振
幅^=/，半最大值全波時(shí)間7> =M;^，高斯脈沖的階數(shù)W二厶相位調(diào)制器的調(diào) 相系數(shù)"二;7/么偏置電壓F^^，光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)r-"/w，由光電二極 管9輸出信號(hào)中sin[^^)-g("^]信號(hào)脈沖為高斯單周脈沖，波形示意圖913
如圖2所示，頻域示意圖923如圖3所示，超寬帶高斯單周脈沖10dB帶寬為 5.23GHz，相對(duì)帶寬164%，符合美國(guó)電信聯(lián)盟對(duì)超寬帶脈沖的定義。四、由高斯脈沖生成裝置2產(chǎn)生的高斯調(diào)制脈沖g(,^^e^—」，脈沖振
幅^=/，半最大值全波時(shí)間7>,=70戸，高斯脈沖的階數(shù)#=厶相位調(diào)制器的調(diào) 相系數(shù)-:;r/么偏置電壓Kw。,-7，光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)。W/w，由光電二極 管9輸出信號(hào)中sin["(gW-g(卜r))]信號(hào)脈沖為高斯單周脈沖，波形示意圖914
如圖2所示，頻域示意圖924如圖3所示，超寬帶高斯單周脈沖10dB帶寬為 4.66GHz，相對(duì)帶寬174%，符合美國(guó)電信聯(lián)盟對(duì)超寬帶脈沖的定義。
五、由高斯脈沖生成裝置2產(chǎn)生的高斯調(diào)制脈沖g(r卜4^2^,」，脈沖振 幅^=7，半最大值全波時(shí)間7^^S0戸，高斯脈沖的階數(shù)#二厶相位調(diào)制器的調(diào) 相系數(shù)A二;r/么偏置電壓Kw。,7，光纖時(shí)延線7的延時(shí)參數(shù)r^ 戸，由光電二極 管9輸出信號(hào)中sin[/ (g(/)-g(卜^)]信號(hào)脈沖為高斯單周脈沖，波形示意圖915 如圖2所示，頻域示意圖925如圖3所示，超寬帶高斯單周脈沖10dB帶寬為 4.24GHz，相對(duì)帶寬177%，符合美國(guó)電信聯(lián)盟對(duì)超寬帶脈沖的定義。
權(quán)利要求
1.超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置，其特征在于，該裝置包括激光器(1)、高斯脈沖生成裝置(2)、光分路器(3)、第一電光相位調(diào)制器(41)、第二電光相位調(diào)制器(42)、偏置電壓發(fā)生器(5)、電加法器(6)、光纖時(shí)延線(7)、光合路器(8)和光電二極管(9)；具體連接為激光器(1)輸出端接光分路器(3)輸入端；光分路器(3)的一個(gè)輸出端接第一電光相位調(diào)制器(41)的光載波輸入端，光分路器(3)的另一個(gè)輸出端接第二電光相位調(diào)制器(42)的光載波輸入端；第一電光相位調(diào)制器(41)的輸出端接光合路器(8)的一個(gè)光輸入端，第一電光相位調(diào)制器(41)的電信號(hào)輸入端接高斯脈沖生成裝置(2)的一個(gè)電信號(hào)輸出端；第二電光相位調(diào)制器(42)的電信號(hào)輸入端接電加法器(6)電信號(hào)輸出端，光相位調(diào)制器(42)的輸出端接光纖時(shí)延線(7)輸入端；電加法器(6)一個(gè)信號(hào)輸入端接高斯脈沖生成裝置(2)的另一個(gè)電信號(hào)輸出端，電加法器(6)另一個(gè)信號(hào)輸入端接偏置電壓發(fā)生器(5)的電壓輸出端；光纖時(shí)延線(7)的輸出端接光合路器(8)的另一個(gè)光輸入端，光合路器(8)的輸出端接光電二極管(9)的光輸入端；設(shè)置第一電光相位調(diào)制器(41)的調(diào)相系數(shù)β1和第二電光相位調(diào)制器(42)的調(diào)相系數(shù)β2，滿足β1＝β2＝β；設(shè)置高斯脈沖生成裝置(2)的輸出高斯脈沖振幅Ap和偏置電壓發(fā)生器(5)的輸出偏置電壓Vbias，滿足Ap×β＝Vbias×β＝π/2；設(shè)置激光器(1)輸出激光的中心頻率fc和光纖時(shí)延線(7)的延時(shí)參數(shù)τ滿足fc×τ＝k，其中k為正整數(shù)；由光電二極管(9)輸出信號(hào)含有高斯單周脈沖sin[β(g(t)-g(t-τ))]的成分；按美國(guó)電信聯(lián)盟定義的超寬帶脈沖標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)高斯調(diào)制脈沖g(t)的脈沖參數(shù)和調(diào)節(jié)光纖時(shí)延線(7)的延時(shí)參數(shù)，由光電二極管(9)輸出高斯單周脈沖sin[β(g(t)-g(t-τ))]，為符合美國(guó)電信聯(lián)盟定義的超寬帶高斯單周脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置，其特征在于高斯調(diào)制脈沖^(0 = 4^2^""」，^為脈沖振幅，7>,為半最大值全波時(shí)間 M戸 朋/m， #為高斯脈沖的階數(shù)#:厶r為光纖時(shí)延線(7)的延時(shí)參數(shù)20ps 卵戸。
全文摘要
超寬帶高斯單周脈沖的光學(xué)生成裝置，涉及光纖通信領(lǐng)域，該裝置包括激光器(1)、高斯脈沖生成裝置(2)、光分路器(3)、第一電光相位調(diào)制器(41)、第二電光相位調(diào)制器(42)、偏置電壓發(fā)生器(5)、電加法器(6)、光纖時(shí)延線(7)、光合路器(8)和光電二極管(9)，利用電加法器將第二電光相位調(diào)制器的高斯調(diào)制信號(hào)進(jìn)行偏置，然后通過(guò)調(diào)整高斯調(diào)制脈沖參數(shù)和光纖時(shí)延線的延時(shí)參數(shù)，得到符合美國(guó)電信聯(lián)盟FCC定義的超寬帶脈沖。本發(fā)明不涉及復(fù)雜且昂貴的設(shè)備，僅僅采用標(biāo)準(zhǔn)的光通信器材，利用兩個(gè)電光相位調(diào)制器和一個(gè)光纖時(shí)延線，生成了超寬帶高斯單周脈沖，具有很強(qiáng)的可調(diào)性，主要用于軍用雷達(dá)、定位和通信系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H04B10/12GK101556377SQ20091008324
公開(kāi)日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者倩 周, 寧提綱, 晶 李, 祁春慧, 麗 裴, 鄭晶晶 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)