一種基于雙向利用相位調(diào)制器的微波光子下變頻方法
【專利摘要】提出了一種基于雙向利用相位調(diào)制器微波光子下變頻的方法，該方法包括以下步驟：射頻和本振兩個微波信號加載到相位調(diào)制器的兩個端口，同時在調(diào)制器的兩個光學(xué)端口上分別放置兩個布拉格光纖光柵。從而形成一個光波振蕩器，光載波通過一個1:99的光耦合器后注入到這個光波振蕩器中。布拉格光纖光柵透射出來的兩個光學(xué)邊帶分別是射頻的頻率和本振的頻率。這個兩個頻率成分的光學(xué)邊帶通過一個50:50的耦合器加上一個平衡探測器將變頻信號探測出來。從而形成了一個轉(zhuǎn)換效率提高的微波光子下變頻系統(tǒng)。
【專利說明】—種基于雙向利用相位調(diào)制器的微波光子下變頻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)微波光子頻率下變化的方法，更具體地說，涉及光纖光柵和光電相位調(diào)制器的利用。
【背景技術(shù)】
[0002]微波通信能夠在任意方向上發(fā)射、易于構(gòu)建和重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與移動設(shè)備的互聯(lián)；蜂窩式系統(tǒng)的出現(xiàn)，使微波通信具備高的頻譜利用率。但目前微波頻段的有限帶寬成為嚴(yán)重問題，人們開始考慮在更高的微波頻段甚至毫米波實(shí)現(xiàn)無線通信。然而毫米波波段在大氣中的損耗很大如60GHz信號在大氣中的傳輸損耗高達(dá)14dB/km,這意味著在蜂窩移動通信中信道頻率可更加頻繁地重復(fù)使用。但傳統(tǒng)的微波傳輸介質(zhì)在長距離傳輸時具有很大損耗，而在接收端，采用傳統(tǒng)的微波混頻器存在:插入損耗大、線性度差等缺點(diǎn)。光纖系統(tǒng)具有低損耗、高帶寬特性，對于微波信號處理充滿吸引力。由此，微波光子下變頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
[0003]微波光子頻率下變換最早于1993年被美國馬里蘭大學(xué)的Gopalakrishnan教授提出。它利用兩個串聯(lián)的光電強(qiáng)度調(diào)制器，一個強(qiáng)度調(diào)制器加載射頻信號，另一個強(qiáng)度調(diào)制器上加載本振信號。然后經(jīng)過光電探測器拍平產(chǎn)生頻率為射頻和本振頻率之差的中頻信號。光纖和微波兩者的優(yōu)勢，可以將無線微波信號的傳輸距離大大增加的同時將微波頻率變換到較低。總的來說，微波頻率下變換技術(shù)與傳統(tǒng)的微波混頻器相比插入損耗小、可以傳輸?shù)木嚯x長。與目前研究的微波光子鏈路相比它具有頻率變換能力，從而降低了系統(tǒng)對光電探測器的頻率要求同時使得在電域的數(shù)字信號處理芯片的速率降低了。
[0004]衡量微波光子下變頻性能優(yōu)越性的主要品質(zhì)因素有增益、噪聲系數(shù)、交調(diào)失真以及動態(tài)范圍。其中增益是最重要的一個指標(biāo)，因?yàn)樵鲆嬷苯雨P(guān)系到這種光子下變頻方案的實(shí)用意義。因此，系統(tǒng)增益逐漸成為人們關(guān)注的重要指標(biāo)。近年來，人們以提高系統(tǒng)增益為目的對微波光子鏈路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究其中包括雙平行的強(qiáng)度調(diào)制結(jié)合偏置點(diǎn)的控制來實(shí)現(xiàn)抑制載波的方案、用耦合環(huán)路結(jié)合兩個相位調(diào)制器來實(shí)現(xiàn)載波抑制的方法以及采用兩個相位調(diào)制器結(jié)合光纖光柵來濾除載波的方案。在這些方法中，后兩張方法要利用兩個光電調(diào)制器從而大大增加了系統(tǒng)的成本。而第一個采用雙平行強(qiáng)度調(diào)制器的方案雖然只是用了一個光電調(diào)制器，但是它的載波抑制需要控制在強(qiáng)度調(diào)制器的最小偏置點(diǎn)。這是一個比較敏感的偏置點(diǎn)。很容易受到光電調(diào)制器直流漂移的影響。因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性無法保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種采用單一的相位調(diào)制器實(shí)現(xiàn)微波光子下變頻的方法。該方法可用于光載無線(ROF)系統(tǒng)和微波雷達(dá)系統(tǒng)中。
[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供一種雙向利用相位調(diào)制器的方法。雙向利用相位調(diào)制器指的是在利用相位調(diào)制器的速率適配特性，使得正向傳輸?shù)墓獠ū徽{(diào)制器的第一個電端口調(diào)制，反向傳輸?shù)墓獠ū徽{(diào)制器的第二個端口調(diào)制。在相位調(diào)制器的兩端加上兩個布拉格光纖光柵(FBG)。光載波將在兩個光纖光柵中間來回震蕩。從而實(shí)現(xiàn)了雙向的調(diào)制的效果。由于光載波被反射回去，沒有占用探測器的功率容忍門限。因此可以外加后放大器來放大信號。從而提高了系統(tǒng)的增益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚，其中:
[0008]圖1示出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
[0009]圖2示出本振功率變化的情況下的增益改善圖
[0010]圖3示出系統(tǒng)增益改善圖
[0011]圖4示出射頻功率變化的情況下的增益改善圖
[0012]圖5示出系統(tǒng)的頻率響應(yīng)圖
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0014]圖1中描述了基于雙向利用相位調(diào)制器微波光子下變頻總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中SlOl為輸入的激光器,經(jīng)過光電光學(xué)隔離器S102,光路通過一個1:99的保偏稱合器S103將光波注入到相位調(diào)制器S104中。將射頻信號S103加載到S104的第一個電端口上，來調(diào)制光信號。調(diào)制后的光波經(jīng)過S105:布拉格光纖光柵，具有射頻頻率的光學(xué)邊帶被透射出去，光載波被反射回來反向注入S104。此時本振微波信號S108發(fā)揮作用，調(diào)制此光載波。由于S103發(fā)光比為1:99，絕大部分光功率都被注入到第二個布拉格光纖光柵S106中。這時，具有本振頻率的光學(xué)邊帶被透射出來。S105和S106透射出來的光學(xué)邊帶在一個50:50的保偏光耦合器S109中混合并且經(jīng)過SllO和Slll兩個摻鉺光纖放大器光信號放大進(jìn)后進(jìn)入平衡探測器S112將差頻的下變頻信號探測出來。在通過S113頻譜分析儀進(jìn)行信號分析。
[0015]系統(tǒng)的理論分析如下:經(jīng)過1:99的光耦合器S103后，連續(xù)光波經(jīng)過相位調(diào)制器被S107調(diào)制后的表達(dá)式如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙向利用相位調(diào)制器的微波光子下變頻方法，該方法包括以下步驟: 在相位調(diào)制器的兩端添加兩個窄帶的布拉格光柵(FBG)，形成一個光波震蕩器。用一個I: 99的耦合器將激光注入到這個光波振蕩器中。相位調(diào)制器的兩個射頻端口分別加載射頻和本振信號。解調(diào)端使用50:50的耦合器配合平衡探測器解調(diào)信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，F(xiàn)BG的中心波長剛好對準(zhǔn)光載波，而邊帶都在帶外。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，1:99的耦合器連接調(diào)制器輸入和第二個FBG的兩個端口互為相移端口。這產(chǎn)生的90度相移和偶棉的50:50耦合器一起組成的180度相移差，可以和平衡探測器組成增益增強(qiáng)的變頻系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中本振信號的調(diào)制深度為1.858的時候可以產(chǎn)生最大的系統(tǒng)增益。
【文檔編號】H04B10/548GK103888191SQ201410101818
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】蔣天煒, 喻松, 謝倩, 李健, 李丹, 葉辛萌, 顧畹儀 申請人:北京郵電大學(xué)