基于硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)的毫米波生成系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光生毫米波生成技術(shù)，尤其是涉及一種基于硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)的毫米波生成系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖通信具有低損耗、高帶寬的特性，光纖無線電(ROF)技術(shù)是應(yīng)高速大容量無線通信需求，新興發(fā)展起來的將光纖通信和無線通信相結(jié)合起來的無線接入技術(shù)。光纖無線電(ROF)系統(tǒng)構(gòu)成的具有超帶寬的無線接入網(wǎng)絡(luò)通過光纖實(shí)現(xiàn)中心處理站與基站之間遠(yuǎn)距離的連接，通過微波、毫米波系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)幾十米范圍的無線覆蓋。目前，許多國家已經(jīng)將59-64GHZ的毫米波段專門分配給無牌照的ROF技術(shù)應(yīng)用，大大推動了毫米波段ROF技術(shù)的發(fā)展。高質(zhì)量的毫米波信號生成是實(shí)現(xiàn)毫米波段ROF系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。但制作窄線寬、低相位噪聲、高穩(wěn)定性且可調(diào)諧毫米波信號發(fā)生器時，對工藝的要求極高，毫米波在電域下生成比較困難，面臨無法突破的電子瓶頸。除此之外，直接調(diào)制毫米波信號的成熟商用電光調(diào)制器極其少見而且價格昂貴。因此研宄如何利用光學(xué)方法產(chǎn)生毫米波段的載波信號一直是毫米波段RoF研宄領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題。用光學(xué)的方法來產(chǎn)生毫米波，一方面是出于成本的考慮，另一方面，毫米波在電域下處理已經(jīng)比較困難，面臨無法突破的電子瓶頸，而用光學(xué)產(chǎn)生的毫米波，不僅具有相位噪聲低的優(yōu)點(diǎn)，而且由于光纖的損耗非常小，信號能夠遠(yuǎn)距離傳輸，便于分配到遠(yuǎn)端由天線發(fā)射。
[0003]目前，光學(xué)產(chǎn)生毫米波的技術(shù)主要有光外差技術(shù)、外調(diào)制技術(shù)和光學(xué)倍頻技術(shù)等。光外差技術(shù)的基本原理是利用兩個頻率差等于所需毫米波的頻率的光載波，在光電探測器中拍頻生成毫米波，該方法需要兩個光載波的相位非常穩(wěn)定并相關(guān)，實(shí)現(xiàn)時需要額外的相位鎖定模塊，難以獲得低相位噪聲的高質(zhì)量毫米波。外調(diào)制技術(shù)基于外部調(diào)制器的非線性響應(yīng)，產(chǎn)生邊帶頻率，在接收端由邊帶拍頻得到毫米波信號，包括雙邊帶調(diào)制、單邊帶調(diào)制和載波抑制調(diào)制等。外調(diào)制器有馬赫-增德爾調(diào)制器(MZM)、電吸收調(diào)制器和相位調(diào)制器等。但是這種方法需要很高頻率的調(diào)制微波信號源，而高頻微波信號源實(shí)現(xiàn)難度大，系統(tǒng)成本太高。相對來講，光學(xué)倍頻技術(shù)更具優(yōu)勢。光學(xué)倍頻技術(shù)借助各種外調(diào)制器件及其它一些光學(xué)處理器件將低頻微波信號調(diào)制到光波上，并產(chǎn)生高次諧波光邊帶，最后通過光電探測器拍頻產(chǎn)生目標(biāo)高頻毫米波信號。在這類方案中，倍頻產(chǎn)生的毫米波信號的線寬和相位噪聲等特性均與調(diào)制微波信號保持在相同量級，而與所用的光學(xué)器件無關(guān)，克服了電子倍頻器件響應(yīng)頻率和帶寬的限制，而且相位噪聲低。與此同時，方案中需要的強(qiáng)度調(diào)制器、相位調(diào)制器和半導(dǎo)體光放大器等光學(xué)器件均為市面上常見的成熟商品化器件，因此方案實(shí)現(xiàn)簡單且穩(wěn)定性高，在毫米波ROF系統(tǒng)中比較常見。
[0004]現(xiàn)有的應(yīng)用光學(xué)倍頻技術(shù)的毫米波生成系統(tǒng)典型方案包括:利用馬赫-增德爾調(diào)制器與濾波器串聯(lián)產(chǎn)生四倍頻毫米波信號；利用兩個MZM級聯(lián)產(chǎn)生四倍頻毫米波信號；利用兩個相位調(diào)制器并聯(lián)產(chǎn)生六倍頻毫米波信號等。但是，這些毫米波生成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的倍頻數(shù)仍然較低，仍然需要較高頻率的調(diào)制微波信號源，而且需要多個調(diào)制器，系統(tǒng)成本難以降低，大大限制了該技術(shù)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種基于硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)的毫米波生成系統(tǒng)，該毫米波生成系統(tǒng)采用外部調(diào)制技術(shù)結(jié)合硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)頻率的上變換，產(chǎn)生六倍頻甚至更高倍頻的毫米波信號，大大降低調(diào)制微波信號源的頻率，克服光纖無線通信技術(shù)中產(chǎn)生毫米波的微波驅(qū)動信號頻率和調(diào)制器帶寬問題，降低系統(tǒng)器件帶寬要求，減少系統(tǒng)成本。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題之一所采用的技術(shù)方案為:一種基于硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)的毫米波生成系統(tǒng)，包括用于產(chǎn)生光功率為OdBm的連續(xù)光載波信號的激光器、用于將調(diào)制微波信號分為兩路微波信號的功分器、用于將微波信號移相180度的移相器、雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器、用于將光功率放大到25dBm的摻鉺光纖放大器、第一光濾波器、硫系玻璃光纖、第二光濾波器、用于將光功率調(diào)整到OdBm的光衰減器和光電探測器；所述的調(diào)制微波信號的功率為15dBm ；
[0007]所述的激光器的輸出端與所述的雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的輸入端連接；所述的功分器具有兩個輸出端，分別為第一輸出端和第二輸出端，所述的功分器的第一輸出端與所述的雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的一個電極連接，所述的功分器的第二輸出端與所述的移相器的輸入端連接，所述的移相器的輸出端與所述的雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的另一個電極連接；所述的雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的輸出端與所述的摻鉺光纖放大器的輸入端連接，所述的摻鉺光纖放大器的輸出端與所述的第一光濾波器的輸入端連接，所述的第一光濾波器的輸出端與所述的硫系玻璃光纖的輸入端連接，所述的硫系玻璃光纖的輸出端與所述的第二光濾波器的輸入端連接，所述的第二光濾波器的輸出端與所述的光衰減器的輸入端連接，所述的光衰減器的輸出端與所述的光電探測器的輸入端連接。
[0008]所述的第二光濾波器的通帶可調(diào)。
[0009]所述的雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的調(diào)制微波信號頻率在9.5-1 IGHz范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
[0010]所述的激光器為分布反饋式激光器，所述的光衰減器為可調(diào)光衰減器。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的毫米波生成系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于通過激光器產(chǎn)生光功率為OdBm的連續(xù)光載波信號輸入到雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的輸入端，功分器將功率為15dBm的調(diào)制微波信號分為兩路微波信號，一路微波信號輸入到雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的一個電極，另一路微波信號輸入到移相器被移相180度后輸入到雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的另一個電極，雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器對輸入其內(nèi)的連續(xù)光載波信號和微波信號進(jìn)行載波抑制雙邊帶調(diào)制后輸出兩個邊帶的光波，兩個邊帶的光波首先通過摻鉺光纖放大器進(jìn)行放大處理，然后通過第一光濾波器濾除摻鉺光纖放大器產(chǎn)生的帶外噪聲后注入硫系玻璃光纖內(nèi)，放大后的兩個邊帶的光波在硫系玻璃光纖發(fā)生四波混頻效應(yīng)產(chǎn)生梳狀光波輸出，第二光濾波器將梳狀光波中的無用光頻分量濾除，得到需要的兩個光頻分量后輸入到光衰減器中，光衰減器將需要的兩個光頻分量的光功率調(diào)整到OdBm后輸入到光電探測器中拍頻后輸出高頻毫米波；由此采用外部調(diào)制技術(shù)結(jié)合四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)頻率的上變換，產(chǎn)生六倍頻甚至更高倍頻的毫米波信號，最終實(shí)現(xiàn)高次倍頻產(chǎn)生毫米波信號，大大降低調(diào)制微波信號源的頻率，克服光纖無線通信技術(shù)中產(chǎn)生毫米波的微波驅(qū)動信號頻率和調(diào)制器帶寬問題，降低系統(tǒng)器件帶寬要求，減少系統(tǒng)成本；
[0012]當(dāng)?shù)诙鉃V波器的通帶可調(diào)時，如果需要的兩個光頻分量的頻率間隔為調(diào)制微波信號頻率的6倍，則光電探測器拍頻后可實(shí)現(xiàn)6次倍頻產(chǎn)生高頻毫米波；如果需要的兩個光頻分量的頻率間隔為調(diào)制微波信號頻率的8倍，則光電探測器拍頻后可實(shí)現(xiàn)8次倍頻產(chǎn)生高頻毫米波；如果需要的兩個光頻分量的頻率間隔為調(diào)制微波信號頻率的10倍，則光電探測器拍頻后可實(shí)現(xiàn)10次倍頻產(chǎn)生高頻毫米波，以此類推，可通過第二光濾波器的通帶調(diào)整來選擇該光生毫米波生成系統(tǒng)的倍頻次數(shù)。
[0013]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種基于硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)的毫米波生成方法，該毫米波生成系統(tǒng)采用外部調(diào)制技術(shù)結(jié)合硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)實(shí)現(xiàn)頻率的上變換，產(chǎn)生六倍頻甚至更高倍頻的毫米波信號，大大降低調(diào)制微波信號源的頻率，克服光纖無線通信技術(shù)中產(chǎn)生毫米波的微波驅(qū)動信號頻率和調(diào)制器帶寬問題，降低器件帶寬要求，減少系統(tǒng)成本。
[0014]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題之二所采用的技術(shù)方案為:一種基于硫系玻璃光纖四波混頻效應(yīng)的毫米波生成方法，包括以下步驟:
[0015]①采用激光器產(chǎn)生光功率為OdBm的連續(xù)光載波信號，將該連續(xù)光載波信號輸入到雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的輸入端；
[0016]②將功率為15dBm的調(diào)制微波信號通過功分器分為兩路微波信號，將一路微波信號輸入到雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的一個電極，將另一路微波信號輸入到移相器中，移相器將另一路微波信號移相180度后輸入到雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的另一個電極；
[0017]③調(diào)節(jié)雙電極馬赫-增德爾調(diào)制器的偏壓，實(shí)現(xiàn)載波抑制雙邊帶調(diào)制，雙