射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置及方法。該裝置包括中心站和遠(yuǎn)端站，中心站包括光發(fā)送模塊和FM旋光鏡，遠(yuǎn)端站包括光分路器、光收模塊Ⅰ、放大器Ⅰ、濾波器Ⅰ、倍頻器、濾波器Ⅱ、混頻器、光環(huán)型器、光收模塊Ⅱ、放大器Ⅱ、濾波器Ⅲ和分頻器。其調(diào)控方法為：在遠(yuǎn)端站將中心站發(fā)送經(jīng)過射頻信號調(diào)制的光信號分為兩路：其中一路返回中心站，經(jīng)過FM旋光鏡返回，與另一路共同輸入相位調(diào)控裝置，進(jìn)行相位延遲及波動的補(bǔ)償，從而直接輸出穩(wěn)相后的射頻信號。本發(fā)明穩(wěn)相精度不受測量系統(tǒng)的精度限制、無需在發(fā)送端進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，適合長距離、多個遠(yuǎn)端站級聯(lián)應(yīng)用。
【專利說明】射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻信號光纖傳輸?shù)摹炯夹g(shù)領(lǐng)域】，特別是一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在雷達(dá)系統(tǒng)、深空探測網(wǎng)絡(luò)和射頻仿真測試中對射頻信號穩(wěn)相傳輸?shù)男枨笈c日巨增。傳統(tǒng)的同軸電纜傳輸射頻信號，傳輸衰減大、相位穩(wěn)定性差，隨著傳輸頻率的提高衰減越大，無法進(jìn)行長距離傳輸。金屬電纜典型的傳輸損耗約為幾十dB/Km、射頻信號在電纜中的傳輸距離受限，金屬電纜的熱膨脹系數(shù)大，如銅典型值約0.1-0.2X10_4m/°C，引起射頻信號在電纜中傳輸時相位波動大。相位波動會隨著電纜所用絕緣介質(zhì)的不同發(fā)生變化，聚乙烯絕緣相位穩(wěn)定度為100-200ppm/ °C，聚四氟乙烯絕緣相位穩(wěn)定度為50-1OOppm/ °C，泡沫絕緣半柔性相穩(wěn)定度為20-30ppm/°C。
[0003]與射頻電纜相比，光纖的低損耗、相位穩(wěn)定性好、寬帶寬、無電磁干擾等突出優(yōu)勢為實(shí)現(xiàn)射頻信號的遠(yuǎn)距離穩(wěn)相傳輸提供了理想的解決途徑。光纖的損耗小于ldB/Km、將射頻信號調(diào)制在光波上可實(shí)現(xiàn)射頻信號的長距離傳輸。光纖材料的溫度膨脹系數(shù)約是金屬的1/100，相位穩(wěn)定度達(dá)7ppm/°C，尚不能滿足重點(diǎn)領(lǐng)域，如相控陣?yán)走_(dá)、甚長基線干涉測量等的應(yīng)用需求，因而射頻信號光纖傳輸?shù)姆€(wěn)相方法與裝置紛紛提出。
[0004]現(xiàn)有的穩(wěn)相方法，如光纖Round-Trip法、雙向比對法和延遲鎖相法，大多是基于測量射頻信號在光纖中住返傳輸?shù)南辔谎舆t及延遲波動，根據(jù)往、返時延相等的假設(shè)推算出單向時延及時延波動，在射頻信號發(fā)送端(中心站)通過電路或光學(xué)延遲線進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償，從而在射頻信號的接收端(遠(yuǎn)端站)獲得相位穩(wěn)定的射頻信號輸出。但是往、返時延假設(shè)由于實(shí)際往返鏈路的不對稱性或同一鏈路采用不同波長時光纖色散的存難以滿足，不能為發(fā)端補(bǔ)償提供精確的時延測量，因而射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)木鹊?、且系統(tǒng)復(fù)雜，無法進(jìn)行長距尚穩(wěn)相傳輸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高精度的射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置及方法，通過補(bǔ)償長距離傳輸引起的射頻信號相位延遲及波動，實(shí)現(xiàn)射頻信號長距離穩(wěn)相傳輸。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，包括中心站和遠(yuǎn)端站，其中中心站包括光發(fā)送模塊和FM旋光鏡，遠(yuǎn)端站包括光分路器、光收模塊1、放大器1、濾波器1、倍頻器、濾波器Π、混頻器、光環(huán)型器、光收模塊I1、放大器I1、濾波器ΠΙ和分頻器；
中心站中，光發(fā)送模塊輸入端通過射頻電纜輸入RF信號、輸出端通過光纖連接器接光纖1 FM旋光鏡通過光纖連接器連接光纖Π ；
遠(yuǎn)端站中，光分路器的輸入端與光纖I連接，光環(huán)型器與光纖π相連；光分路器的輸出端分別接入光收模塊I和光環(huán)型器:其中光收模塊I與放大器1、濾波器1、倍頻器、濾波器II順次連接后接入混頻器的一個輸入端，光環(huán)型器與光收模塊I1、放大器I1、濾波器III順次連接后接入混頻器的另一個輸入端；混頻器的輸出端接入分頻器。
[0007]—種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控方法，將攜帶相位信息的RF信號和其三倍頻信號進(jìn)行混頻，具體為:
RF信號輸入到中心站的光發(fā)送模塊，光發(fā)送模塊完成RF信號對DFB激光器的直接調(diào)制，調(diào)制后的光信號通過光纖連接器輸入光纖I中；遠(yuǎn)端站的光分路器將光纖I傳輸過來的光信號分成二路:一路輸入至光收模I轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器I放大后，送濾波器I濾除不需要的信號，再送入倍頻器獲得3倍頻信號，經(jīng)濾波器I[濾波后輸入混頻器的一個輸入端口 ；另一路經(jīng)光環(huán)型器送輸入光纖Π反射傳輸,經(jīng)中心站的FM旋光鏡反射后傳回光環(huán)型器，由光收模塊II接收轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器II放大后，送濾波器ΙΠ濾除不需要的信號，最后輸入混頻器的另一輸入端口；二路信號在混頻器中混頻并經(jīng)分頻器輸出經(jīng)過相位調(diào)控的RF信號。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是:(1)由常用的光纖通信器件和電子元器件構(gòu)成，通過相位補(bǔ)償穩(wěn)定相位，無需中心站預(yù)補(bǔ)償，降低了對相位波動精確測量的要求，并且穩(wěn)相精度不受測量系統(tǒng)的影響；(2)整個系統(tǒng)符合實(shí)際應(yīng)用情境，實(shí)現(xiàn)射頻信號在中心站和遠(yuǎn)端站或一個中心站和多個遠(yuǎn)端站之間長距離穩(wěn)相傳輸；(3)該方法拓寬了射頻信號光纖傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域，加快了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置的系統(tǒng)框圖。
【具體實(shí)施方式】
`[0010]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0011]本發(fā)明公開的射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，其工作機(jī)理是在遠(yuǎn)端將中心站發(fā)送經(jīng)過射頻信號調(diào)制的光信號分為兩路，其中一路返回中心站，經(jīng)過法拉第旋光鏡(FM)返回，與另一路一起送相位調(diào)控裝置，對相位延遲及波動進(jìn)行調(diào)控補(bǔ)償，從而直接輸出穩(wěn)相后的射頻信號。其特點(diǎn)是穩(wěn)相精度不受測量系統(tǒng)的精度限制、無需在發(fā)送端進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償直接在遠(yuǎn)端進(jìn)行補(bǔ)償輸出，適合長距離、多個遠(yuǎn)端站級聯(lián)應(yīng)用，符合實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用情境。
[0012]結(jié)合圖1，本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，包括中心站和遠(yuǎn)端站，其中中心站包括光發(fā)送模塊I和FM旋光鏡2,遠(yuǎn)端站包括光分路器3、光收模塊I 5、放大器
I7、濾波器I S倍頻器9、濾波器II 12、混頻器13、光環(huán)型器4、光收模塊I! 6、放大器II 10、濾波器III 11和分頻器14 ;中心站中，光發(fā)送模塊I輸入端通過射頻電纜輸入RF信號、輸出端通過光纖連接器接光纖I ,FM旋光鏡2通過光纖連接器連接光纖II ;遠(yuǎn)端站中，光分路器3的輸入端與光纖I連接，光環(huán)型器4與光纖II相連；光分路器3的輸出端分別接入光收模塊I 5和光環(huán)型器4:其中光收模塊I 5與放大器I 7、濾波器I 8、倍頻器9、濾波器II 12順次連接后接入混頻器13的一個輸入端，光環(huán)型器4與光收模塊II 6、放大器II 10、濾波器III 11順次連接后接入混頻器13的另一個輸入端；混頻器13的輸出端接入分頻器14。
[0013]上述中心站和遠(yuǎn)站之間通過光纖連接，光纖受環(huán)境溫度、壓力等影響引起傳輸射頻信號相位的變化由相位調(diào)控裝置實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。該相位調(diào)控裝置適用于單根光纖、雙波長傳輸，也適用于雙光纖、單波長傳輸，對于雙光纖傳輸，射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控方法通過將攜帶相位信息的RF信號和其三倍頻信號進(jìn)行混頻實(shí)現(xiàn)，具體步驟如下:
射頻信號即RF信號輸入到中心站的光發(fā)送模塊1，光發(fā)送模塊I完成RF信號對DFB激光器的直接調(diào)制，調(diào)制后的光信號通過光纖連接器輸入光纖I中；遠(yuǎn)端站的光分路器3將光纖I傳輸過來的光信號分成二路:一路輸入至光收模I 5轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器I 7放大后，送濾波器I 8濾除不需要的信號，再送入倍頻器9獲得3倍頻信號，經(jīng)濾波器II 12濾波后輸入混頻器13的一個輸入端口 ；另一路經(jīng)光環(huán)型器4送輸入光纖II反射傳輸,經(jīng)中心站的FM旋光鏡2反射后傳回光環(huán)型器4,由光收模塊Π 6接收轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)放大器Π 10放大后，送濾波器III 11濾除不需要的信號，最后輸入混頻器13的另一輸入端口 ；二路信號在混頻器13中混頻并經(jīng)分頻器14輸出經(jīng)過相位調(diào)控的RF信號。
[0014]實(shí)施例1
本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，由常用的光纖通信器件和電子元器件構(gòu)成:
中心站中光發(fā)送模塊I采用寬帶高速直接調(diào)制DFB激光器；FM旋光鏡2采用法拉第旋光鏡;
遠(yuǎn)端站中光分路器3采用1X2的光纖耦合器；光環(huán)型器4采用三端口的光纖環(huán)型器；光收模塊I 5和光收模塊II 6均采用PIN+TIA光收組件，完成光電變換；放大器I 7和放大器
II10均采用中心頻率為對應(yīng)RF頻率的電放大器；濾波器I 8和濾波器III 11均采用中心頻率為對應(yīng)RF頻率的窄帶通電濾波器；倍頻器9將接收的信號進(jìn)行三次倍頻；濾波器II 12采用中心頻率為對應(yīng)RF頻率3倍的窄帶通電濾波器；混頻器13將攜帶了相位信息的RF信號及其三倍頻信號進(jìn)行混頻運(yùn)算。
[0015]綜上所述，本發(fā)明射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置由常用的光纖通信器件和電子元器件構(gòu)成，通過相位補(bǔ)償穩(wěn)定相位，無需中心站預(yù)補(bǔ)償，降低了對相位波動精確測量的要求，并且穩(wěn)相精度不受測量系統(tǒng)的影響；整個系統(tǒng)符合實(shí)際應(yīng)用情境，實(shí)現(xiàn)射頻信號在中心站和遠(yuǎn)端站或一個中心站和多個遠(yuǎn)端站之間長距離穩(wěn)相傳輸，從而拓寬了射頻信號光纖傳輸?shù)膽?yīng)用領(lǐng)域，加快了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，其特征在于，包括中心站和遠(yuǎn)端站，其中中心站包括光發(fā)送模塊(I)和FM旋光鏡(2),遠(yuǎn)端站包括光分路器(3)、光收模塊I(5)、放大器I〔7)、濾波器】〔8)、倍頻器(9)、濾波器Π (12)、混頻器(13)、光環(huán)型器(4)、光收模塊Π (6)、放大器II (10)、濾波器ΠΙ (11)和分頻器(14)； 中心站中，光發(fā)送模塊(I)輸入端通過射頻電纜輸入RF信號、輸出端通過光纖連接器接光纖I，F(xiàn)M旋光鏡(2)通過光纖連接器連接光纖Π ； 遠(yuǎn)端站中，光分路器(3)的輸入端與光纖I連接，光環(huán)型器(4)與光纖Π相連;光分路器(3)的輸出端分別接入光收模塊I (5)和光環(huán)型器(4):其中光收模塊I (5)與放大器I (7)、濾波器I〔S)、倍頻器(9)、濾波器Π (12)順次連接后接入混頻器(13)的一個輸入端，光環(huán)型器(4)與光收模塊II (6)、放大器Π (10)、濾波器ΠΙ (11)順次連接后接入混頻器(13)的另一個輸入端；混頻器(13)的輸出端接入分頻器(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，其特征在于，中心站中光發(fā)送模塊(I)采用寬帶高速直接調(diào)制DFB激光器；FM旋光鏡(2)采用法拉第旋光鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控裝置，其特征在于，遠(yuǎn)端站中光分路器(3)采用1X2的光纖耦合器；光環(huán)型器(4)采用三端口的光纖環(huán)型器；光收模塊I (9)和光收模塊 Π (6)均采用PIN+TIA光收組件；放大器I (7)和放大器Π (10)均采用中心頻率為對應(yīng)RF頻率的電放大器；濾波器I (S )和濾波器IH (11)均采用中心頻率為對應(yīng)RF頻率的窄帶通電濾波器；濾波器II (12)采用中心頻率為對應(yīng)RF頻率3倍的窄帶通電濾波器。
4.一種射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控方法，其特征在于，將攜帶相位信息的RF信號和其三倍頻信號進(jìn)行混頻，具體為: RF信號輸入到中心站的光發(fā)送模塊(1)，光發(fā)送模塊(I)完成RF信號對DFB激光器的直接調(diào)制，調(diào)制后的光信號通過光纖連接器輸入光纖I中；遠(yuǎn)端站的光分路器(3)將光纖I傳輸過來的光信號分成二路:一路輸入至光收模I (5)轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大器I C7)放大后，送濾波器I (8)濾除不需要的信號，再送入倍頻器(9)獲得3倍頻信號，經(jīng)濾波器Π (12)濾波后輸入混頻器(13)的一個輸入端口 ；另一路經(jīng)光環(huán)型器(4)送輸入光纖Π反向傳輸,經(jīng)中心站的FM旋光鏡(2)反射后傳回光環(huán)型器(4),由光收模塊II (6)接收轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)放大器II (10)放大后，送濾波器III (11)濾除不需要的信號，最后輸入混頻器(13)的另一輸入端口 ；二路信號在混頻器(13)中混頻并經(jīng)分頻器(14)輸出經(jīng)過相位調(diào)控的RF信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的射頻信號光纖穩(wěn)相傳輸?shù)南辔徽{(diào)控方法，其特征在于，光纖I和光纖II為同纜雙光纖傳輸。
【文檔編號】H04B10/2575GK103501199SQ201310462370
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張寶富, 李建華, 周華, 方濤, 趙繼勇 申請人:中國人民解放軍理工大學(xué)