一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置及方法制造方法及图纸

技术编号:17783786 阅读:68 留言:0更新日期:2018-04-22 14:55
本发明专利技术提供一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置及方法,涉及一种单边带频谱产生装置及方法。本发明专利技术装置包括窄线宽的激光源、电光调制器、光谱测量系统、任意波形发生器以及射频信号放大器;本发明专利技术方法包括:步骤一、将窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中;步骤二、基于光谱分析反向计算得到多频调制电信号波形,设定任意波形发生器产生相应的多频调制电信号;步骤三、所述调制电信号先经过射频信号放大器进行放大,然后传送到电光调制器;步骤四、将调制后形成的光信号输出到光谱测量系统中进行光谱结构分析。本发明专利技术解决了现有技术信号的能量转换效率不高、结构复杂的问题。本发明专利技术可运用于无线通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置及方法
本专利技术涉及一种单边带频谱产生装置及方法。
技术介绍
随着人们对宽带无线通信需求的日益增长,无线通信不断朝着高频波段拓展。然而由于处理速率的限制,传统的电子技术对于高速微波信号的处理显得有点力不从心。另外,随着频率的提高,微波信号在空气中的传输损耗也增加,无法进行长距离的传输。光子具有巨大的带宽,采用光子技术处理高速的微波信号可以摆脱电子技术处理速率瓶颈的限制,并且具有极强的抗电磁干扰能力。此外,光纤中信号的传输损耗极低,可以借助光纤通信技术来实现微波信号的长距离传输,典型代表是光纤无线电(Radiooverfiber,ROF)。在ROF系统中,由于光纤链路色散的影响,会导致光接收机测得的信号周期性衰落。若将单频载波信号转换成光双边带信号(ODSB),上下边带具有相同的幅度和相位。经光纤色散作用后,上下边带经历不同的延时,会产生一个与色散有关的相移。若此相移为π,在接收端探测时,两个边频分别与载波拍频,产生两个幅度相同、相位相反的射频(RF)信号,二者叠加相互抵消,光探测器输出的RF信号功率为0。相移在0到π之间变化时,总的RF信号产生不同程度的衰落。这种检测信号的周期性衰落将影响光纤通信的效率和可靠性。解决这种RF信号周期性衰落问题,最经济有效的方法是采用光单边带调制技术(OSSB-modulator)。其具体思想是消除经调制后的光波信号在光纤中所受到的色散的影响,使光探测器接收到的信号为一个调制边带与载波的拍频信号,提高频带的利用率,增加传输容量。目前,人们采用多种方法得到OSSB信号,按照其实现原理,可以归结为三类:(1)采用光学滤波器滤除ODSB信号中的一个边带,获得光单边带信号输出;(2)放大ODSB中的一个边带,获得光单边带信号;(3)利用OSSB调制器直接得到光单边带信号。2005年,西班牙Capmany等人利用串联的两组光纤布拉格光栅阵列(FBGA)来产生多波长的OSSB信号。由可调谐的光纤激光器阵列产生多波长的光纤激光,注入到电光调制器中,将每个纵横调制成双边带激光信号,然后利用FBGA滤除其中一个边带,得到多波长的OSSB信号。这种方法在插入损耗、载波抵制效应、带宽等方面都有较好的表现。只要使用高质量、高反射率的FBG滤波器,应用的频率范围可以从毫米波延伸到整个微波带宽范围。2012年,Tang等人使用相位调制器产生ODSB信号,然后利用一个可调光带通滤波器,滤除其中一个边带,得到OSSB信号。并将其运用在光矢量网络分析仪中,实现了较高的分辨率。2016年,澳大利亚的Song等人提出了一种基于绝缘硅片的耦合谐振腔光波导滤波器的单边带调制器,其OSSB信号经过色散元件传输后,光电探测器测得的RF信号的起伏小于2dB。以上这种利用光学滤波器实现单边带调制信号的方法的不足之处是滤波器的使用会固定的损耗掉一部分边带能量,信号的能量转换效率不高。2005年,Y.Shen等人提出了产生11GHz光学单边带调制的ROF系统。使用光纤中的受激布里渊散射效应,使下边带的调制信号被放大,而上边带的调制信号被削弱,从而提高了系统的性能,获得了2dB的信噪比增益。由于光纤中布里渊频移为11GHz左右,使得调制的射频信号频率为11GHz。这种OSSB信号的产生方法实质上是将一个边带上的能量通过光纤受激布里渊散射效应转移到另一个边带上,与利用光学滤波器的方案相比具有更高的效率;但是这种方法是基于非线性光学效应发展起来的,所得单边带调制信号稳定性受到限制。2008年,加拿大的B.Masella等人提出了一种线性单边带Mach-Zehnder电光调制器,这种OSSB使用了一个偏置在正交传输点的双驱动Mach-Zehnder调制器,分别由两个相移为π的RF信号驱动。通过恰当的设计,获得了较好的调制结果。系统中需要用到相移器来控制两RF驱动信号的相移,其结构和操作不够简单。利用多频相位调制技术可以控制边带中各阶调制信号的强度比,目前已用于特殊谱线结构的产生。哈尔滨工业大学吕志伟教授课题组利用多频相位调制技术实现了等幅光谱结构的产生,通过合理的设计调制信号中各频率成分的比值,得到了数十条等幅光谱线输出(专利号:200710144442.3)。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术信号的能量转换效率不高、结构复杂的问题,提供了一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置及方法。本专利技术所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置,包括:窄线宽的激光源、电光调制器、光谱测量系统、任意波形发生器以及射频信号放大器;所述窄线宽的激光源的输出光纤与电光调制器的输入端相连,将所述窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中;所述射频信号放大器的输入端连接任意波形发生器,射频信号放大器的输出端与所述电光调制器相连,所述电光调制器的输出端接入光谱测量系统;任意波形发生器产生多频调制电信号,经过射频信号放大器进行放大,然后传送到电光调制器;电光调制器根据多频调制电信号对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制,输出调制后的光信号到光谱测量系统中。本专利技术所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生方法,通过以下技术方案实现:步骤一、将窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中;步骤二、基于光谱分析反向计算得到多频调制电信号波形,根据计算结果设定任意波形发生器产生相应的多频调制电信号;步骤三、所述多频调制电信号先经过射频信号放大器进行放大,然后传送到电光调制器;电光调制器在经过射频信号放大器放大的多频调制电信号的驱动下对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制,单频信号被调制;步骤四、将调制后形成的光信号输出到光谱测量系统中进行光谱结构分析;原来单频信号载波的单根光谱线分裂成多根光谱线,其中一根光谱线的强度远大于其它谱线的强度,光谱呈现出单边带结构。本专利技术最为突出的特点和显著的有益效果是:本专利技术结构简单,仅使用了一个电光调制器和一个射频驱动器即可实现单边带调制信号输出。能量转换效率高,本专利技术中没有使用光学滤波器,相应的插入损耗有所减少;此外,多频相位调制将ODSB一个边带的信号功率转移到另一个边带上而不是直接滤除,两方面共同导致了本专利技术极高的能量转换效率,仿真实验中边频强度与调制前载波信号强度相比仅下降了0.56dB,能量转换效率达到88%。附图说明图1是本专利技术的基于多频相位调制的单边带频谱产生装置结构示意图;图2是用于实现单边带调制的调制电信号波形图;图3是单频信号调制前后信号光的功率谱图像;1.窄线宽的激光源,2.电光调制器,3.光谱测量系统,4.任意波形发生器,5.射频信号放大器。具体实施方式具体实施方式一:如图1所示,本实施方式给出的一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置,包括窄线宽的激光源1、电光调制器2、光谱测量系统3、任意波形发生器4以及射频信号放大器5;所述窄线宽的激光源1的输出光纤与电光调制器2的输入端的尾纤相连,将所述窄线宽的激光源1输出的单频信号导入到电光调制器2中;所述射频信号放大器5的输入端连接任意波形发生器4,射频信号放大器5的输出端与所述电光调制器2相连,所述电光调制器2的输出端接入光谱测量系统3;任意波形发生器4产生多频调制电信号,经过射频信号放大器5进行放大,本文档来自技高网
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一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置及方法

【技术保护点】
一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置,其特征在于,所述基于多频相位调制的单边带频谱产生装置包括窄线宽的激光源、电光调制器、光谱测量系统、任意波形发生器以及射频信号放大器;所述窄线宽的激光源的输出光纤与电光调制器的输入端相连,将所述窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中;所述射频信号放大器的输入端连接任意波形发生器,射频信号放大器的输出端与所述电光调制器相连,所述电光调制器的输出端接入光谱测量系统;任意波形发生器产生多频调制电信号,经过射频信号放大器进行放大,然后传送到电光调制器;电光调制器根据多频调制电信号对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制,输出调制后的光信号到光谱测量系统中。

【技术特征摘要】
1.一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置,其特征在于,所述基于多频相位调制的单边带频谱产生装置包括窄线宽的激光源、电光调制器、光谱测量系统、任意波形发生器以及射频信号放大器;所述窄线宽的激光源的输出光纤与电光调制器的输入端相连,将所述窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中;所述射频信号放大器的输入端连接任意波形发生器,射频信号放大器的输出端与所述电光调制器相连,所述电光调制器的输出端接入光谱测量系统;任意波形发生器产生多频调制电信号,经过射频信号放大器进行放大,然后传送到电光调制器;电光调制器根据多频调制电信号对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制,输出调制后的光信号到光谱测量系统中。2.根据权利要求1所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置,其特征在于:所述光谱测量系统为光谱分析仪、频谱分析仪或扫描法珀干涉仪。3.根据权利要求1所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生装置,其特征在于:所述窄线宽的激光源由窄线宽半导体激光器提供。4.一种利用权利要求1所述装置产生单边带频谱的方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:步骤一、将窄线宽的激光源输出的单频信号导入到电光调制器中;步骤二、基于光谱分析反向计算得到多频调制电信号波形,根据计算结果设定任意波形发生器产生相应的多频调制电信号;步骤三、所述多频调制电信号先经过射频信号放大器进行放大,然后传送到电光调制器;电光调制器在经过射频信号放大器放大的多频调制电信号的驱动下对进入电光调制器中的单频信号进行相位调制,单频信号被调制;步骤四、将调制后形成的光信号输出到光谱测量系统中进行光谱结构分析;原来单频信号的单根光谱线分裂成多根光谱线,其中一根光谱线的强度远大于其它谱线的强度,光谱呈现出单边带结构。5.根据权利要求4所述一种基于多频相位调制的单边带频谱产生方法,其特征在于,步骤二中计算得到多频调制电信号波形的过程包括:步骤二一、多频调制电信号m(t)的基频为fm,对m(t)作傅里叶级数展开则有:式(1)中γk和φk分别为多频调制电信号中k次谐波的调制指数和初相位,t表示时间;步骤二二、设多频调制电信号波形γk=0、φk=0,多频调制电信号波形即k次谐波的调制指数γk和初相位φk的取值组合;步骤二三、忽略多频调制电信号中的直流分量,即直流分量γ0=0,单频信号被调制后的的时域表达式为:

【专利技术属性】
技术研发人员:朱学华杨会成王正刚王冠凌
申请(专利权)人:安徽工程大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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