S型往返变频式光纤高精度频率传递系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种S型往返变频式光纤高精度频率传递系统及方法，通过将传递频率f两次前向和一次后向的S型往返传递实现，每次传递方向改变的同时利用变频器件改变传输主频，在远端将两次前向传递的频率信号：f/3频率和f频率混频，其中f频率信号经过了1次光纤链路传递，而f/3频率信号经过了3次光纤链路传递，根据信号频率的比例关系，两频率信号混频能够抵消光纤链路上相位扰动的影响，还原出相位与本地端参考信号同步的微波频率信号。这种S路径变频传递的方法简单易实现，简化了相位补偿结构，且避免了站点中同频的强信号和弱信号之间的干扰，进一步保证了频率传递的质量。

S round-trip frequency conversion optical fiber high precision frequency transmission system and method

The invention discloses a high precision frequency transmission system and method of S type round-trip fiber optical fiber. By transferring the transmission frequency f two times forward and one backward backward and backward transmission, the transmission main frequency is changed with the frequency conversion device at the same time, and the two forward frequency signals are transmitted at the far end: the f/3 frequency and the f frequency at the far end. Rate mixing, in which the f frequency signal passes through 1 fiber links, and the f/3 frequency signal passes through 3 fiber links. According to the proportional relationship of the frequency of the signal, the two frequency signal mixing can reduce the effect of phase disturbance on the fiber chain path, and restore the microwave frequency signal with the phase and the local reference signal. The method of S path transfer is simple and easy to realize, simplifies the phase compensation structure, and avoids the interference between the strong signal and the weak signal in the same frequency of the site, and further guarantees the quality of the frequency transfer.

【技术实现步骤摘要】
S型往返变频式光纤高精度频率传递系统及方法
本专利技术涉及光纤时间频率传递
，特别是涉及一种S型往返变频式光纤高精度频率传递系统及方法。
技术介绍
传递频率标准的方式有很多，传统的频率传递方式主要是自由空间传播，包括短波授时、长波授时、GPS等。光纤频率传递是一种新兴的基于光纤的高精度频率信号传递技术。当加载标准微波频率的光信号沿光纤传递时，光纤受到外界环境(如温度、湿度、应力、震动等)变化的影响会使得光载波传递的时间延迟发生改变，导致标准频率传递稳定度恶化，利用相应技术补偿光纤链路上引入的相位噪声可以在远距离外获得高精度同步信号。但是，现有光纤微波频率传递方案均为在一条光纤链路上往返传递同一信号，在弱信号探测时容易受到本地同频强信号干扰，传输的精度和可靠性较差。光纤传递技术可以在百公里甚至以上距离线路上实现E-19/日量级的频率传递，远远优于目前广泛应用的卫星授时技术，目前E-19/日量级的光纤高精度频率传递技术初步应用于科学研究及工程

技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种S型往返变频式光纤高精度频率传递系统及方法，以解决上述技术问题，使得传输稳定度可以有望达到E-19/日量级，满足下一代频率标准对频率传输精度的需求。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：S型往返变频式光纤高精度频率传递系统，包括本地端、光纤链路和远地端；本地端和远地端通过光纤链路连接；本地端包括本地端激光器、第一电光调制器、第一光环形器、第一光电探测器、第一低噪声放大器、3分频器、2倍频器和功率合路器；本地端激光器的输出端连接第一电光调制器的入光端口；第一电光调制器的出光端口连接第一光环形器的第一端口，第一光环形器的第二端口连接光纤链路的一端；第一光环形器的第三端口连接第一光电探测器的输入端，第一光电探测器的输出端连接第一低噪声放大器的输入端，第一低噪声放大器的输出端连接3分频器的输入端，3分频器的输出端连接2倍频器的输入端，2倍频器的输出端连接功率合路器的S端口；本地参考信号连接功率合路器的第一端口，功率合路器的第二端口连接第一电光调制器的调制端口。进一步的，本地参考信号经功率合路器后输入电光调制器，加载到本地端激光器产生的光载波上，通过第一光环形器耦合进入光纤链路发送至远地端。进一步的，远地端包括远地端激光器、第二光电调制器、第二光环形器、第二光电探测器、第一功率分配器、第一滤波器、第二滤波器、第二低噪声放大器、第三低噪声放大器、第二功率分配器、2分频器和混频器；远地端激光器的输出端连接第二光电调制器的入光端口，第二光电调制器的出光端口连接第二光环形器的第一端口；第二光环形器的第二端口连接光纤链路的另一端；第二光环形器的第三端口连接第二光电探测器的输入端，第二光电探测器的输出端连接第一功率分配器的输入端，第一功率分配器的输出分成两路：第一输出端和第二输出端；第一输出端连接第一滤波器的输入端，第一滤波器的输出端连接第二低噪声放大器的输入端，第二低噪声放大器的输出端连接混频器的第一输入端，混频器的输出端输出远端信号；第一输出端连接第二滤波器的输入端，第二滤波器的输出端连接第三低噪声放大器的输入端，第三低噪声放大器的输出端连接第二功率分配器的输入端；第二功率分配器的第一输出端连接混频器的第二输入端；第二功率分配器的第二输出端连接2分频器的输入端；2分频器的输出端连接电光调制器的调制端口。进一步的，本地端所发送信号f在远地端中经第二光环形器耦合后，由第二光电探测器接收，再经第一功率分配器分成两路：第一功率分配器的一路输出由第二滤波器滤除杂波，纯净的信号f经第三低噪声放大器输入第二功率分配器，第二功率分配器的输出分成两路，第二功率分配器的一路输出经2分频器得到f/2频率信号通过第二电光调制器调制远地端激光器输出的激光载波，通过第二光环形器回传近地端；远地端f/2回传信号经过本地端第一光环形器被第一光电探测器接收，经第一低噪声放大器功率放大后输入3分频器和2倍频器得到f/3频率信号，输入功率合路器经第一电光调制器调制本地激光器输出光载波信号再次发送至远地端；远地端通过第二光环形器耦合得到本地端传来频率信号f/3，并利用第二光电探测器接收，经过第一功率分配器另一路输出，到达第一滤波器滤除杂波频率成分，再以第二低噪声放大器功率放大后与第二功率分配器另一路输出的f频率信号经过混频器混频，在远地端得到与本地端相位同步的频率信号。S型往返变频式光纤高精度频率传递方法，包括：a)本地参考信号f经功率合路器后输入电光调制器，加载到本地端激光器产生的光载波上，通过第一光环形器耦合进入光纤链路发送至远地端；b)本地端所发送信号f在远地端中经第二光环形器耦合后，由第二光电探测器接收，再经第一功率分配器分成两路：第一功率分配器的一路输出由第二滤波器滤除杂波，纯净的信号f经第三低噪声放大器输入第二功率分配器，第二功率分配器的输出分成两路，第二功率分配器的一路输出经2分频器得到f/2频率信号通过第二电光调制器调制远地端激光器输出的激光载波，通过第二光环形器回传近地端；c)远地端f/2回传信号经过本地端第一光环形器被第一光电探测器接收，经第一低噪声放大器功率放大后输入3分频器和2倍频器得到f/3频率信号，输入功率合路器经第一电光调制器调制本地激光器输出光载波信号再次发送至远地端；d)远地端通过第二光环形器耦合得到本地端传来频率信号f/3，并利用第二光电探测器接收，经过第一功率分配器另一路输出，到达第一滤波器滤除杂波频率成分，再以第二低噪声放大器功率放大后与第二功率分配器另一路输出的f频率信号经过混频器混频，在远地端得到与本地端相位同步的频率信号。本专利技术的频率传递方法通过将传递频率两次前向和一次后向的S型往返传递实现，每次传递方向改变的同时利用变频器件改变传输主频，在远端将两次前向传递的频率信号(f/3频率和f频率)混频，其中f频率信号经过了1次光纤链路传递，而f/3频率信号经过了3次光纤链路传递，根据信号频率的比例关系，两频率信号混频能够抵消光纤链路上相位扰动的影响，还原出相位与本地端参考信号同步的微波频率信号。S型往返变频式光纤高精度频率传递方法，包括：a)将本地端频率信号f调制到激光载波上，通过光环形器耦合到光纤链路传递至远地端；b)远地端通过光环形器耦合得到本地端传来频率信号f，利用光电探测器接收该信号，通过功率分配器分成两路，由对应频率的窄带滤波器得到本地端发出的f频率信号，并利用低噪声放大器对信号功率放大，再用功率分配器分成两路，一路经2分频器得到f/2频率信号调制远地端激光载波，回传近地端，另一路d)中使用；c)本地端接收远地端f/2回传信号，功率放大后经3分频器和2倍频器得到f/3频率信号，以其调制本地激光载波信号再次发送至远地端；d)远地端通过光环形器耦合得到本地端传来频率信号f/3，并利用光电探测器接收，经过滤波去除杂波频率成分，功率放大后与b)中得到的f频率信号混频，即在远地端得到与本地端相位同步的频率信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术利用变频技术实现在光纤链路中S型往返传输的微波频率均不相同，所以能够使用同一波长的激光作为载波，避免由于不同波长传递的方法造成等效光路不对称带来的稳定度指标下降；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
S型往返变频式光纤高精度频率传递系统，其特征在于，包括本地端(1)、光纤链路(2)和远地端(3)；本地端(1)和远地端(3)通过光纤链路(2)连接；本地端包括本地端激光器(4)、第一电光调制器(5)、第一光环形器(6)、第一光电探测器(7)、第一低噪声放大器(8)、3分频器(9)、2倍频器(10)和功率合路器(11)；本地端激光器(4)的输出端连接第一电光调制器(5)的入光端口；第一电光调制器(5)的出光端口连接第一光环形器(6)的第一端口，第一光环形器(6)的第二端口连接光纤链路(2)的一端；第一光环形器(6)的第三端口连接第一光电探测器(7)的输入端，第一光电探测器(7)的输出端连接第一低噪声放大器(8)的输入端，第一低噪声放大器(8)的输出端连接3分频器(9)的输入端，3分频器(9)的输出端连接2倍频器(10)的输入端，2倍频器(10)的输出端连接功率合路器(11)的S端口；本地参考信号连接功率合路器(11)的第一端口，功率合路器(11)的第二端口连接第一电光调制器(5)的调制端口。

【技术特征摘要】
1.S型往返变频式光纤高精度频率传递系统，其特征在于，包括本地端(1)、光纤链路(2)和远地端(3)；本地端(1)和远地端(3)通过光纤链路(2)连接；本地端包括本地端激光器(4)、第一电光调制器(5)、第一光环形器(6)、第一光电探测器(7)、第一低噪声放大器(8)、3分频器(9)、2倍频器(10)和功率合路器(11)；本地端激光器(4)的输出端连接第一电光调制器(5)的入光端口；第一电光调制器(5)的出光端口连接第一光环形器(6)的第一端口，第一光环形器(6)的第二端口连接光纤链路(2)的一端；第一光环形器(6)的第三端口连接第一光电探测器(7)的输入端，第一光电探测器(7)的输出端连接第一低噪声放大器(8)的输入端，第一低噪声放大器(8)的输出端连接3分频器(9)的输入端，3分频器(9)的输出端连接2倍频器(10)的输入端，2倍频器(10)的输出端连接功率合路器(11)的S端口；本地参考信号连接功率合路器(11)的第一端口，功率合路器(11)的第二端口连接第一电光调制器(5)的调制端口。2.根据权利要求1所述的S型往返变频式光纤高精度频率传递系统，其特征在于，本地参考信号经功率合路器(11)后输入电光调制器(5)，加载到本地端激光器(4)产生的光载波上，通过第一光环形器(6)耦合进入光纤链路(2)发送至远地端(3)。3.根据权利要求1所述的S型往返变频式光纤高精度频率传递系统，其特征在于，远地端(3)包括远地端激光器(12)、第二光电调制器(13)、第二光环形器(14)、第二光电探测器(15)、第一功率分配器(16)、第一滤波器(17)、第二滤波器(18)、第二低噪声放大器(19)、第三低噪声放大器(20)、第二功率分配器(21)、2分频器(22)和混频器(23)；远地端激光器(12)的输出端连接第二光电调制器(13)的入光端口，第二光电调制器(13)的出光端口连接第二光环形器(14)的第一端口；第二光环形器(14)的第二端口连接光纤链路(2)的另一端；第二光环形器(14)的第三端口连接第二光电探测器(15)的输入端，第二光电探测器(15)的输出端连接第一功率分配器(16)的输入端，第一功率分配器(16)的输出分成两路：第一输出端和第二输出端；第一输出端连接第一滤波器(17)的输入端，第一滤波器(17)的输出端连接第二低噪声放大器(19)的输入端，第二低噪声放大器(19)的输出端连接混频器(23)的第一输入端，混频器(23)的输出端输出远端信号；第一输出端连接第二滤波器(18)的输入端，第二滤波器(18)的输出端连接第三低噪声放大器(20)的输入端，第三低噪声放大器(20)的输出端连接第二功率分配器(21)的输入端；第二功率分配器(21)的第一输出端连接混频器(23)的第二输入端；第二功率分配器(21)的第二输出端连接2分频器(22)的输入端；2分频器(22)的输出端连接电光调制器(13)的调制端口。4.根据权利要求3所述的S型往返变频式光纤高精度频率传递系统，其特征在于，本地端(1)所发送信号f在远地端(3)中经第二光环形器(14)耦合后，由第二光电探测器(15)接收，再经第一功率分配器(16)分成两路：第一功率分配器(16)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜海峰，赵文宇，赵粹臣，闫露露，张首刚，
申请(专利权)人：中国科学院国家授时中心，
类型：发明
国别省市：陕西,61