一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置。由远端和本地端及光纤三部分组成，远端与本地端之间通过光纤连接。远端接收到的微波信号通过MZM外调制器加载到光载波上，利用三个不同波长的光载波来分别携带经历一次光纤、两次光纤和三次光纤的微波信号，避免了相干瑞利噪声。一个基于电移相器的锁相环用于动态调节经历一次光纤和三次光纤的微波信号之间的相位差为固定值，同时产生控制电压动态补偿光纤传输引入的相位抖动达到稳相传输的效果。本装置工作稳定，在长时间的测量中都有较好的稳相效果。

【技术实现步骤摘要】
一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置
本专利技术涉及无源微波光子链路中稳定传输微波信号相位的装置，具体是一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置。
技术介绍
微波信号的光纤稳相传输自上世纪八十年代起得到广泛研究，最早用于大型设备或实验装置中的时钟信号(射频或微波信号)分发与同步，目前已经应用到深空科学研究、基础物理测量以及多基地雷达技术等多个方面。光纤由于具有低损耗、抗电磁干扰、质轻价优等优点，成为传输时钟信号的理想介质。然而，光纤由于对温度及振动敏感，使得经过光纤传输后的时钟信号存在相位扰动，需要稳相装置对相位扰动进行动态补偿。经过对现有技术文献检索，目前已报到的稳相装置的共同特点是，时钟信号都是在本地端产生并通过光纤传输至远端(定义为有源微波光子链路)，反馈控制器往往位于本地端来实时动态地补偿光纤传输导致的相位扰动。然而在无源定位以及光载无线链路中，往往需要将远端天线接收到的微波信号通过光纤链路传输到本地端(定义为无源微波光子链路)，同时将反馈控制器放在本地端动态补偿光纤传输导致的相位扰动，此时适用于有源微波光子链路中的稳相装置不再可行。我们之前提出了一种用于无源微波光子链路的微波信号稳相传输方案，锁定经历一次光纤和三次光纤的微波信号的相位差来产生控制电压消除相位抖动。缺点在于经历三次光纤的光信号由经历两次光纤的光信号通过布拉格光栅反射而来，使得同波长的光信号在同一根光纤中反向传输导致了相干瑞利噪声，限制了稳相的精度和光纤的长度。
技术实现思路
鉴于现有技术的以上不足，本专利技术的目的是提供一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置，利用三个不同波长的光载波来分别携带经历一次光纤、两次光纤和三次光纤的微波信号，从而消除相干瑞利噪声。利用锁相环来锁定经历一次光纤和三次光纤的微波信号之间的相位差使其为固定值，同时产生控制电压驱动移相器来动态补偿光纤传输引起的相位抖动。本装置工作稳定，在长时间的测量中都有较好的稳相效果。本专利技术的目的是基于如下分析和方案提出和实现的：一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置，其特征在于，稳相装置由远端、光纤5及本地端三部分组成，远端与本地端通过光纤5连接；远端接收到频率为ω的匿名微波信号，通过MZM强度调制器3外调制在光载波上，光载波的中心波长即为激光器1的中心波长λ1，偏振控制器2控制进入MZM强度调制器3的光载波的偏正态；MZM强度调制器3的输出光通过波分复用器4进入光纤5，并经过环形器6的导向、掺铒光纤放大器7的放大以及波分复用器8的波长选择后，通过光电探测器9的光电转换恢复出加载在光载波λ1上的微波信号(一次光纤)；经历一次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器10的带外信号滤除和低噪声电放大器11的信号放大后被分为三等份：第一份送入基于电移相器的锁相环12的A口；第二份通过电移相器13的移相后作为系统输出，电移相器13的移相量受锁相环12产生的控制电压控制；第三份通过MZM强度调制器16加载在激光器14产生的中心波长为λ2的光载波上，偏振控制器15用于控制进入MZM强度调制器16的光载波的偏振态；MZM强度调制器16的输出光通过环形器6进入光纤5，经过波分复用器4的波长选择后通过光电探测器17的光电转换恢复出加载在光载波λ2上的微波信号(二次光纤)；经历二次光纤传输的微波信号经过光电探测器17、电带通滤波器18和低噪声电放大器19后通过MZM强度调制器22加载在由激光器20产生的中心波长为λ3的光载波上，偏振控制器21调节进入MZM强度调制器22的光载波的偏振态；MZM强度调制器22的输出光通过波分复用器4进入光5，并经过环形器6的导向、掺铒光纤放大器7的放大以及波分复用器8的波长选择后，通过光电探测器23的光电转换恢复出加载在光载波λ3上的微波信号(三次光纤)；经历三次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器24和低噪声电放大器25后进入锁相环12的B口。这样，远端天线接收到角频率为ω的微波信号，可表示为：Eremote(t)＝Acos(ωt)。通过MZM强度调制器3外调在光载波上，光载波的中心波长即激光器1的中心波长为λ1。MZM强度调制器3的输出光信号经过光纤5传输至本地端，通过光电探测器的光电转换后恢复出加载在光载波上的微波信号(一次光纤)。该微波信号被分为三份：1)经过锁相环12中的移相器后变为Eone-path(t)＝Acos(ωt-φp-θ0+θc(t))，其中φp为一次光纤传输引起的相位抖动，θ0-θc(t)为移相器引入的相移量；2)通过相移量为θ0+θc(t)的移相器后作为系统输出，系统输出信号表达式为Eoutput(t)＝Acos(ωt-φp-θ0-θc(t))；3)调制在另一个中心波长为λ2的光载波上回传至远端(二次光纤)，在远端通过光电光转换后，调制在中心波长为λ3的光载波上再传送至本地端(三次光纤)。在本地端通过光电转换恢复出经历三次光纤的微波信号，经过锁相环12中的移相器后变为Etriple-path(t)＝Acos(ωt-3φp-θ0-θc(t))。锁相环12中的比例积分控制器104用于对Eone-path(t)及Etriple-path(t)之间的相位差比例积分，并产生相应的控制电压控制移相器的移相量θc(t)。当Eone-path(t)与Etriple-path(t)之间的相位差为零时，比例积分器输出达到稳态，锁相环达到锁定状态。此时有cos(2φp+2θc(t))＝0，即则最终输出信号的表达式为Eoutput(t)＝Acos(ωt-φp+π/4)，其相位为常数，光纤传输引入的相位抖动被消除。附图说明：图1为本专利技术的稳相装置结构图；图2为基于电移相器的锁相环12内部结构图；图3为光纤长度为25km和40km时的稳相效果；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。图1为本专利技术的稳相装置结构图，如图所示，稳相装置由远端、光纤5及本地端三部分组成，远端与本地端通过光纤5连接。远端接收到频率为ω的匿名微波信号，通过MZM强度调制器3外调制在光载波上，光载波的中心波长即为激光器1的中心波长λ1，偏振控制器2控制进入MZM强度调制器3的光载波的偏正态。MZM强度调制器3的输出光通过波分复用器4进入光纤5，并经过环形器6的导向、掺铒光纤放大器7的放大以及波分复用器8的波长选择后，通过光电探测器9的光电转换恢复出加载在光载波λ1上的微波信号(一次光纤)。经历一次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器10的带外信号滤除和低噪声电放大器11的信号放大后被分为三等份。第一份送入基于电移相器的锁相环12的A口，第二份通过电移相器13的移相后作为系统输出，电移相器13的移相量受锁相环12产生的控制电压控制。第三份通过MZM强度调制器16加载在激光器14产生的中心波长为λ2的光载波上，偏正控制器15用于控制进入MZM强度调制器16的光载波的偏振态。MZM强度调制器16的输出光通过环形器6进入光纤5，经过波分复用器4的波长选择后通过光电探测器17的光电转换恢复出加载在光载波λ2上的微波信号(二次光纤)。经历二次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器18和低噪声电放大器19后通过MZM强度调制器22加载在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置，其特征在于，稳相装置由远端、光纤(5)及本地端三部分组成，远端与本地端通过光纤(5)连接；远端接收到频率为ω的匿名微波信号，通过第一MZM强度调制器(3)外调制在光载波上，光载波的中心波长即为激光器1的中心波长λ1，第一偏振控制器(2)控制进入第一MZM强度调制器(3)的光载波的偏正态；第一MZM强度调制器(3)的输出光通过第一波分复用器(4)进入光纤(5)，并经过环形器(6)的导向、掺铒光纤放大器(7)的放大以及第二波分复用器(8)的波长选择后，通过光电探测器(9)的光电转换恢复出加载在光载波λ1上的微波信号(一次光纤)；经历一次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器(10)的带外信号滤除和低噪声电放大器(11)的信号放大后被分为三等份：第一份送入基于电移相器的锁相环(12)的A口；第二份通过电移相器(13)的移相后作为系统输出，电移相器(13)的移相量受锁相环(12)产生的控制电压控制；第三份通过第二MZM强度调制器(16)加载在激光器(14)产生的中心波长为λ2的光载波上，第二偏振控制器(15)用于控制进入MZM强度调制器(16)的光载波的偏振态；第二MZM强度调制器(16)的输出光通过环形器(6)进入光纤(5)，经过第一波分复用器(4)的波长选择后通过光电探测器(17)的光电转换恢复出加载在光载波λ2上的微波信号(二次光纤)；经历二次光纤传输的微波信号经过第二光电探测器(17)、电带通滤波器(18)和低噪声电放大器(19)后通过第三MZM强度调制器(22)加载在由激光器(20)产生的中心波长为λ3的光载波上，第三偏振控制器(21)调节进入第三MZM强度调制器(22)的光载波的偏振态；第三MZM强度调制器(22)的输出光通过第一波分复用器(4)进入光纤(5)，并经过环形器(6)的导向、掺铒光纤放大器(7)的放大以及第二波分复用器(8)的波长选择后，通过光电探测器(23)的光电转换恢复出加载在光载波λ3上的微波信号(三次光纤)；经历三次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器(24)和低噪声电放大器(25)后进入锁相环(12)的B口。...

【技术特征摘要】
1.一种消除相干瑞利噪声的匿名微波信号远距离光纤稳相传输装置，其特征在于，稳相装置由远端、光纤(5)及本地端三部分组成，远端与本地端通过光纤(5)连接；远端接收到频率为ω的匿名微波信号，通过第一MZM强度调制器(3)外调制在光载波上，光载波的中心波长即为激光器1的中心波长λ1，第一偏振控制器(2)控制进入第一MZM强度调制器(3)的光载波的偏振态；第一MZM强度调制器(3)的输出光通过第一波分复用器(4)进入光纤(5)，并经过环形器(6)的导向、掺铒光纤放大器(7)的放大以及第二波分复用器(8)的波长选择后，通过光电探测器(9)的光电转换恢复出加载在光载波λ1上的第一次光纤微波信号；经历第一次光纤传输的微波信号经过电带通滤波器(10)的带外信号滤除和低噪声电放大器(11)的信号放大后被分为三等份：第一份送入基于电移相器的锁相环(12)的A口；第二份通过电移相器(13)的移相后作为系统输出，电移相器(13)的移相量受锁相环(12)产生的控制电压控制；第三份通过第二MZM强度调制器(16)加载在激光器(14)产生的中心波长为λ2的光载波上，第二偏振控制器(15)用于控制进入MZM强度调制器(16)的光载波的偏振态；第二MZM强度调制器(16)的输出光通过环形器(6)进入光纤(5)，经过第一波分复用器(4)的波长选择后通过光电探测器(17)的光电转换恢复出加载在光载波λ2上的第二次光纤微波信号；经历第二次光纤传输的微波信号经过第二光电探测器(17)、电带通滤波器(18)和低噪声电放大器(19)后通过第三MZM强度调制器(22)加载在由激光器(20)产生的中心波长为λ3的光载波上，第三偏振控制器(21)调节进入第三MZM强度调制器(22)的光载波的偏振态；第三MZM强度调制器(22)的输出光通过第一波分复用器(4)进入光纤(5)，并经过环形...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫连山，李宗雷，邵理阳，潘炜，罗斌，邹喜华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51