基于被动相位补偿的微波频率传递装置及传递方法制造方法及图纸

一种基于被动相位补偿的微波频率传递装置，包括本地端、传递链路和用户端，本发明专利技术结合光学频率探测微波信号在链路传递中引入的相位噪声以及被动相位补偿方式的优点，避免了高阶谐波对待传微波信号的影响，并可采用单纤双向光放大器对衰减的光信号的放大，实现基于被动相位补偿的微波频率传递，具有系统结构简单、可靠性高的特点。

Microwave frequency transmission device and method based on passive phase compensation

【技术实现步骤摘要】
基于被动相位补偿的微波频率传递装置及传递方法
本专利技术涉及光纤时间与频率传递，特别是一种基于被动相位补偿的微波频率传递装置及传递方法。
技术介绍
时间是七个国际基本单位中测量精度最高的一个,在深空探测、射电天文、基础物理研究、地球物理测量、导航定位、精密计量、大地测量与观测等前沿科学研究以及重大基础设施与工程中，精准的时间频率都发挥着至关重要的作用。近些年，光学频率标准技术的得到了飞速发展，已经成为下一代时间频率基准的有力竞争者。理论上基于光载波的频率传递可获得较高的频率稳定度，但是许多应用需要仍然的微波信号。因此，基于光调制的高精度微波信号传递仍然得到了国内外的高度关注，美国、欧盟和日本等国家都先后开展了相关的研究。目前微波传递主要分为基于主动相位补偿和基于被动相位补偿。其中基于被动相位补偿的微波传递具有响应速度快、可靠性高等特点。而目前已有的采用被动相位补偿的微波传递方法基于双向波分复用或者频率复用。虽然基于波分复用方案可有效地避免后向瑞丽散射带来的影响，但是该方案会导致双向链路的不一致性。此外，基于频分复用的方案可有效地减小双向链路的不一致性，但是由于电光调制器和光电探测器的非线性的影响，无法避免高阶谐波对待传微波信号的影响，并且对链路中光放大器具有较高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的工作不足，提供一种基于被动相位补偿的微波频率传递装置。该装置结合光学频率探测微波信号在链路传递中引入的相位噪声以及被动相位补偿方式的优点，避免了高阶谐波对待传微波信号的影响，并可采用单纤双向光放大器对衰减的光信号的放大，实现了基于被动相位补偿的微波频率传递，具有系统结构简单、可靠性高的特点。本专利技术的技术解决方案如下：一种基于被动相位补偿的微波频率传递装置，其特点在于，包括本地端、传递链路和用户端；所述的本地端由第一微波源、第二微波源、第一微波带通滤波器、第二微波带通滤波器、第三微波带通滤波器、第四微波带通滤波器、第一混频器、第二混频器、第三混频器、第一微波功分器、第二微波功分器、第三微波功分器、第一频率变换器、第二频率变换器、第一光电转换单元、激光器、第一光功分器、第二光功分器、电光调制器、第一环形器和第一声光移频器组成，所述的第一微波源的输出端与所述的第二微波功分器的输入端相连，所述的第二微波功分器的输出端分别和所述的第二频率变换器和所述的第一混频器的输入端相连，所述的第二频率变换器的输出端与所述的第一微波功分器的输入端相连，所述的第一微波功分器的输出端分别与所述的第一混频器和所述的第三微波功分器的第一输入端相连，所述的第一混频器的输出端与所述的第一微波带通滤波器的输入端相连，所述的第一微波带通滤波器的输出端与所述的第二混频器的第一输入端口相连，所述的第二混频器的输出端与所述的第二微波带通滤波器的输入端相连，所述的第二微波带通滤波器的输出端与所述的第一频率变换器输入端相连，所述的第一频率变换器输出端与所述的第三微波功分器的第二输入端相连，所述的激光器与所述的第二光功分器的输入端相连，所述的第二光功分器的输出端分别与所述的电光调制器和所述的第一光功分器的第一输入端相连，所述的电光调制器的输出端与所述的环形器的第一输入端相连，所述的环形器的输出端分别与所述的第一声光调制器的第一端口和所述的第二光功分器的第二输入端口相连，所述的第二光功分器的输出端与所述的第一光电转换单元的输入端相连，所述的第一光电转换单元的输出端分别与所述的第三微波带通滤波器和所述的第四微波带通滤波器的输入端相连，所述的第三微波带通滤波器的输出端与所述的第三混频单元的第一输入端相连，所述的第四微波带通滤波器的输出端与所述的第三混频单元的第二输入端相连；所述的第二微波源的输出端与所述的第一声光移频器的微波输入端口相连，所述的第一声光移频器的第二端口与所述的传递链路的一端相连；所述的第三混频单元输出端与所述的所述的第二混频器第二输入端相连；所述的用户端由第二声光移频器、第三光功分器、第三微波源、第二光电转换单元、第二环形器和第五微波带通滤波器组成，所述的第二声光移频器的光学端口分别与所述的传递链路的另一端和所述第三光功分器的输入端口相连，所述的第二声光移频器的微波端口与所述的第三微波源的输出端口相连，所述的第三光功分器的输出端分别于所述的第二环形器的第一端口、所述的第二光电转换单元的输入端相连，所述的第二环形器的第二端口与第三端口相连，所述的第二光电转换单元的输出端与所述的第五微波带通滤波器的输入端相连，所述的第五微波带通滤波器的输出端提供相位稳定的微波信号。所述的传递链路为光纤链路或自由空间链路，所述的自由空间链路由自由空间光发射模块、接收模块与自由空间链路组成。本专利技术基于被动相位补偿的微波频率传递装置的工作过程如下：待传的第一微波源的输出信号E0＝cos(Ωt)经过所述的第二微波功分器后分成两部分：第一路微波信号经过第二频率转换器进行二分频，分频后的微波信号角频率为Ω/2，另一部分信号与所述的第一路微波信号进行混频，混频后经过第一微波带通滤波器后输出角频率为3Ω/2的微波信号。第一路输出的角频率为Ω/2的微波信号经过所述的第三微波功分器输入到所述的电光调制器的微波输入端口。同时，所述的激光器经过所述的第二光功分器、所述的电光调制器、所述的第一环形器和所述的第一声光调制器的信号可表示为式中，ν为激光器输出光信号的角频率，m为调制指数，Ωl为所述的第一声光移频器的微波驱动频率。当m＜＜1时，E1可表示为式中忽略了信号的幅度和k为调制阶数。E1经过所述的传递链路待传的第一微波源(10)的输出信号E0＝cos(Ωt)经过所述的第二微波功分器后分成两部分：第一路微波信号经过第二频率转换器进行二分频，分频后的微波信号角频率为Ω/2，另一部分信号与所述的第一路微波信号进行混频，混频后经过第一微波带通滤波器后输出角频率为3Ω/2的微波信号。第一路输出的角频率为Ω/2的微波信号经过所述的第三微波功分器输入到所述的电光调制器的微波输入端口。同时，所述的激光器经过所述的第二光功分器、所述的电光调制器、所述的第一环形器和所述的第一声光调制器的信号可表示为式中，ν为激光器输出光信号的角频率，m为调制指数，Ωl为所述的第一声光移频器的微波驱动频率。当m＜＜1时，E1可表示为式中忽略了信号的幅度和k为调制阶数。E1经过所述的传递链路传递到用户端可表示为：式中，Ωr为所述的第二声光移频器的微波驱动频率，τ为传递链路的时延。用户端接收到的经过所述的第三光功分器，一路输入到所述的第二光电转换单元输出微波信号，另一路通过所述的第二环形器经过相同的传递链路返回到本地端，返回的信号可表示为：E3与本地端的参考信号E0在所述的第一光电转换单元拍频，拍频后的信号可表示为采用所述的第三微波带通滤波器与第四微波带通滤波器分别滤出角频率为2(Ωl+Ωr)和的两路微波信号，两路微波信号经过所述的第三混频器后，取出下边带信号：将E5与本地端本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于被动相位补偿的微波频率传递装置，其特征在于，包括本地端(1)、传递链路(2)和用户端(3)；/n所述的本地端(1)由第一微波源(10)、第二微波源(27)、第一微波带通滤波器(11)、第二微波带通滤波器(13)、第三微波带通滤波器(18)、第四微波带通滤波器(19)、第一混频器(12)、第二混频器(16)、第三混频器(17)、第一微波功分器(14)、第二微波功分器(28)、第三微波功分器(30)、第一频率变换器(15)、第二频率变换器(29)、第一光电转换单元(21)、激光器(22)、第一光功分器(20)、第二光功分器(23)、电调制器(24)、第一环形器(25)、第一声光移频器(26)组成，所述的第一微波源(10)的输出端与所述的第二微波功分器(28)的输入端相连，所述的第二微波功分器(28)的输出端分别和所述的第二频率变换器(29)和所述的第一混频器(12)输入端相连，所述的第二频率变换器(29)输出端与所述的第一微波功分器(14)的输入端相连，所述的第一微波功分器(14)的输出端分别与所述的第一混频器(12)和所述的第三微波功分器(30)的第一输入端相连，所述的第一混频器(12)的输出端与所述的第一微波带通滤波器(11)的输入端相连，所述的第一微波带通滤波器(11)的输出端与所述的第二混频器(16)的第一输入端口相连，所述的第二混频器(16)的输出端与所述的第二微波带通滤波器(13)的输入端相连，所述的第二微波带通滤波器(13)的输出端与所述的第一频率变换器(15)输入端相连，所述的第一频率变换器(15)输出端与所述的第三微波功分器(30)的第二输入端相连，所述的激光器(22)与所述的第二光功分器(23)的输入端相连，所述的第二光功分器(23)的输出端分别与所述的电光调制器(24)和所述的第一光功分器(20)的第一输入端相连，所述的电光调制器(24)的输出端与所述的环形器(25)的第一输入端相连，所述的环形器(25)的输出端分别与所述的第一声光移频器(26)的第一端口和所述的第二光功分器(20)第二输入端口相连，所述的第二光功分器(20)输出端与所述的第一光电转换单元(21)的输入端相连，所述的第一光电转换单元(21)的输出端分别与所述的第三微波带通滤波器(18)和所述的第四微波带通滤波器(19)的输入端相连，所述的第三微波带通滤波器(18)的输出端与所述的第三混频单元(17)的第一输入端相连，所述的第四微波带通滤波器(19)的输出端与所述的第三混频单元(17)的第二输入端相连，所述的第三混频单元(17)输出端与所述的所述的第二混频器(16)第二输入端相连；/n所述的第二微波源(27)的输出端与所述的第一声光移频器(26)的微波输入端口相连，所述的第一声光移频器(26)的第二端口与所述的传递链路(2)的一端相连；/n所述的用户端(3)由第二声光移频器(31)、第三光功分器(32)、第三微波源(34)、第二光电转换单元(35)、第二环形器(33)和第五微波带通滤波器(36)组成，所述的第二声光移频器(31)的光学端口分别与所述的传递链路(2)的另一端和所述第三光功分器(32)的输入端口相连，所述的第二声光移频器(32)的微波端口与所述的第三微波源(34)的输出端口相连，所述的第三光功分器(32)输出端分别与所述的第二环形器(33)的第一端口、所述的第二光电转换单元(35)的输入端相连，所述的第二环形器(33)的第二端口与第三端口相连，所述的第二光电转换单元(35)的输出端与所述的第五微波带通滤波器(36)的输入端相连，所述的第五微波带通滤波器(36)的输出端提供相位稳定的微波信号。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于被动相位补偿的微波频率传递装置，其特征在于，包括本地端(1)、传递链路(2)和用户端(3)；
所述的本地端(1)由第一微波源(10)、第二微波源(27)、第一微波带通滤波器(11)、第二微波带通滤波器(13)、第三微波带通滤波器(18)、第四微波带通滤波器(19)、第一混频器(12)、第二混频器(16)、第三混频器(17)、第一微波功分器(14)、第二微波功分器(28)、第三微波功分器(30)、第一频率变换器(15)、第二频率变换器(29)、第一光电转换单元(21)、激光器(22)、第一光功分器(20)、第二光功分器(23)、电调制器(24)、第一环形器(25)、第一声光移频器(26)组成，所述的第一微波源(10)的输出端与所述的第二微波功分器(28)的输入端相连，所述的第二微波功分器(28)的输出端分别和所述的第二频率变换器(29)和所述的第一混频器(12)输入端相连，所述的第二频率变换器(29)输出端与所述的第一微波功分器(14)的输入端相连，所述的第一微波功分器(14)的输出端分别与所述的第一混频器(12)和所述的第三微波功分器(30)的第一输入端相连，所述的第一混频器(12)的输出端与所述的第一微波带通滤波器(11)的输入端相连，所述的第一微波带通滤波器(11)的输出端与所述的第二混频器(16)的第一输入端口相连，所述的第二混频器(16)的输出端与所述的第二微波带通滤波器(13)的输入端相连，所述的第二微波带通滤波器(13)的输出端与所述的第一频率变换器(15)输入端相连，所述的第一频率变换器(15)输出端与所述的第三微波功分器(30)的第二输入端相连，所述的激光器(22)与所述的第二光功分器(23)的输入端相连，所述的第二光功分器(23)的输出端分别与所述的电光调制器(24)和所述的第一光功分器(20)的第一输入端相连，所述的电光调制器(24)的输出端与所述的环形器(25)的第一输入端相连，所述的环形器(25)的输出端分别与所述的第一声光移频器(26)的第一端口和所述的第二光功分器(20)第二输入端口相连，所述的第二光功分器(20)输出端与所述的第一光电转换单元(21)的输入端相连，所述的第一光电转换单元(21)的输出端分别与所述的第三微波带通滤波器(18)和所述的第四微波带通滤波器(19)的输入端相连，所述的第三微波带通滤波器(18)的输出端与所述的第三混频单元(17)的第一输入端相连，所述的第四微波带通滤波器(19)的输出端与所述的第三混频单元(17)的第二输入端相连，所述的第三混频单元(17)输出端与所述的所述的第二混频器(16)第二输入端相连；
所述的第二微波源(27)的输出端与所述的第一声光移频器(26)的微波输入端口相连，所述的第一声光移频器(26)的第二端口与所述的传递链路(2)的一端相连；
所述的用户端(3)由第二声光移频器(31)、第三光功分器(32)、第三微波源(34)、第二光电转换单元(35)、第二环形器(33)和第五微波带通滤波器(36)组成，所述的第二声光移频器(31)的光学端口分别与所述的传递链路(2)的另一端和所述第三光功分器(32)的输入端口相连，所述的第二声光移频器(32)的微波端口与所述的第三微波源(34)的输出端口相连，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡亮，吴龟灵，陈建平，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31