基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统和传递方法技术方案

一种基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统和传递方法，装置包括本地端、传递链路和用户端，本地端与用户端通过传递链路连接；本发明专利技术采用被动相位噪声补偿方式，通过外差探测的方式将毫米波引入的相位噪声转换到中频信号上处理，经简单地微波分频、微波混频、微波滤波以及光学移频处理，实现稳定的毫米波/太赫兹信号传递。本发明专利技术无需借助于毫米波信号同步的本地参考微波源即可实现传递链路的相位补偿，同时也避免了主动相位补偿装置引入的问题，包括有限的补偿速度、补偿精度。此外，该方案还具有系统结构简单，可靠性高的特点。点。点。

【技术实现步骤摘要】
基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统和传递方法


[0001]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光学毫米波/太赫兹传递系统和传递方法。

技术介绍

[0002]毫米波信号的相位稳定分布在射电天文学和深空网络中均起着至关重要的作用。例如，在阿塔卡马大型毫米波阵列(Atacama Large Millimeter Array)中，其最高接收的频率到达950GHz。为了精确测量，必须将毫米波区域的本地参考信号传输到具有高相位稳定性的远程天线上使用。相比于传统的基于卫星的频率传递，基于光纤或者自由空间链路毫米波传输技术被多次证明是突破现有技术限制、实现长距离传递的一种有效解决方案。其中，光纤具有低损耗、大带宽、高可靠、抗电磁干扰能力强、受外界扰动小等优点。因此，基于光纤或者自由空间链路的毫米波传递技术引起了国内外的广泛关注。
[0003]2014年上海交通大学提出了一种基于压控器补偿的光纤毫米波传递方案，该方案采用外差探测的方式，将毫米波引入的相位噪声转到射频信号上处理。此外，压控振荡器作为补偿单元，使得该方案具备传递长距离的潜力。[参见Sun,Dongning,et al."Distribution of high
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stability 100.04GHz millimeter wave signal over 60km optical fiber with fast phase
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error
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correcting capability."Optics letters 39.10(2014):2849
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2852]。然而，该方案需要复杂的电路来实时驱动补偿装置进行相位校正，这不仅增加了系统的复杂度，同时也使得系统的响应速度和补偿范围受限于补偿装置。2016年暨南大学提出了一种基于被动相位补偿的光纤毫米波传递方案，该方案利用四波混频在光域上实现混频取共轭的处理，有效地解决了混频器电带宽的不足。同时采用被动补偿使得该方案结构简单，补偿范围无限。[参见Guo,Xiaojie,et al."Optical parametric mixer
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based passive phase correction for stable transfer of millimeter waves."Optics letters 41.19(2016):4574
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4577.]。然而，该方案需要借助额外的辅助光源实现光域上的混频，这大大增加了系统的成本。同时为了避免光纤中非线性引入的串扰，使得该方案对光滤波有着较高的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术以及工作的不足，提供一种基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统和传递方法。本专利技术通过双外差检测的方式将毫米波引入的相位噪声转换到中频信号上处理，经简单地微波分频、微波混频、微波滤波以及光学移频处理，实现稳定的毫米波/太赫兹信号传递。本专利技术无需借助本地参考源与毫米波信号同步即可实现传递链路的相位补偿，同时也避免了环路补偿的一些技术问题，例如有限的补偿速度和补偿范围。此外，该方案还具有系统结构简单，可靠性高的特点。
[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一种基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统，其特点在于，包括本地端、传递链路和用户端：
[0007]所述的本地端由光隔离器单元、第一光耦合器、第一法拉第旋转镜、第二光耦合器、第一光滤波器、第一声光移频器、第一微波功分器、第二光滤波器、第二声光移频器、第一微波源、第二微波功分器、第三微波功分器、第三光耦合器、第四光耦合器、第三光滤波器、第四光滤波器、第一光电转换单元、第二光电转换单元、第一分频单元、第二分频单元、第一混频器、第二混频器、第四微波功分器、第二微波源、第一电滤波器和第二电滤波器组成，所述的光隔离器单元的输入端为待传光载毫米波/太赫兹信号的输入端，所述的光隔离器单元的输出端与所述的第一光耦合器的1端口相连，所述的第一光耦合器的2、3、4端口分别与所述的第一法拉第旋转镜、所述的第二光耦合器的1端口、所述的第四光耦合器的1端口相连，所述的第二光耦合器的2、3端口分别与所述的第一光滤波器的输入端、第二光滤波器的输入端相连，所述的第一声光移频器的1、2、3端口分别与所述的第一光滤波器的输出端、所述的第一微波功分器的输出端、所述的第三光耦合器的2端口相连，所述的第一微波功分器的第一、第二输入端口分别与所述的第二微波功分器的第一输出端口、所述的第一电滤波器的输出端相连，所述的第二声光移频器的1、2、3端口分别与所述的第二光滤波器的输出端、所述的第三微波功分器的输出端、所述的第三光耦合器的3端口相连，所述的第三微波功分器的第一、第二输入端口分别与所述的第二微波功分器的第二输出端口、所述的第二电滤波器的输出端相连，所述的第二微波功分器的输入端与所述的第一微波源的输出端相连，所述的第三光耦合器的1端口与所述的传递链路的一端相连，所述的第四光耦合器的2、3端口分别与所述的第三光滤波器的输入端、所述的第四光滤波器的输入端相连，所述的第三光滤波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与所述的第一分频单元的输入端相连，所述的第四光滤波器的输出端与所述的第二光电转换单元的输入端相连，所述的第二光电转换单元的输出端与所述的第二分频单元的输入端相连，所述的第一混频器的第一、第二输入端口分别与所述的第一分频器的输出端、所述的第四微波功分器的第一输出端相连，所述的第一混频器的输出端与所述的第一电滤波器的输入端相连，所述的第二混频器的第一、第二输入端口分别与所述的第二分频器的输出端、所述的第四微波功分器的第二输出端相连，所述的第二混频器的输出端与所述的第二电滤波器的输入端相连，所述的第四微波功分器的输入端与所述的第二微波源的输出端相连；
[0008]所述的用户端由第三声光移频器、第三微波源、第五光耦合器、第二法拉第旋转镜、第六光耦合器、第四微波源、第五微波功分器、第一光锁相单元、第二光锁相单元、第七光耦合器、第三光电转换单元、第三电滤波器组成，所述的第三声光移频器的1、2、3端口分别与所述的传递链路的一端、所述的第三微波源的输出端、所述的第五光耦合器的1端口相连，所述的第五光耦合器的2、3端口分别与所述的第二法拉第旋转镜、所述的第六光耦合器的1端口相连，所述的第六光耦合器的2、3端口分别与所述的第一光锁相单元的第一输入端口、所述的第二光锁相单元的第一输入端口相连，所述的第四微波源的输出端与所述的第五微波功分器的输入端相连，所述的第五微波功分器的第一、第二输出端口分别与所述的第一光锁相单元的第二输入端口、所述的第二光锁相单元的第二输入端口相连，所述的第七光耦合器的2、3端口分别与第一光锁相单元的输出端、所述的第二光锁相单元的输出端
相连，所述的第七光耦合器的1端口与所述的第三光电转换单元的输入端相连，所述的第三光电转换单元的输出端与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统，包括本地端(1)、传递链路(2)和用户端(3)；其特征在于，所述的本地端(1)包括光隔离器单元(10)、第一光耦合器(11)、第一法拉第旋转镜(12)、第二光耦合器(13)、第一光滤波器(14)、第一声光移频器(15)、第一微波功分器(16)、第二光滤波器(17)、第二声光移频器(18)、第一微波源(19)、第二微波功分器(20)、第三微波功分器(21)、第三光耦合器(22)、第四光耦合器(23)、第三光滤波器(24)、第四光滤波器(25)、第一光电转换单元(26)、第二光电转换单元(27)、第一分频单元(28)、第二分频单元(29)、第一混频器(30)、第二混频器(31)、第四微波功分器(32)、第二微波源(33)、第一电滤波器(34)和第二电滤波器(35)；所述的用户端(3)包括第三声光移频器(36)、第三微波源(37)、第五光耦合器(38)、第二法拉第旋转镜(39)、第六光耦合器(40)、第四微波源(41)、第五微波功分器(42)、第一光锁相单元(43)、第二光锁相单元(44)、第七光耦合器(45)、第三光电转换单元(46)、第三电滤波器(47)；待传光载毫米波信号E0经依次经光隔离器(10)和第一光耦合器(11)后分为两路，其中一路经第一法拉第旋转镜(12)反射后，返回所述的第一光耦合器(11)作为本地参考光信号E0输入到所述的第四光耦合器(23)；另一路经所述的第二光耦合器(13)再次分为二路，分别经第一光滤波器(14)和第一声光移频器(15)，以及第二光滤波器(17)和第二声光移频器(18)输出，二路信号经所述的第三光耦合器(22)合束后，经所述的传递链路(2)传递到达用户端(3)；在所述的用户端(3)依次经所述的第三声光移频器(36)和所述的第五光耦合器(38)后信号E1被分为两部分，其中一部分经所述的第二法拉第旋转镜(39)反射后，经所述的传递链路(2)传递到本地端(1)，再次经第三光耦合器(22)分束后，沿原路返回，经所述的第二光耦合器(13)合束后，经第一光耦合器(11)的3端口输入，4端口输出后，与本地参考光一起输入所述的第四光耦合器(23)，经第四光耦合器(23)再次分为二路，一路依次经所述的第三光滤波器(24)、第一光电转换单元(26)和所述的第一分频单元(28)后进入所述的第一混频器(30)，另一路依次经所述的第四光滤波器(25)、第二光电转换单元(27)和所述的第二分频单元(29)后进入所述的第二混频器(31)，所述的第一混频器(30)和第二混频器(31)的另一端口均与所述的第二微波源(33)相连，第一、第二混频器输出的信号分别经所述的第一电滤波器(34)以及第二电滤波器(35)取下边带后，前者获得的射频信号E5携带有链路相位噪声的共轭相，将其输入到所述的第一声光移频器(15)，后者获得的射频信号E6同样携带有链路相位噪声的共轭相，将其输入到所述的第二声光移频器(18)；将所述第一声光移频器(15)和第二声光移频器(18)输出的信号再次经由所述的第三光耦合器(22)合束后，经所述的传递链路(2)传递到用户端(3)，在所述的用户端(3)，经过所述的第三声光移频器(36)、第五光耦合器(38)及第六光耦合器(40)后被分为两路，分别进入第一光锁相单元(43)和第二光锁相单元(44)，所述的第四微波源(41)输出射频信号经第五微波功分器(42)分为二路分别进入第一光锁相单元(43)和第二光锁相单元(44)，将两束光锁相后的信号分别进入所述的第七光耦合器(45)合束后，经所述的第三光电转换单元(46)以及所述的第三电滤波器(47)滤波后即可得到稳定的毫米波信号。2.根据权利要求1所述的基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递系统，其特征在
于，所述的传递链路(2)为光纤链路或者自由空间链路组成，所述的自由空间链路由自由空间本地端光收发天线、用户端光收发天线与自由空间链路组成。3.利用权利要求1或2所述的基于被动相位补偿的光学毫米波/太赫兹传递...

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