高隔离度的微波光子环形器的制作方法

本发明涉及一种通信系统收发双工技术，尤其涉及一种高隔离度的微波光子环形器。

背景技术：

收发双工功能是通信系统的重要功能之一，体现在实际应用中时，即要求通信系统既能将大功率的发射信号馈送至天线向外发送、又能将天线接收到的微弱信号耦合进来；为实现前述目的，就需要相应装置在发射大功率信号的同时，能够不受干扰地对微弱信号进行接收，也即要求通信系统具有较好的收发隔离度，如果收发隔离度不够好，发射的信号串入接收通道中，就可能会增加接收信号的误码率，影响整个通信系统的工作性能。

现有技术中，用于实现收发双工功能的装置主要是基于电子技术的微波环形器，这种装置是利用铁氧体旋磁材料制成的，当微波信号通过旋磁材料时，会与旋磁材料中的自旋电子之间有充分的相互作用，在外加偏置磁场的诱导下会出现张量磁导率，从而发生偏振面旋转的现象，产生旋磁效应和各项异性；现有技术条件下制作出的微波环形器的隔离度指标有限，通常在20db左右，并且现有微波环形器很难在较宽的工作带宽条件下获得较高的收发隔离度指标，无法满足工程界对通信系统日益严苛的应用需求。

技术实现要素：

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种高隔离度的微波光子环形器，其创新在于：所述微波光子环形器由激光器、铌酸锂单向相位调制器、三端口微波环形器、阻抗匹配单元、相位解调单元、光电探测器和微波放大器组成；

所述铌酸锂单向相位调制器包括基底、条形波导和行波电极，所述条形波导和行波电极均形成在基底上，条形波导从行波电极上的调制区域穿过；所述行波电极的两个端口分别记为a端口和b端口，其中，a端口和条形波导的输入端均位于基底的左侧，b端口和条形波导的输出端均位于基底的右侧；

所述激光器的输出端与条形波导的输入端连接，条形波导的输出端与相位解调单元的输入端连接；所述a端口形成微波光子环形器的信号收发端，所述b端口与三端口微波环形器的收发复用端连接；

所述相位解调单元的输出端与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与微波放大器的输入端连接，微波放大器的输出端形成微波光子环形器的接收信号输出端；

所述三端口微波环形器的输入端形成微波光子环形器的发射信号输入端，三端口微波环形器的输出端与阻抗匹配单元连接。

具体使用时，微波光子环形器的信号收发端与天线连接，微波光子环形器的发射信号输入端与前置处理装置连接，微波光子环形器的接收信号输出端与后级处理装置连接；本发明的原理是：

装置工作过程中，激光器为铌酸锂单向相位调制器提供连续的光载波，基于现有理论可知，基于铌酸锂晶体的单向相位调制器能够利用铌酸锂晶体的电光效应，通过向行波电极施加微波信号来对光波导中的光信号的相位进行调制，但这种调制作用只有在微波场传输方向与光波导中光波传输方向相同的条件下才能起效，当微波场传输方向与光波导中光波传输方向相反时，微波场与光场的相速度失配严重，这时微波信号就无法对光波进行有效的调制，前述方案中限定了“a端口和条形波导的输入端均位于基底的左侧，b端口和条形波导的输出端均位于基底的右侧”以及“激光器的输出端与条形波导的输入端连接”，再结合铌酸锂单向相位调制器的典型结构可知，在本发明的铌酸锂单向相位调制器中，微波信号只有从a端口进入时，相应的微波场传输方向才与光波传输方向相同，当微波信号从b端口进入时，相应的微波场传输方向与光波传输方向相反，也即是说，只有从a端口进入的微波信号才能在铌酸锂单向相位调制器中对激光器输出的光载波起到调制作用，从b端口进入的微波信号不能在铌酸锂单向相位调制器中对激光器输出的光载波起到有效的调制作用；

工作过程中，当需要向外发送信号时，由前置处理装置生成的发射信号通过发射信号输入端进入微波光子环形器中的三端口微波环形器，三端口微波环形器将发射信号传输至b端口，发射信号经行波电极传输后通过信号收发端(即a端口)输出至天线并向外发送，在此过程中，发射信号不会对光波起到调制作用；接收信号时，天线接收到的微弱信号通过信号收发端(即a端口)进入行波电极，进入到行波电极的微弱信号就会对光载波起到调制作用，从而使条形波导的输出端能够输出调制后的光信号，相位解调单元对条形波导输出的光信号进行解调处理，然后由光电探测器和微波放大器进行光电转换和放大处理，最后传输给后级处理装置进行处理；

本发明中的三端口微波环形器为背景技术中所述的传统微波环形器，其作用是用于连接阻抗匹配单元和b端口以及用于连接b端口和前置处理装置，这种三端口微波环形器的收发隔离度较差，但由于铌酸锂单向相位调制器的单向调制特性，在向外发送信号时，进入三端口微波环形器的发射信号只会串扰到阻抗匹配单元上，不会对光载波造成影响；当接收信号时，接收到的微弱信号会通过三端口微波环形器进入到阻抗匹配单元中，阻抗匹配单元就能根据微弱信号自适应地进行阻抗匹配。

为提高接收链路的线性度，本发明还提出了如下的优选方案：所述相位解调单元由光分路器和两个光滤波器组成；所述光分路器为单输入双输出模式，光分路器的两个输出端的分光比为1比1；条形波导的输出端与光分路器的输入端连接，光分路器的其中一个输出端与第一光滤波器的输入端连接，光分路器的另一个输出端与第二光滤波器的输入端连接；所述两个光滤波器中的一者能对输入的光信号进行正斜率的线性滤波处理，另一者能对输入的光信号进行负斜率的线性滤波处理；所述光电探测器采用双输入单输出的平衡探测器，第一光滤波器的输出端与平衡探测器的其中一个输入端连接，第二光滤波器的输出端与平衡探测器的另一个输入端连接，平衡探测器的输出端与微波放大器的输入端连接。光电探测器采用平衡探测器后，可以较好地抑制输出信号的共模噪声。

优选地，所述光滤波器由多个延时干涉仪级联而成，各个延时干涉仪的分光比各不相同。

本发明的有益技术效果是：提供了一种高隔离度的微波光子环形器，该微波光子环形器可以在较宽的工作带宽条件下获得较高的收发隔离度。

附图说明

图1、本发明及外围装置的连接关系示意图；

图2、相位解调单元的优选实施方案结构示意图；

图中各个标记所对应的名称分别为：激光器1、铌酸锂单向相位调制器2、三端口微波环形器3、阻抗匹配单元4、相位解调单元5、光分路器5-1、光滤波器5-2、光电探测器6、微波放大器7、前置处理装置8、后级处理装置9、天线10、a端口a、b端口b。

具体实施方式

一种高隔离度的微波光子环形器，其创新在于：所述微波光子环形器由激光器1、铌酸锂单向相位调制器2、三端口微波环形器3、阻抗匹配单元4、相位解调单元5、光电探测器6和微波放大器7组成；

所述铌酸锂单向相位调制器2包括基底、条形波导和行波电极，所述条形波导和行波电极均形成在基底上，条形波导从行波电极上的调制区域穿过；所述行波电极的两个端口分别记为a端口和b端口，其中，a端口和条形波导的输入端均位于基底的左侧，b端口和条形波导的输出端均位于基底的右侧；

所述激光器1的输出端与条形波导的输入端连接，条形波导的输出端与相位解调单元5的输入端连接；所述a端口形成微波光子环形器的信号收发端，所述b端口与三端口微波环形器3的收发复用端连接；

所述相位解调单元5的输出端与光电探测器6的输入端连接，光电探测器6的输出端与微波放大器7的输入端连接，微波放大器7的输出端形成微波光子环形器的接收信号输出端；

所述三端口微波环形器3的输入端形成微波光子环形器的发射信号输入端，三端口微波环形器3的输出端与阻抗匹配单元4连接。

进一步地，所述相位解调单元5由光分路器5-1和两个光滤波器5-2组成；所述光分路器5-1为单输入双输出模式，光分路器5-1的两个输出端的分光比为1比1；条形波导的输出端与光分路器5-1的输入端连接，光分路器5-1的其中一个输出端与第一光滤波器5-2的输入端连接，光分路器5-1的另一个输出端与第二光滤波器5-2的输入端连接；所述两个光滤波器5-2中的一者能对输入的光信号进行正斜率的线性滤波处理，另一者能对输入的光信号进行负斜率的线性滤波处理；

所述光电探测器6采用双输入单输出的平衡探测器，第一光滤波器5-2的输出端与平衡探测器的其中一个输入端连接，第二光滤波器5-2的输出端与平衡探测器的另一个输入端连接，平衡探测器的输出端与微波放大器7的输入端连接。

进一步地，所述光滤波器5-2由多个延时干涉仪级联而成，各个延时干涉仪的分光比各不相同。