一种射频信号光纤稳相传输方法及系统的制作方法【专利摘要】本发明公开了一种射频信号光纤稳相传输方法。该方法具体为：发送端将需传输射频信号进行光调制后通过光纤向接收端传输；接收端将频率为需传输射频信号频率的一半的本振信号进行光调制后通过所述光纤向发送端传输，发送端将接收到的本振信号的光调制信号通过所述光纤返回至接收端；接收端对光纤中输入的光信号进行解调，得到混合射频信号，然后从混合射频信号中分别提取出与需传输射频信号频率相同的第一信号以及与本振信号频率相同的第二信号；最后，先将第一信号与本振信号进行上变频，之后再将所得到的信号与第二信号进行下变频，最终得到稳相传输射频信号。本发明还公开了一种射频信号光纤稳相传输系统。本发明信号稳相传输质量高且结构简单。【专利说明】一种射频信号光纤稳相传输方法及系统【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种射频信号光纤稳相传输方法及系统，尤其涉及一种基于混频消除法的射频信号光纤稳相传输方法及系统，属于微波光子学【
技术领域：
】。【
背景技术：
】[0002]稳相传输技术在射电天文学、分布式合成孔径雷达、高精度标准时钟分发、粒子加速器以及利用载波相位进行定位和导航的全球导航卫星系统(GNSS)—机多天线接收机等领域中有重要应用。传统地，采用电缆进行射频信号的传输，由于其损耗大、价格昂贵、体积大等缺点，难以用于长距离射频信号的传输。光纤具有传输损耗低、抗电磁干扰、价格低以及带宽大等优点，十分适合射频信号的传输，尤其是长距离的信号传输。然而，由于光纤所处环境的变化，特别是温度的变化，将引起光纤等效长度的变化，光纤中传输的信号经历的延时也随之抖动，导致最终接收到的射频信号相位不稳定。目前，实现高质量射频信号光纤稳相传输的方法主要有以下两类:(1)补偿法，即从在光链路中往返传输的信号中提取出光链路传输延时的实时抖动信息，并据此控制相关器件补偿信号在光纤中的传输延时抖动，从而使传输的射频信号相位趋于稳定。当前报道的用于实现光链路传输延时抖动补偿的器件有可调光/电延时线、光纤拉伸器、波长可调激光器、温控光纤卷以及光电调制器。这种方法的局限性是，当环境(主要是温度)有较大变化时，光链路的等效长度将产生较大的变化使得传输延时抖动较大，而用于实现光链路传输延时抖动补偿的器件的可调节范围是有限的。(2)混频消除法，亦即利用在非常短的一段时间内(认为这段时间内光纤等效长度基本不变)在同一段光纤中往返传输的射频信号经历的传输延时相同，通过将两路带有相同传输相位延迟的信号进行混频使得传输相位延迟抖动得以抵消；或者是通过将带有传输相位延迟的信号与待传输的信号进行混频使得待传输的信号预失真，在满足一定的条件下通过同一链路传输后将得到相位稳定的射频信号。相较而言，基于混频消除法实现射频信号光纤稳相传输没有时延调节范围的限制，并且不需要复杂的传输延时抖动信息实时提取电路以及相应的补偿驱动电路。当前报道的基于混频法的稳相传输技术利用多级(3级以上)混频，需要多个混频器、电放大器、电滤波器以及多个相位同步的微波源，系统操作复杂而且实现成本高，更重要的是，此系统输出为中频信号，并非发送端接收到的原始射频信号(Z.Wu,Y.Dai,F.Yin,K.Xu,J.Li,andJ.Lin,"Stableradiofrequencyphasedeliverybyrapidandendlessposterrorcancellation,〃Opt.Lett.，vol.38，n0.7，pp.1098—1100，2013.)?【
发明内容】[0003]本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种射频信号光纤稳相传输方法及系统，能够以简单经济的方式实现高质量的射频信号稳相传输。[0004]本发明具体采用以下技术方案:—种射频信号光纤稳相传输方法，发送端将需传输射频信号进行光调制后通过光纤向接收端传输；接收端将频率为所述需传输射频信号频率的一半的本振信号进行光调制后通过所述光纤向发送端传输，发送端将接收到的所述本振信号的光调制信号通过所述光纤返回至接收端；接收端对所述光纤中输入的光信号进行解调，得到混合射频信号，然后从所述混合射频信号中分别提取出与需传输射频信号频率相同的第一信号以及与所述本振信号频率相同的第二信号；最后，先将所述第一信号与所述本振信号进行上变频，之后再将所得到的信号与所述第二信号进行下变频，最终得到需传输射频信号。[0005]一种射频信号光纤稳相传输系统，包括通过光纤连接的发送端和接收端，所述发送端包括:第一光电调制模块、光隔离器、光反射镜、三端口光稱合器，第一光电调制模块的光输出端与光隔离器的直通方向输入口连接，三端口光I禹合器的三个端口分别与光反射镜、光隔离器的直通方向输出口、所述光纤的一端连接；所述接收端包括:第一?第四带通滤波器、第一混频器、第二混频器、第二光电调制模块、本振信号源、三端口光环形器、光电探测器、功分器；三端口环形器的第一?第三端口分别与第二光电调制模块的光输出端、所述光纤的另一端、光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与功分器的输入端连接，功分器的两个输出端分别与第一带通滤波器的输入端、第二带通滤波器的输入端连接，第一混频器的两个输入端分别与第一带通滤波器的输出端、本振信号源连接，第一混频器的输出端通过第三带通滤波器与第二混频器的一个输入端连接，第二混频器的另一个输入端、输出端分别与第二带通滤波器的输出端、第四带通滤波器的输入端连接，第二光电调制模块的微波信号输入端与本振信号源连接；所述本振信号源产生的信号频率为需传输射频信号频率的一半，所述第一带通滤波器和第四带通滤波器的通带中心频率与需传输射频信号频率相同，所述第二带通滤波器的通带中心频率为需传输射频信号频率的一半，所述第三带通滤波器通带中心频率为需传输射频信号频率的1.5倍。[0006]一种射频信号光纤稳相传输系统，包括通过光纤连接的发送端和接收端，所述发送端包括:第一光电调制模块、光隔离器、第一三端口光环形器、光放大器、三端口光I禹合器，第一光电调制模块的光输出端与光隔离器的直通方向输入口连接，三端口光I禹合器的三个端口分别与第一三端口光环形器的第二端口、光隔离器的直通方向输出口、所述光纤的一端连接，第一三端口光环形器的第三端口与光放大器的输入端连接，光放大器的输出端与第一三端口光环形器的第一端口连接；所述接收端包括:第一?第四带通滤波器、第一混频器、第二混频器、第二光电调制模块、本振信号源、第二三端口光环形器、光电探测器、功分器；第二三端口环形器的第一?第三端口分别与第二光电调制模块的光输出端、所述光纤的另一端、光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与功分器的输入端连接，功分器的两个输出端分别与第一带通滤波器的输入端、第二带通滤波器的输入端连接，第一混频器的两个输入端分别与第一带通滤波器的输出端、本振信号源连接，第一混频器的输出端通过第三带通滤波器与第二混频器的一个输入端连接，第二混频器的另一个输入端、输出端分别与第二带通滤波器的输出端、第四带通滤波器的输入端连接，第二光电调制模块的微波信号输入端与本振信号源连接；所述本振信号源产生的信号频率为需传输射频信号频率的一半，所述第一带通滤波器和第四带通滤波器的通带中心频率与需传输射频信号频率相同，所述第二带通滤波器的通带中心频率为需传输射频信号频率的一半，所述第三带通滤波器通带中心频率为需传输射频信号频率的1.5倍。[0007]优选地，所述功分器为50:50的功分器。[0008]优选地，所述第一?第四带通滤波器均为窄带带通滤波器。[0009]优选地，第一光电调制模块、第二光电调制模块中的光电调制器均为马赫曾德尔调制器。[0010]相比现有技术，本发明具有以下有益效果:1、本发明仅需将光纤传输的信号与本振信号和经过同一链路往返传输的本振信号先后进行混频，即可消除射频信号在光纤中传输后引入的相位抖动，不需要复杂的传输延时抖动实时信息提取模块及相应的传输延时抖动补偿模块。[0011]2、本发明仅需要一个本振信号源产生本振信号，信号经过传输后仅通过两次混频即可实现射频信号光纤稳相传输，系统损耗低、结构简洁、稳相效果显著。【专利附图】【附图说明】[0012]图1为本发明射频信号光纤稳相传输系统的一个具体实施例的结构示意图；图2为本发明射频信号光纤稳相传输系统的一个具体实施例的结构示意图；图3为从发送端传输到接收端的6GHz射频信号的眼图，其中，(a)为未经过本发明稳相处理的信号(即带通滤波器I的输出)的眼图；(b)为通过本发明稳相处理后的信号(即带通滤波器4的输出)的眼图；图4为从发送端传输到接收端的6GHz射频信号的时间抖动均方根值，图中实线是未经过本发明稳相处理的信号(即带通滤波器I的输出)的时间抖动均方根值，虚线是通过本发明方法处理后的信号(即带通滤波器4的输出)的时间抖动均方根值。【具体实施方式】[0013]下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:本发明的基本思路是:利用接收端产生的本振信号在光纤中往返传输后的传输延时为发送端所传输信号在光纤中单向传输的延时的两倍，而本振信号源产生的射频信号频率为天线接收到的信号频率的一半，所以这两个信号传输后的相位抖动相同，通过混频使得两个信号相位抖动得以抵消，从而得到经过光纤传输后相位稳定的射频信号。具体而言，本发明所采用的方法为:发送端将需传输射频信号进行光调制后通过光纤向接收端传输;接收端将频率为所述需传输射频信号频率的一半的本振信号进行光调制后通过所述光纤向发送端传输，发送端将接收到的所述本振信号的光调制信号通过所述光纤返回至接收端；接收端对所述光纤中输入的光信号进行解调，得到混合射频信号，然后从所述混合射频信号中分别提取出与需传输射频信号频率相同的第一信号以及与所述本振信号频率相同的第二信号；最后，先将所述第一信号与所述本振信号进行上变频，之后再将所得到的信号与所述第二信号进行下变频，最终得到需传输射频信号。[0014]图1显示了本发明射频信号光纤稳相传输系统的一个具体实施例。发送端如图所示，包含光源1、光电调制器1、光隔离器、天线(或者是射频信号生成装置)、光反射镜、光耦合器；光电调制器I的光输入口、电输入口、光输出口分别与光源I的输出口、天线和光隔离器的直通方向输入口连接，光隔离器的直通方向输出口与光I禹合器的端口3连接,光I禹合器的端口2与反射镜相连，而光耦合器的端口I与光纤相连。接收端如图所示，包括本振信号源、光源2、光电调制器2、光电探测器、光环行器、功分器(优选50:50的功分器)、带通滤波器1、带通滤波器2、带通滤波器3、带通滤波器4、混频器1、混频器2;光电调制器2的光输入口、电输入口、光输出口分别与光源2的输出口、本振信号源的输出端和光环行器的端口I相连，光环行器的端口2与光纤相连,光电探测器的光输入端和电输出端分别与光环行器的端口3和功分器的输入端口I连接，功分器的输出端口2与带通滤波器I输入口相连，混频器I的两个输入口分别与本振信号源输出和带通滤波器I的输出口相连，带通滤波器3的输入口与混频器I的输出口相连，带通滤波器2的输入口与功分器的输出端口3相连，混频器2的两个输入口分别与带通滤波器2和带通滤波器3相连，混频器2的输出口与带通滤波器4相连。其中，本振信号源发出的微波信号的频率为天线所接收的射频信号频率的一半，带通滤波器I和带通滤波器4的通带中心频率与天线所接收的射频信号频率相同，带通滤波器2的通带中心频率为天线所接收的射频信号频率的一半，带通滤波器3通带中心频率为需传输射频信号频率的1.5倍。带通滤波器I~4均采用窄带带通滤波器。[0015]上述系统在工作时，本振信号源产生的信号被调制到光载波上后从接收端传到发送端，被反射镜反射后从发送端又传回到接收端，通过带通滤波器2滤出该信号；同时天线接收到的射频信号在发送端被光调制后从发送端传输到接收端，通过带通滤波器I滤出该信号，该信号首先在混频器I中与本振信号源产生的信号进行混频(上变频)，带通滤波器3滤出上转换后的信号，带通滤波器3的输出信号与带通滤波器2的输出信号在混频器2中混频(下变频)，带通滤波器4滤出下转换后的信号，即实现了天线接收到的信号稳相传输到接收端。[0016]假设天线接收到的射频信号为【权利要求】1.一种射频信号光纤稳相传输方法，发送端将需传输射频信号进行光调制后通过光纤向接收端传输；其特征在于，接收端将频率为所述需传输射频信号频率的一半的本振信号进行光调制后通过所述光纤向发送端传输，发送端将接收到的所述本振信号的光调制信号通过所述光纤返回至接收端；接收端对所述光纤中输入的光信号进行解调，得到混合射频信号，然后从所述混合射频信号中分别提取出与需传输射频信号频率相同的第一信号以及与所述本振信号频率相同的第二信号；最后，先将所述第一信号与所述本振信号进行上变频，之后再将所得到的信号与所述第二信号进行下变频，最终得到需传输射频信号。2.一种射频信号光纤稳相传输系统，包括通过光纤连接的发送端和接收端，其特征在于，所述发送端包括:第一光电调制模块、光隔离器、光反射镜、三端口光稱合器，第一光电调制模块的光输出端与光隔离器的直通方向输入口连接，三端口光耦合器的三个端口分别与光反射镜、光隔离器的直通方向输出口、所述光纤的一端连接；所述接收端包括:第一~第四带通滤波器、第一混频器、第二混频器、第二光电调制模块、本振信号源、三端口光环形器、光电探测器、功分器；三端口环形器的第一~第三端口分别与第二光电调制模块的光输出端、所述光纤的另一端、光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与功分器的输入端连接，功分器的两个输出端分别与第一带通滤波器的输入端、第二带通滤波器的输入端连接，第一混频器的两个输入端分别与第一带通滤波器的输出端、本振信号源连接，第一混频器的输出端通过第三带通滤波器与第二混频器的一个输入端连接，第二混频器的另一个输入端、输出端分别与第二带通滤波器的输出端、第四带通滤波器的输入端连接，第二光电调制模块的微波信号输入端与本振信号源连接；所述本振信号源产生的信号频率为需传输射频信号频率的一半，所述第一带通滤波器和第四带通滤波器的通带中心频率与需传输射频信号频率相同，所述第二带通滤波器的通带中心频率为需传输射频信号频率的一半，所述第三带通滤波器通带中心频率为需传输射频信号频率的1.5倍。3.如权利要求2所述·射频信号光纤稳相传输系统,其特征在于,所述功分器为50:50的功分器。4.如权利要求2所述射频信号光纤稳相传输系统，其特征在于，所述第一~第四带通滤波器均为窄带带通滤波器。5.如权利要求2所述射频信号光纤稳相传输系统，其特征在于，第一光电调制模块、第二光电调制模块中的光电调制器均为马赫曾德尔调制器。6.一种射频信号光纤稳相传输系统，包括通过光纤连接的发送端和接收端，其特征在于，所述发送端包括:第一光电调制模块、光隔离器、第一三端口光环形器、光放大器、三端口光I禹合器，第一光电调制模块的光输出端与光隔离器的直通方向输入口连接，三端口光耦合器的三个端口分别与第一三端口光环形器的第二端口、光隔离器的直通方向输出口、所述光纤的一端连接，第一三端口光环形器的第三端口与光放大器的输入端连接，光放大器的输出端与第一三端口光环形器的第一端口连接；所述接收端包括:第一~第四带通滤波器、第一混频器、第二混频器、第二光电调制模块、本振信号源、第二三端口光环形器、光电探测器、功分器；第二三端口环形器的第一~第三端口分别与第二光电调制模块的光输出端、所述光纤的另一端、光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与功分器的输入端连接，功分器的两个输出端分别与第一带通滤波器的输入端、第二带通滤波器的输入端连接，第一混频器的两个输入端分别与第一带通滤波器的输出端、本振信号源连接，第一混频器的输出端通过第三带通滤波器与第二混频器的一个输入端连接，第二混频器的另一个输入端、输出端分别与第二带通滤波器的输出端、第四带通滤波器的输入端连接，第二光电调制模块的微波信号输入端与本振信号源连接；所述本振信号源产生的信号频率为需传输射频信号频率的一半，所述第一带通滤波器和第四带通滤波器的通带中心频率与需传输射频信号频率相同，所述第二带通滤波器的通带中心频率为需传输射频信号频率的一半，所述第三带通滤波器通带中心频率为需传输射频信号频率的1.5倍。7.如权利要求6所述射频信号光纤稳相传输系统，其特征在于，所述光放大器为掺饵光纤放大器。8.如权利要求6所述射频信号光纤稳相传输系统，其特征在于，第一光电调制模块、第二光电调制模块中的光电调制器均为马赫曾德尔调制器。9.如权利要求6所述射频信号光纤稳相传输系统,其特征在于,所述功分器为50:50的功分器。10.如权利要求6所述射频信号光纤稳相传输系统，其特征在于，所述第一~第四带通滤波器均为窄带带通滤波器。【文档编号】H04B10/2575GK103716089SQ201310728277【公开日】2014年4月9日申请日期:2013年12月26日优先权日:2013年12月26日【发明者】张方正,魏娟,潘时龙,宋希希,薛敏,周永刚申请人:南京航空航天大学