一种基于RoF的多通道宽温接收装置的制作方法

本实用新型涉及光载无线通信技术领域，具体涉及一种利用波分复用技术实现的基于RoF的多通道宽温接收装置。

背景技术：

光载无线通信(RoF)技术是直接利用光载波传输射频信号，扩大无线通信带宽，与高频微波传输技术相比，具有传输距离长、损耗低、抗电磁干扰等优点，因此广泛应用在高速宽带接入、卫星通信、航空航天等领域。接收装置是RoF通信系统的核心器件，其具有将光信号转换为射频电信号的功能。

目前应用于数字光纤通信系统的数字接收机，不满足RoF模拟通信中保副保相的要求。而传统的多通道模拟RoF通信系统，是利用多射频载波承载各路信号，再调制到单一光载波进行传输的通信方式。这种传输方式会在光电变换过程中引入交调干扰，影响信号质量。

在多通道模拟RoF通信系统中，主要是利用多路电载波进行并行传输，因此在接收装置中集成有多路射频滤波系统。该传输方式以及接收装置与波分复用多路RoF系统不匹配，后者需要在光域实现光载波分离，并进行多路并行处理。利用多个单路RoF接收装置拼接的多通道射频通信系统，除了需要额外增加光学解复用器外，还将引入独立器件互连导致的射频信号幅度和相位随机性噪声问题，器件体积和能耗方面不能满足RoF系统的要求。同时，为满足航空航天、雷达、战机等特种环镜的应用，多通道RoF接收装置必须能够在宽温度环境变化下保持稳定的工作状态，这需要对该装置进行额外的温度控制。

为此我们提出了基于波分复用技术的RoF多通道传输方案，该方案为每路射频信号提供单一光载波，有效避免了交调干扰，提升了射频传输质量。而针对该方案的接收装置无法直接使用传统RoF接收机，必须提出面向波分复用多通道RoF传输技术的新型接收装置。

波分复用技术是将携带有大量信息的不同波长光载波信号在发射端汇合，并在一根光纤中进行传输的一种通信方式，该技术极大提升了光纤传输容量，广泛应用于目前的光纤通信网络。而光纤通信主要采用数字通信方式，在接收端使用数字接收机，其集成地具有限幅放大功能的放大器将破坏原始射频信号的幅度对应关系，不满足RoF系统对保副保相特性的要求。因此必须针对波分复用技术在模拟通信系统中的应用，提出新型接收装置。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：现有的利用多个单路RoF接收装置拼接的多通道射频通信系统，存在独立器件互连导致的射频信号幅度和相位随机噪声问题，且器件体积和能耗方面无法满足RoF系统的要求。现提供一种基于RoF的多通道宽温接收装置，采用集成在一个芯片的多通道探测解复用模块，通过温度控制模块控制多通道探测解复用模块的温度，解决传统多路模拟RoF接收过程中射频载波分离引入的技术不匹配和多个单路RoF接收装置拼接引入的射频信号幅度和相位随机性噪声问题。

本实用新型的通过下述技术方案实现：

一种基于RoF的多通道宽温接收装置，包括多通道探测解复用模块和射频输出模块，多通道探测解复用模块由集成在同一芯片上的一个波分解复用器和多个光电探测器组成，波分解复用器包括一个输入端口和多个输出端口，光载波分离后的RoF光信号由光电探测器的输入端口注入，射频信号从光电探测器的射频接口输出至射频输出模块。

传统多通道RoF通信系统，主要是利用多路电载波进行并行传输，因此在接收装置中集成有多路射频滤波系统。该传输方式以及接收装置与波分复用多路RoF系统不匹配，需要在光域实现光载波分离，并进行多路并行处理。利用多个单路RoF接收装置拼接的多通道射频通信系统，除了需要额外增加的光学解复用器外，还将引入独立器件互连导致的射频信号幅度和相位随机性噪声问题，无法在器件体积和能耗方面满足RoF系统的要求。

本技术方案中采用多通道探测复用模块，多通道探测解复用模块由集成在一个芯片上的波分解复用器和多个光电探测器组成，其中多通道探测解复用模块的部件集成在一个芯片上，芯片具体可以为光子芯片。由于将波分解复用器、光电探测器集成在同一个芯片上，可降低独立器件互连引入的信号幅度和相位随机性噪声问题。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，满足各路光载波信号独立光电探测的需求，所述波分解复用器的输出端口的数量、光电探测器的数量与光载波数量相同，可降低信号间的交调干扰。经波分解复用器将光载波分离后的多路ROF光信号由光电探测器的光学端口注入。其中光电探测器具有线性光电变换，还原射频信号幅度和相位特性的功能，实现保副保相接收，射频信号通过光电探测器的射频接口输出至射频输出模块。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述射频输出模块包括射频接口、与射频接口对应的射频线缆，经光电探测器光电变换后的射频信号通过射频接口、与射频接口对应的射频线缆耦合出基于ROF的多通道宽温接收装置。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述射频接口的数量、射频线缆的数量与射频信号的数量相同。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述接收装置还包括对多通道探测解复用模块温度进行控制的温度控制模块，温度控制模块包括监测多通道探测解复用模块温度的热敏电阻、半导体制冷器，半导体制冷器根据热敏电阻的阻值变化对多通道探测解复用模块的温度进行调节。

为了获得宽温工作特性，温度控制模块对多通道探测复用模块进行精确温度控制，消除温度扰动引起的射频信号幅度和相位变化。为实现对多通道探测解复用模块工作温度状态的精确温度控制，热敏电阻的阻值伴随着芯片的工作过程中产生的热量或环境温度的改变而变化，热敏电阻的阻值增加或降低。通过检测热敏电阻的阻值变化，改变半导体制冷器中电流流向，产生加热或制冷效果，从而控制多通道探测解复用模块的工作温度，获得稳定的光电变换效果。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述热敏电阻设置在芯片的顶部，半导体制冷器安装在芯片的底部。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述光电探测器还连接有光电探测驱动电路，光电探测驱动电路光电探测驱动电路由第一电容C1 100nF、第一电阻R1、第二电容C2 50pF、第二电阻R2组成。其中，第一电容的作用是用于消除偏置电压噪声；第一电阻起到分压效果，使得施加在光电探测器的偏置电压符合器件要求；光电变换后的光电流通过第二电阻转换为光电压输出，并实现阻抗匹配；第二电容用于消除信号中的直流分离，实现交流耦合输出。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述接收装置还包括外壳，外壳上设有光纤输入口、射频输出口、控制引脚、固定脚，波分复用光学信号通过光纤输入口进入接收装置，经多路并行光电转换，提取的射频信号分别从射频输出口独立输出；控制引脚包括为光电探测器提供偏置电压的供电引脚和为热敏电阻、半导体制冷器提供工作电压的温控引脚；固定脚设置在外壳的两侧。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本实用新型采用将多通道探测复用模块的结构波分解复用器、光电探测器集成在一个芯片中，降低了独立器件互连引入的信号幅度和相位随机性噪声问题。

(2)本实用新型采用温度控制模块实时监控多通道探测解复用模块，控制芯片的工作温度，稳定模拟光电变换特性，满足宽温工作要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型利用波分复用技术传输的多路射频信号光谱以及波分解复用器光谱示意图；

图3为光电探测驱动电路的结构示意图；

图4为多通道宽温接收装置的外壳结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示，一种基于ROF的多通道宽温接收装置，包括多通道探测解复用模块、温度控制模块和射频输出模块。

多通道探测解复用模块由集成在同一芯片上的一个波分解复用器和多个光电探测器组成，波分解复用器包括一个输入端口和多个输出端口，光载波分离后的ROF光信号由光电探测器的输入端口注入，射频信号从光电探测器的射频接口输出至射频输出模块。

本实施例利用波分复用技术将多路射频信号分别调制在不同光载波上，并通过光纤进行长距离、低损耗传输后，进入到多通道RoF 接收装置中实现光电变换。上述光波分复用信号(波长为λ1、λ2…λN)通过光纤耦合进入到多通道探测解复用模块中。

首先波分解复用器将光波分复用信号分成多路仅有单一光载波的光信号。其中波分解复用器采用高隔离度的波分解复用器，可降低传输信道间的串扰。

波分解复用器的输出端口的数量、光电探测器的数量与光载波数量相同，信道中心波长应与光载波波长对准，信道宽带大于射频信号速率的两倍。RoF信号光谱和波分解复用器光谱如图2所示。

通过光载波分离后的多路RoF光信号由光电探测器的光学端口注入。在偏置电压的控制下，光电探测器将注入的光信号转换为电信号，注入的RoF光信号功率将按照光电探测器工作特性进行调整，以获得线性转换关系，最大限度的保持射频信号中的幅度和相位信息，满足模拟通信对保副保相的要求。光电变换后的射频信号从光电探测器的射频接口输出。由于对每一路RoF光信号进行了独立的光电变换，避免了多载波解调过程中引入的串扰问题，提高了射频通信质量。

本实施例中多通道解复用模块的光电探测器输出端，多路射频信号分别连接射频线缆和射频接口，将光电变换后的射频信号耦合出接收装置。其中射频接口、射频线缆为射频输出模块的构成部分。为了保证各路信号幅度和相位关系的稳定，射频线缆长度要保持一致。同时为提高耦合效率、降低插入损耗，射频接口应根据射频信号带宽选取相应类型的低插损接口。

本实施例中温度控制模块，主要是对多通道探测解复用模块温度进行温度控制，温度控制模块包括热敏电阻和半导体制冷器。热敏电阻的作用是监控光子集成芯片工作过程中所处的环境温度。影响该环境温度的因素主要有两个：芯片自身产生的热量和外部温度扰动。由于光子芯片所集成的波分解复用器和光电探测器性能均具有温度依赖特性，因此热敏电阻将紧贴在芯片顶部，直接监控芯片温度变化。根据所选取热敏电阻特性，温度扰动将引起热敏电阻阻值的升高或降低。由于需要满足军工级的环境温度要求，因此热敏电阻必须在宽温中保持线性阻值变化。

通过监控热敏电阻性能改变，半导体制冷器控制部分将提供正向或反向电流，达到制冷和加热效果，对芯片环境温度进行反向补偿。为提升温控效果，半导体制冷器一面将贴敷于光子芯片底部，另一面紧贴在装置外壳上，增加散热效果。

本实施例中光电探测器是在光电探测驱动电路下完成光电变换功能。该驱动电路光电探测驱动电路由第一电容C1 100nF、第一电阻R1、第二电容C2 50pF、第二电阻R2组成，具体电路如图3所示。第一电容C1用于消除工作电压噪声；第一电阻R1起到分压效果，使得施加在光电探测器的偏置电压符合器件要求；光电变换后的光电流通过第二电阻R2转换为光电压，由射频输出口输出，第二电阻R2还起到阻抗匹配的作用；第二电容C2用于消除信号中的直流分离，实现交流耦合输出。

在本实施例中接收装置的外壳上设有其包括光纤输入口、射频输出口和控制引脚。波分复用光学信号通过光纤输入口进入到该接收装置中，进行多路并行光电转换，提取的射频信号分别从射频输出口独立输出。控制引脚包括两个部分：供电引脚和温控引脚。如图4所示，引脚1和2为供电引脚，为光电探测器提供偏置电压；引脚3及其它引脚则为温控引脚，为温控所需的热敏电阻和半导体制冷器器件提供工作电压。为有效固定该接收装置，在装置前后各提供两个固定脚，使其满足一定的振动要求。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。