基于光延迟测量射频、微波或毫米波信号中的相位噪声的制作方法
【专利说明】基于光延迟测量射频、微波或毫米波信号中的相位噪声
[0001]本申请是申请日为2010年9月23日，名称为“基于光延迟测量射频、微波或毫米波信号中的相位噪声”的中国专利申请201080049101.8的分案。
[0002]优先权声明和相关申请
[0003]本申请文档要求在2009年9月23日提交的、申请号为N0.61/244，959、题为‘‘Multiple optical wavelength delays over fiber for microwave phase noisemeasurement”的美国临时申请以及在2010年5月11日提交的、申请号为N0.61/333，665、题为“Short fiber, small size, low noise floor phase noise test system(PNTS)，，的美国临时申请的优先权。
[0004]为了实现在美国申请的目的，本申请文档作为在2008年11月13日提交的、申请号为 N0.12/270,845、题为“Photonic-based cross-correlat1n homodynedetect1n with low phase noise”的美国申请的部分继续申请，其中，该美国申请进一步要求了在2007年11月13日提交的、申请号为N0.61/002，918、题为“Photonic-basedcross-correlat1n homodyne detect1n with low phase noise，，的美国临时申请的优先权。
[0005]上述引用的申请的公开内容通过引用被合并作为本文档说明书的一部分。
技术领域
[0006]本发明涉及一种用于测量射频(RF)、微波以及毫米波信号中的相位噪声的技术及设备。
【背景技术】
[0007]RF、微波信号或者毫米波信号可以由在各自的频谱范围内操作的振荡器产生。振荡器的输出可以应用于通信及其他应用中。振荡器的振荡频率可以被用作频率参考，因此希望振荡器的噪声很低并可以被正确地测量。描述振荡器特征的测量装置应该具有低噪声。
【发明内容】
[0008]本文档描述了用于基于光子延迟测量RF、微波或毫米波信号中的相位噪声的技术和设备。
[0009]一方面，提供了一种用于测量信号中的相位噪声的设备，包括:输入端口，从待测振荡器接收振荡信号；第一光子信号处理分支电路，处理该振荡信号以产生第一分支输出信号；第二光子信号处理分支电路，处理该振荡信号以产生第二分支输出信号。第一和第二光子信号处理分支电路共享光学模块，该光学模块包括产生第一和第二波长的连续波激光的共享的激光器、调制第一和第二波长的激光以产生载有振荡信号的调制激光的共享的光调制器、从该共享的光调制器接收调制激光的共享的光学延迟器以及波长选择光学设备，该波长选择光学设备将通过该共享的光学延迟器输出的调制激光分路为第一波长的第一调制激光束和第二波长的第二调制激光束，该第一调制激光束由该第一光子信号处理分支电路处理以产生该第一分支输出信号，该第二调制激光束由该第二光子信号处理分支电路处理以产生该第二分支输出信号。该设备包括:电路，接收该第一和第二分支输出信号以测量接收到的振荡信号中的噪声以及控制该第一和第二光子信号处理分支电路和接收到的振荡信号中的噪声的测量。
[0010]另一方面，提供了一种用于测量信号中的相位噪声的设备，包括:输入端口，从待测振荡器接收振荡信号；光子信号处理电路，处理该振荡信号以产生输出信号；以及电路，接收并处理该输出信号以测量接收到的振荡信号中的噪声，并控制该光子信号处理电路和该接收到的振荡信号中的噪声的测量。光子信号处理电路包括产生第一光学偏振方向的连续波激光的激光器，调制该激光以产生载有该振荡信号且位于该第一光学偏振方向的调制激光的光调制器，在第一端口接收来自该光调制器的沿着第一光学路径且位于第一光学偏振方向的调制激光、以及引导位于第一光学偏振方向的接收到的激光至第二端口且引导在该第二端口接收到的与该第一光学偏振方向互相垂直的第二光学偏振方向的光至第三端口的光子束合成器，与该第二端口親合以从该光子束合成器接收光的光纤延迟线，与该光纤延迟线耦合以通过将光学偏振方向旋转90度以将光反射回该光纤延迟线的法拉第旋光反射镜，耦合以接收来自光子束合成器的该第三端口的光以产生探测器信号的光学探测器，接收副本振荡信号以及改变该副本振荡信号的相位以产生相移振荡器信号的压控移相器，以及将该探测器信号和该相移振荡器信号进行混频以产生该输出信号的信号混频器。
[0011]另一方面，提供了一种用于测量信号中的相位噪声的设备，包括:输入端口，从待测振荡器接收振荡信号；第一激光器，产生位于第一光学偏振方向的第一连续波激光束；第一光调制器，调制该第一激光束以产生载有该振荡信号的第一调制激光；第一光环流器，具有接收该第一光学偏振方向的该第一调制激光的第一端口、输出来自该第一端口的光的第二端口以及输出在该第二端口接收到的光的第三端口 ；第二激光器，在与该第一光学偏振方向互相垂直的第二光学偏振方向产生第二连续波激光束；第二光调制器，调制该第二激光束以产生载有该振荡信号的第二调制激光；以及第二光环流器，具有接收该第二光学偏振方向的第二调制激光的第一端口、输出来自该第一端口的光的第二端口以及输出在该第二端口接收到的光的第三端口。该设备包括光子束合成器，包括第一端口、第二端口和第三端口。第一端口耦合于该第一光环流器的第二端口以接收被引导至该光子束合成器的该第二端口的第一光学偏振方向的第一调制激光。该光子束合成器引导在该第二端口接收到的第二光学偏振方向的光至该第三端口，以及引导在该第二端口接收到的第二光学偏振方向的光至该第一端口，以及该光子束合成器的该第三端口被耦合以接收来自该第二光环流器的该第二端口的位于该第二偏振方向的该第二调制激光束的光。该设备包括:光纤延迟线，親合于该光子束合成器的该第二端口以接收来自该光子束合成器的光以引出第一和第二调制激光束的相位延迟；法拉第旋光反射镜，耦合于该光纤延迟线以通过将光学偏振方向旋转90度以将光反射回光纤延迟线；第一光学探测器，耦合以接收来自该第二光环流器的该第三端口的光以产生第一探测器信号；第二光学探测器，耦合以接收来自该第一光环流器的该第三端口的光以产生第二探测器信号；第一压控移相器，接收副本振荡信号以及改变该副本振荡信号的相位以产生第一相移振荡器信号；第一信号混频器，将该第一探测器信号和该第一相移振荡器信号进行混频以产生第一输出信号；第二压控移相器，接收另一个副本振荡信号以及改变该另一个副本振荡信号的相位以产生第二相移振荡器信号；以及第二信号混频器，将该第二探测器信号与该第二相移振荡器信号进行混频以产生第二输出信号。该设备也包括电路，接收该第一和第二输出信号以测量接收到的振荡信号中的噪声，以及控制该第一和第二压控移相器和该接收到的振荡信号中的噪声的测量。
[0012]又一方面，本文档提供了特征是振荡器的系统的实施。系统包括:输入端口，从待测振荡器接收振荡信号；输入端口信号分路器，将接收到的振荡信号分路为第一振荡信号和第二振荡信号；第一光子信号处理分支电路，处理第一振荡信号以产生第一分支输出信号；第二光子信号处理分支电路，处理第二振荡信号以产生第二分支输出信号；双通道信号分析器，接收第一和第二分支输出信号以测量接收到的振荡信号中的噪声；以及计算机控制器，控制第一和第二光子信号处理分支电路和双通道信号分析器以控制接收到的振荡信号中的噪声的测量。
[0013]在以上系统的一个实施中，第一光子信号处理分支电路包括:第一信号分路器，将第一振荡信号分路为第一分支信号和第二分支信号；第一光子分支，接收第一分支信号和包括产生激光束的激光器，光调制器，响应于第一分支信号调制激光束以产生载有第一分支信号的调制激光束，光学延迟单元，传输调制激光束以产生调制激光束的延迟，以及光探测器，将调制激光束转换为探测器信号；电学分支，接收第二分支信号和包括接收第二分支信号及改变第二分支信号的相位以产生输出信号的压控移相器；以及信号混频器，将探测器信号和输出信号进行混频以产生第一分支输出信号。
[0014]这些和其他方面及相关特征及其实施将在附图、说明书和权利要求书中更详细地描述。
【附图说明】
[0015]图1示出了自动光电互相关零差相位噪声设置的示例来阐述各种技术特征；
[0016]图2、图3及图4示出了基于共享的光调制器及共享的激光器的互相关相位噪声测量设备的示例；以及
[0017]图5、图6A、图6B、图7及图8示出了使用光线的光偏振以及法拉第旋光反射镜以减少光纤延迟线的物理长度的相位噪声的测量设备的示例。
【具体实施方式】
[0018]本申请描述了测量RF、微波或毫米波信号中的相位噪声以及作为基于光子元件的RF、微波或毫米波的频谱范围内的振荡器的特征的技术、设备和系统。
[0019]图1示出了自动光电互相关零差相位噪声设置(setup)的示例来阐述各种技术特征。该示例设置通过用作长延迟线的光纤来实现。然后双零差设置在信号分析器中互相关，以通过平均掉与待测振荡器不相关的噪声来降低每个零差分支的噪声。
[0020]产生高纯电磁信号的RF、微波或毫米波振荡器的相位噪声测量需要低相位噪声测量设置。本技术可以被用于通过使两个测量设置信号互相关来降低单个零差测量设置的背景噪声(noise floor)。来自两个测量设置中的每个测量设置的不相关噪声在信号分析器中被平均掉。互相关的双系统的相位背景噪声可以提高51og(N)(以dB为单位)，其中N表示平均次数。