一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置。由远端和本地端及光纤三部分组成，远端与本地端之间通过光纤连接；本地端由信号接收与回传单元、相位检测单元及电平调节单元三个部分组成：远端由光源1、马赫曾德尔调制器2（MZM2）及布拉格光栅3（FBG3）组成；光纤采用传输高频微波信号的模拟光收发链路。本发明装置提供了一种用于未知微波信号光纤稳相传输的良好解决方案，来自于远端的微波信号通过外调的方式加载到光载波上后通过单模光纤传输至本地端。本发明既可针对单一微波信号的稳相传输，也可以针对多频段微波信号的稳相传输。装置工作稳定，在长时间的测量中都有较好的稳相效果。
【专利说明】一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种、无源电子对抗领域中通过光纤稳相传输微波信号的装置，具体是一种基于本地端锁相环的微波信号远距离稳相光纤传输装置。
【背景技术】
[0002]微波信号的光纤远距离传输由来已久，最早用于本振信号分发及原子时钟分发设计，在该类系统中需要稳相装置来使得分发微波信号与原信号的相位差保持稳定。目前，微波信号的光纤稳相传输已经应用到深空科学研究、基础物理测量以及多基地雷达技术等多个方面。经过对现有技术文献检索，以IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement (2009)中Fujieda M等人发表的文章“日本情报通信研究机构的基于光纤的超稳定频率分发”及光学学报(2012)中常乐等人发表的文章“光纤稳相微波频率传输中相干瑞利噪声的影响和抑制”为代表的众多文章中报道的稳相装置的共同特点是，微波信号都是自身产生并多点分发的。然而在电子对抗领域，特别是随着无源定位为代表的无源电子对抗的兴起及应用，需要将多个雷达天线接收到的相位未知的微波信号长距离光纤稳相传输后集中处理，以往的用于相位已知的微波信号多点分发的光纤稳相传输装置不再可用。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置，利用锁相环使本地接收的信号和远端发送的微波信号相位同步，在电域对微波信号进行相位差检测获得环路控制信号，通过反馈相位差信号驱动控制移相器，对微波信号进行相位改变，补偿传输链路延迟变化导致的微波信号相位扰动，保持本地端接收的信号和远端发送的微波信号的相位同步关系，达到未知微波信号稳相传输的目的。
[0004]本发明的目的是基于如下分析和方案提出和实现的:
[0005]—种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置，由远端和本地端及光纤三部分组成，远端与本地端之间通过光纤连接；本地端由信号接收与回传单元、相位检测单元及电平调节单元三个部分组成:远端由光源1、马赫曾德尔调制器2 (MZM2)及布拉格光栅3(FBG3)组成；光纤采用传输高频微波信号的模拟光收发链路。
[0006]在本发明装置中，假设远端发送的微波信号为:EM(rte(t) = Acos(wt)，则经光纤链路传输至本地端且经过相位检测单元中的移相器移相后，微波信号变为=AcoS(Wf-<pp-θ0-θ)，信号Eltjeal回传至远端再反射回本地端后变为Eretlect(I) = AcOS(Wt - 3φρ - θ? + 0)，其中仏为光纤引入的相位抖动。
[0007]远端接收到的某一频段的未知微波信号，通过MZM2经外调的方式加载在光载波上，光载波的中心波长即为光源I的中心波长λ 10 FBG3的反射波长为λ2, ΜΖΜ2发送出的的加载有微波信号且中心波长为λ I的光信号通过布拉格光栅3 (FBG3)后经过IOkm的光纤4传输至本地端的光环形器5的B端口。从B 口进入光环形器5的光信号从光环形器的5C 口输出后经掺饵光纤放大器6(EDFA6)的放大后到达波分复用器7。波分复用器7的两个光复用/解复用中心波长分别为入1和λ 2，则波长为X1的光信号经过波分复用器7后到达光电探测器9的输入口。光电探测器9解调出加载在光信号上的微波信号后通过功分器10及功分器11分为三等份，其中两份送入相位检测单元，这两份中的一份通过微波移相器103的相位移动后作为整个稳相装置的输出，另一份则作为移相器102的输入信号。
[0008]由于外界环境(如温度、应变、振动等)变化引起光纤传输延迟，所以微波移相器103的输出信号是不稳定的，该输出信号与远端发送的微波信号的相位差会随着时间变化而产生大的波动。为了使该相位差在一个较小的区间内波动(即稳相)，将功分器10输出的另一路微波信号通过ΜΖΜ13加载到光源12产生的中心波长为λ 2的光信号上再经光环形器5的I 口到达B 口，环形器5的B 口与光纤4相连，信号经过FBG3时被反射，再次通过光纤4后到达光环形器的B 口并从C 口输出。经过EDFA6的放大后通过波分复用器7并被光电探测器8解调后恢复出加载在ΜΖΜ13上的微波信号。该微波信号送入相位检测单元并作为移相器101的输入。
[0009]低噪声放大器104、低噪声放大器105、鉴相器106、滤波放大电路107、电平调节单元构成一个锁相环路。通过前面的理论分析可知，移相器101及移相器102的输出信号EltxaI及EMflec;t的相位差为Hvp，当锁相环路达到锁定状态后该值将在零附近一个很小的区间内波动。即意味着该稳相装置的输入信号Erairote与输出信号=的相位差将在Θ ^附近的一个很小的区间内波动，达到稳相的效果。
【专利附图】
【附图说明】:
[0010]图1为稳相装置结构图；
[0011]图2为相位检测单元内部结构图；
[0012]图3为电平调节单元内部结构图；
[0013]图4为稳相效果图；
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作进一步的描述。
[0015]图1为稳相装置结构图，如图所示，稳相装置由远端、光纤4及本地端三部分组成，远端与本地端通过光纤4连接。远端发送的某一频段的未知微波信号，通过ΜΖΜ2经过外调的方式加载在光载波上，光载波的中心波长即为光源I的中心波长λ 10 FBG3的反射波长为λ 2，ΜΖΜ2发送出的加载有微波信号且中心波长为λ i的光信号通过FBG3后经过IOkm的光纤4传输至本地端的光环形器5的B端口。从B 口进入光环形器5的光信号从C 口输出后经EDFA6的放大后到达波分复用器7。波分复用器7的两个光复用/解复用中心波长分别为入1和λ 2，则波长为λ i的光信号经过波分复用器7后到达光电探测器9的输入口。光电探测器9解调出加载在光信号上的微波信号后通过功分器10及功分器11分为三等份，其中信号b、c送入相位检测单元。功分器10输出的另一路微波信号通过MZM13加载到光源12产生的中心波长为λ 2的光信号上再经光环形器5的A 口到达B 口，环形器5的B 口与光纤4相连,信号经过FBG3时被反射,再次通过光纤4后到达光环形器的B 口并从C 口输出。经过EDFA6的放大后通过波分复用器7并被光电探测器8解调后恢复出加载在ΜΖΜ13上的微波信号，该微波信号a也送入相位检测单元。
[0016]相位检测单元将会输出直流电压d，用来表征信号a，b之间的相位差信息。该直流电压d送入电平调节单元，结合里面的和差电路，产生三路直流输出电压e，f，g，来分别控制相位检测单元中的三个移相器。[0017]图2为相位检测单元内部结构示意图，如图所示，由移相器101、移相器102、移相器103、低噪声放大器104、低噪声放大器105、鉴相器(混频器)106及滤波放大电路107组成。信号a: ￡；,(,) = Jcos(M1-3Pp)及信号b: 4(0 = Xcos(vi1-%)通过移相器101及移相器102
后分别变为信号Erefleet及信号Eltjeal,信号Erafleet及信号Eltjeal由低噪声放大器104及105放大至一个合适的功率后送入鉴相器106获得二者之间的相位差信息。滤波放大电路107滤除鉴相器输出信号中的高频成分且只保留携带有相位差信息的直流成分并将其放大后送入电平调节单元。
[0018]图3为电平调节单元内部结构示意图，主要由反向器及加法器构成。Vtl为电平调节单元的参考电压，Vd为相位检测单元的输出电压，则电平调节单元的电压输出值分别为Ve = V0-Vd^Vf = V0+Vd及Vg = Vtl-Vd,对应的相位检测单元中移相器101、102及103的相移量分别为θ 0- θ，θ o+ θ及9 Q- Θ。
[0019]图4为稳相效果图，如图所不为2.45GHz的微波信号从远端经IOkm光纤传输至本地端，在不采用反馈补偿及采用反馈补偿两种情况下分别进行了五个小时的测试结果。当不采用反馈补偿时，在5个小时的测量中，输出信号与输入信号的相位差逐渐减小并有IlOps的变化；而当采用反馈补偿时，输出信号与输入信号的相位差在240ps附近有15ps的抖动，均方根抖动减小至3.66ps，稳相效果明显。
[0020]采用本发明装置，来自于远端的微波信号通过外调的方式加载到光载波上后通过单模光纤传输至本地端。在本装置的本地端将解调出的微波信号等分成三等份，其中一份通过外调的方式加载在光载波上后回传至远端再反射回本地端后通过光电探测器解调后送入相位检测单元，其余的两份也送入相位检测单元。相位检测单元将直传信号与回传信号的相位差信息转变为直流电压，该直流电压送入电平调节单元转换为和差信号作为相位检测单元中的三路移相器的偏置电压，从而构成锁相环路。锁相环路达到稳态时，直传信号与回传信号相位差在零附近很小的区间抖动，整个装置的输出信号与来自远端的微波信号的相位差也会在某个固定值附近很小的区间抖动，即实现稳相。该装置可实现未知信号的长距离光纤稳相传输，在电子对抗领域具有一定的参考价值。
[0021]本发明的有益效果是:
[0022]1.该装置既可针对单一微波信号的稳相传输，也可以针对多频段微波信号的稳相传输。只需要合理调节该装置中滤波器、移相器、低噪声放大器等器件的参数即可。本装置工作稳定，在长时间的测量中都有较好的稳相效果。
[0023]2.在电子对抗中，无源定位系统占据着尤为重要的地位。而目前所知的光纤传输微波信号的稳相系统中，往往是基于已知的微波信号，即送入鉴相器的参考信号就是即将发送的信号。这类系统在面临对接收的微波信号稳相时不再可用，本装置提供了一种用于未知微波信号光纤稳相传输的良好解决方案。
【权利要求】
1.一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置，其特征在于，由远端和本地端及光纤三部分组成，远端与本地端之间通过光纤连接；本地端由信号接收与回传单元、相位检测单元及电平调节单元三个部分组成:远端由光源(I)、马赫曾德尔调制器(2)及布拉格光栅(3)组成；光纤采用传输高频微波信号的模拟光收发链路。
2.根据权利要求1所述之一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置，其特征在于，本地端的信号接收与回传单元由光环行器(5)、掺饵光纤放大器(6)、波分复用器(7)、光电探测器(8)、光电探测器(9)、功分器(10)、功分器(11)、光源(12)及马赫曾德尔调制器(13)组成。
3.根据权利要求1所述之一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置，其特征在于，相位检测单元主要由移相器、低噪声放大器、混频器、滤波器、放大电路等组成；而电平调节单元则主要由反向电路及加法电路组成。
4.根据权利要求1所述之一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置，其特征在于，布拉格光栅(3)的中心波长与光源(14)的中心波长相同，且光源(14)的中心波长与光源(I)的中心波长临近。
5.根据权利要求3所述之一种用于未知微波信号远距离光纤传输的稳相装置,其特征在于，混频器的两路输入分别为由远端接收并经光纤(4)传输至本地端的微波信号和传输至本地端的该信号又回传 到远端再发射至本地端的微波信号。
【文档编号】H04B10/2575GK103532627SQ201310421671
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】李宗雷, 闫连山, 彭玉兰, 姜恒云, 潘炜, 罗斌, 邹喜华 申请人:西南交通大学