CN102111221A - 一种利用光纤延迟模拟阵列入射信号的装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种利用光纤延迟模拟阵列入射信号的装置，其构成在于第一光发射机与第一1λ8分光器相连，第一1λ8分光器相连还与第一8路光纤延迟线相连，第二光发射机与第二1λ8分光器相连，第二1λ8分光器相连还与第二8路光纤延迟线相连，第一8路光纤延迟线的八路延迟线和第二8路光纤延迟线的八路延迟线两两组合分别与第一-第八2λ1合光器连接，第一-第八2λ1合光器分别与光接收机的八个PIN/FET模块相连。本发明将两路模拟的电信号分别输入两个光发射机进行激励从而得到光信号，合光器将对应的两路光信号合并后送入光接收机进行光电转换，最终放大输出得到模拟的八路阵列入射信号。

Description

一种利用光纤延迟模拟阵列入射信号的装置

技术领域

本发明涉及的是一种涉及通信领域的模拟信号的装置。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，多天线阵列处理技术开始取代单天线技术，逐渐在无线电领域得到广泛的应用。其中系统调试是阵列信号处理的一个很重要的环节，而且调试起来很复杂，尤其是用于系统调试的多路阵列信号源没有现成的产品，从而进一步增大了研发的难度。

目前比较普遍的一种调试方案是采用功分器将射频信号分为多路后送入调试系统，但这种方法只能模拟一个信号从法线方向的零度入射的情况，不能验证系统在多信号环境下有效工作的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供通过将两路电信号转化为光信号并分别进行光纤延迟后再最终转化为电信号的方式来最终获得阵列信号处理系统调试时所需的入射信号的一种利用光纤延迟模拟阵列入射信号的装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种利用光纤延迟模拟阵列入射信号的装置，其特征是：包括光发射机、1×8分光器、8路光纤延迟线、2×1合光器和光接收机，所述的光发射机、1×8分光器、8路光纤延迟线分别有2个、2×1合光器有8个、光接收机有1个且含8个PIN/FET模块，第一光发射机与第一1×8分光器相连，第一1×8分光器相连还与第一8路光纤延迟线相连，第二光发射机与第二1×8分光器相连，第二1×8分光器相连还与第二8路光纤延迟线相连，第一8路光纤延迟线的八路延迟线和第二8路光纤延迟线的八路延迟线两两组合分别与第一-第八2×1合光器连接，第一-第八2×1合光器分别与光接收机的八个PIN/FET模块相连。

本发明的优势在于：利用了电信号与光信号间可相互转换的关系，通过将两路模拟的电信号分别输入两个光发射机进行激励从而得到光信号，再利用分光原理将光信号一分为八，并采用不同长度的光纤传输产生不同时延，合光器将对应的两路光信号合并后送入光接收机进行光电转换，最终放大输出得到模拟的八路阵列入射信号。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括光发射机、1×8分光器、8路光纤延迟线、2×1合光器和光接收机，所述的光发射机、1×8分光器、8路光纤延迟线分别有2个、2×1合光器有8个、光接收机有1个且含8个PIN/FET模块，第一光发射机与第一1×8分光器相连，第一1×8分光器相连还与第一8路光纤延迟线相连，第二光发射机与第二1×8分光器相连，第二1×8分光器相连还与第二8路光纤延迟线相连，第一8路光纤延迟线的八路延迟线和第二8路光纤延迟线的八路延迟线两两组合分别与第一-第八2×1合光器连接，第一-第八2×1合光器分别与光接收机的八个PIN/FET模块相连。

光发射机主要完成由电信号到光信号的转换功能。半导体激光器是实现这一功能的核心器件，其原理是通过激励方式利用电子在能带间的跃迁发光，再经过内部谐振腔将光辐射放大后输出。激励方式主要有三种：电注入式、光泵式、高能电子束激励式。

1×8分光器部分，色散元件是其核心部件，完成将输入的光信号由一路分为八路。实际中这部分根据需要模拟的天线阵元数目，选择相应的分光路数。

8路光纤延迟线是由8条不同长度的光纤组成，当光信号进入不同长度光纤中传输后将产生不同的时延。光纤长度的选择由需要模拟的天线阵列流型和无线电波频率共同决定。

2×1合光器作用是将对应的两路光信号进行合并后送入光接收机。合光器的作用是为了模拟天线接收到的两路来自不同方向信号的叠加。合光器的规格由需要模拟的信号入射源个数决定。

光接收机将8路2×1合光器输出的八路光信号分别转换为电信号，最后放大输出得到8路阵列入射信号。

本发明的工作原理：利用了电信号与光信号间可相互转换的关系，通过将两路模拟的电信号分别输入两个光发射机进行激励从而得到光信号，再利用分光原理将光信号一分为八，并采用不同长度的光纤传输产生不同时延，合光器将对应的两路光信号合并后送入光接收机进行光电转换，最终放大输出得到模拟的八路阵列入射信号。

实施方式1：光发射机主要元件是半导体激光器，采用电激励方式将输入电信号转换为光信号。输入的2路电信号之间不需要满足特定的关系，这里以2路载波频率为5MHz的调相信号为例。光发射机的个数取决于需要模拟的入射信号数目，这里模拟的是信号入射到八元均匀直线阵列的情况。

光发射机将两路电信号分别转换为光信号后，分别送入2个1×8的分光器中将每一路光信号分为8路。分光器采用法兰式分路器，实际应用中需根据模拟的天线阵元个数来选取分光器的型号。这里选用PLC Splitter模块，它具有低插入损耗、分光均匀性好、低偏振相关损耗和体积小等优点。

此时，每一路光信号分别被分为8路，即产生了16路光信号，将16路光信号分别送入16路不同长度的光纤延迟线中传输，从而产生不同的信号时延。针对均匀线阵，各路光纤延迟线长度的计算，应采用如下的公式：

${\mathrm{\τ}}_i=\frac{(i-1)d\sin \mathrm{\θ}}{c}$

$\mathrm{\Δ}{l}_i=\frac{{\mathrm{\τ}}_{i}c}{n}$

其中θ为模拟的信号入射角度，Δl_i为第i路光纤延迟线的长度，τ_i为信号延迟时间，c为真空中光速，n为光纤折射率，与具体的光纤型号有关。

模拟信号入射到八元均匀直线阵列的情况，线阵的阵元间隔d＝30m，根据某单模光纤产品查得光波波长1550nm时n＝1.4681。

模拟一个信号入射的情况，信号1所在支路模拟30°的来波方向，信号2所在支路无输入。利用上述公式代入数据得

编号为1到8的各路光纤延迟线长度分别为(单位：m)

0，10.217，20.434，30.651，40.868，51.085，61.302，71.519

实施方式2：光发射机主要元件是半导体激光器，采用电激励方式将输入电信号转换为光信号。输入的2路电信号之间不需要满足特定的关系，这里以2路载波频率为5MHz的调相信号为例。光发射机的个数取决于需要模拟的入射信号数目，这里模拟的是信号入射到八元均匀直线阵列的情况。

光发射机将两路电信号分别转换为光信号后，分别送入2个1×8的分光器中将每一路光信号分为8路。分光器采用法兰式分路器，实际应用中需根据模拟的天线阵元个数来选取分光器的型号。这里选用PLC Splitter模块，它具有低插入损耗、分光均匀性好、低偏振相关损耗和体积小等优点。

此时，每一路光信号分别被分为8路，即产生了16路光信号，将16路光信号分别送入16路不同长度的光纤延迟线中传输，从而产生不同的信号时延。针对均匀线阵，各路光纤延迟线长度的计算，应采用如下的公式：

${\mathrm{\τ}}_i=\frac{(i-1)d\sin \mathrm{\θ}}{c}$

$\mathrm{\Δ}{l}_i=\frac{{\mathrm{\τ}}_{i}c}{n}$

其中θ为模拟的信号入射角度，Δl_i为第i路光纤延迟线的长度，τ_i为信号延迟时间，c为真空中光速，n为光纤折射率，与具体的光纤型号有关。

模拟信号入射到八元均匀直线阵列的情况，线阵的阵元间隔d＝30m，根据某单模光纤产品查得光波波长1550nm时n＝1.4681。

模拟两个具有不同角度的信号入射情况，信号1所在支路模拟45°的来波方向，信号2所在支路模拟60°的来波方向。利用上述公式代入数据得

编号为1到8的各路光纤延迟线长度分别为(单位：m)

0，14.449，28.899，43.348，57.798，72.247，86.697，101.146

编号为9到16的各路光纤延迟线长度分别为(单位：m)

0，17.697，35.394，53.091，70.787，88.484，106.181，123.878

将2路不同延时的光信号按照顺序通过2×1合光器进行合并，总共可得到8路合并后的光信号。将8路合并后的信号送入光接收机中，光信号经过8个PIN/FET模块转换为8路电信号，再经主放大器进行放大后输出就可得到8路模拟的阵列入射信号。

Claims (1)

1.一种利用光纤延迟模拟阵列入射信号的装置，其特征是：包括光发射机、1×8分光器、8路光纤延迟线、2×1合光器和光接收机，所述的光发射机、1×8分光器、8路光纤延迟线分别有2个、2×1合光器有8个、光接收机有1个且含8个PIN/FET模块，第一光发射机与第一1×8分光器相连，第一1×8分光器相连还与第一8路光纤延迟线相连，第二光发射机与第二1×8分光器相连，第二1×8分光器相连还与第二8路光纤延迟线相连，第一8路光纤延迟线的八路延迟线和第二8路光纤延迟线的八路延迟线两两组合分别与第一-第八2×1合光器连接，第一-第八2×1合光器分别与光接收机的八个PIN/FET模块相连。

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