CN102142890A - 全光产生六倍频高速毫米波的装置 - Google Patents

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Abstract

一种在光载无线通信系统中全光产生高速毫米波的方法，属于光通信技术领域。方法为：两个标准的马赫曾德调制器相互级联，分别被低速射频信号驱动，通过选择两个马赫曾德调制器的偏置点分别为传输曲线的最高点和最低点，以及简单地控制两个马赫曾德调制器射频驱动信号的幅度和相位，得到重复频率为六倍射频信号频率的高速毫米波。本发明采用线性的光频率相乘技术，产生的毫米波具有很好的频谱纯度和相位相干性。该技术不需要昂贵的高速的光电器件和复杂的非线性信号处理技术，大大降低了配置成本，简化了系统结构。如果采用高速器件，不必改变系统的结构，就可以很容易的提升到 100-GHz 以上的频段，在未来的无线宽带通信中具有广泛的应用前景。

Description

全光产生六倍频高速毫米波的装置
技术领域
本发明涉及一种光通信技术领域的方法和装置，具体的说，是全光产生六倍频高速毫米波的装置。
背景技术
光载无线通信是一种新兴的技术，它主要结合光纤和无线通信两大技术，利用光纤的低损耗、高带宽特性，提升无线接入网的带宽和移动性，为用户提供“随时，随地，任何业务”的无线接入服务。与传统的无线系统相比，光载无线通信有着更广的蜂窝覆盖，更高的带宽，较低的配置成本，较低的功耗以及易于动态管理和维护等优点，能够实现超过1Gbit/s的超宽带无线接入，是满足人们对宽带业务需求的极具竞争力的解决方案。在超宽带蜂窝网络、室内无线局域网络、视频分布系统、智能交通通信和控制等领域具有广泛的应用前景。随着人们对语音、数据、视频以及交互式服务等移动宽带业务需求的日益增加,以及低频频段的信道拥塞和相互干扰，在光载无线通信系统中，迫切需要采用高频毫米波（如最近备受关注的60-GHz毫米波）携载高速数据以提高无线通信系统的容量，同时使无线信道突破拥挤的低频频段。传统的电产生高频毫米波的方法，受技术和工艺的局限，配置成本高，系统复杂，得到的高频毫米波调谐范围窄，幅频特性较差，相位噪声较高，不能很好的满足实际的需要，特别是对于超过100-GHz的高频信号，目前电产生的方法还难以实现。而基于光频率相乘的全光产生毫米波的技术，产生的毫米波信号具有很高的频谱纯度和相位相干性，方法简单，成本低，具有很广泛的应用前景，吸引了学术界和工业界越来越多的关注。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种全光产生六倍频高速毫米波的装置，即使用10-GHz的低速射频信号和低速光电设备，全光产生60-GHz的高速毫米波信号。本方案基于微波光子频率相乘技术，采用两个标准的低速马赫曾德调制器，通过简单设置两个马赫曾德调制器的偏置电压，以及控制两个马赫曾德调制器驱动信号的相位差和幅度，得到频率为六倍射频驱动信号频率的高频毫米波。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：
本发明涉及的全光产生六倍频高速毫米波的装置，包括：激光器、信号发生器、第一马赫曾德调制器、第二马赫曾德调制器、一个电移相器、一个电分路器、第一电放大器、第二放大器，其中：
激光器的输出端口与第一马赫曾德调制器的输入端口相连，信号发生器的输出端与电分路器的输入端相连，电分路器的一个输出端与第一电放大器的输入端相连，第一电放大器的输出端和第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第一马赫曾德调制器的输出端口与第二马赫曾德调制器的输入端口相连，电分路器的另一个输出端口通过电移相器和第二电放大器的输入端相连，第二电放大器的输出端口连接到第二马赫曾德调制器的射频输入端口，第二马赫曾德调制器的输出端口输出6倍频的毫米波信号。
所述的第一马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最高点，因此第一马赫曾德调制器输出频率分别为                                                ，
Figure 2011100783559100002DEST_PATH_IMAGE002
和的3个谐波成分的光信号。
所述的电移相器，调节第二射频信号，使得第二射频信号的相位和第一射频信号的相位相差60度。
所述的第二马赫曾德调制器被偏置在其传输曲线的最低点，使得第一马赫曾德调制器产生的3个谐波成分中的每一个成分都被双边带载波抑制调制，即每一个谐波成分产生两个新的频率成分：频率为
Figure 718938DEST_PATH_IMAGE001
的谐波产生
Figure 176464DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 2011100783559100002DEST_PATH_IMAGE004
两个新的成分，频率为
Figure 115470DEST_PATH_IMAGE002
的谐波产生
Figure 937933DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 270213DEST_PATH_IMAGE003
两个新的成分，而频率为
Figure 531430DEST_PATH_IMAGE002
的谐波产生
Figure 2011100783559100002DEST_PATH_IMAGE006
和
Figure 262625DEST_PATH_IMAGE007
两个成分，因此第二马赫曾德调制器的输出包括6个新的成分。
所述的第二马赫曾德调制器输出的6个新成分中，有两对成分和
Figure 134952DEST_PATH_IMAGE004
，被相互抵消。因此第二马赫曾德调制器最终的输出只剩下频率为和
Figure 457666DEST_PATH_IMAGE006
的两个谐波，它们的频率间隔为6倍射频驱动信号的频率（）。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、从发射端需要的器件方面比较（不考虑两个方案中相同的器件）：本发明只需要两个普通的马赫曾德调制器和一个电移相器，结构简单，器件少，成本低；2、从得到的毫米波信号性能方面比较：本发明基于线性的光子频率相乘技术，得到的信号稳定，频谱纯度高，相干性好，实施简单。
附图说明
图1是本发明的装置结构示意图；
图2为单臂马赫曾德调制器在不同偏置条件下的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例的全光产生六倍频高速毫米波的装置，包括：激光器、信号发生器、第一马赫曾德调制器、第二马赫曾德调制器、一个电移相器、一个电分路器、第一电放大器、第二放大器，其中：激光器的输出端口与第一马赫曾德调制器的输入端口相连，信号发生器的输出端与电分路器的输入端相连，电分路器的一个输出端与第一电放大器的输入端相连，第一电放大器的输出端和第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第一马赫曾德调制器的输出端口与第二马赫曾德调制器的输入端口相连，电分路器的另一个输出端口通过电移相器和第二电放大器的输入端相连，第二电放大器的输出端口连接到第二马赫曾德调制器的射频输入端口，第二马赫曾德调制器的输出端口输出6倍频的毫米波信号。
本实施例中的第一马赫曾德调制器和第二马赫曾德调制器均为单臂马赫曾德调制器，如图2所示，为单臂马赫曾德调制器在不同偏置条件下的原理示意图，连续光波的频率为
Figure 12144DEST_PATH_IMAGE001
，单臂马赫曾德调制器被频率为
Figure 253770DEST_PATH_IMAGE009
的射频信号驱动，偏置在其传输曲线的最高点时，单臂马赫曾德调制器输出的光信号中，奇次谐波成分被完全抑制，只保留偶次谐波成分，最终得到包含0阶（频率成分）和两个二阶谐波成分（
Figure 299928DEST_PATH_IMAGE002
）的光信号，它们的频率间隔为2倍射频驱动信号频率（
Figure 2011100783559100002DEST_PATH_IMAGE010
）。如果单臂马赫曾德调制器被偏置在传输曲线的最低点时，马赫曾德调制器输出的光信号中，偶次谐波成分被完全抑制，只保留奇次谐波成分，最终得到包含两个一阶谐波成分（
Figure 697411DEST_PATH_IMAGE003
）的光信号，它们的频率间隔也为2倍射频驱动信号频率，由于其它高次谐波成分相比较一次和二次成分的幅度很小，因此可以忽略不计。

Claims (5)

1.一种全光产生六倍频高速毫米波的装置，其特征在于，包括：激光器、信号发生器、第一马赫曾德调制器、第二马赫曾德调制器、一个电移相器、一个电分路器、第一电放大器、第二放大器，其中：
激光器的输出端口与第一马赫曾德调制器的输入端口相连，信号发生器的输出端与电分路器的输入端相连，电分路器的一个输出端与第一电放大器的输入端相连，第一电放大器的输出端和第一马赫曾德调制器的射频输入端口相连，第一马赫曾德调制器的输出端口与第二马赫曾德调制器的输入端口相连，电分路器的另一个输出端口通过电移相器和第二电放大器的输入端相连，第二电放大器的输出端口连接到第二马赫曾德调制器的射频输入端口，第二马赫曾德调制器的输出端口输出6倍频的毫米波信号。
2.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的装置，其特征在于，所述的第一马赫曾德调制器偏置在传输曲线的最高点，因此第一马赫曾德调制器输出频率分别为                                                
Figure 2011100783559100001DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 396242DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 475057DEST_PATH_IMAGE002
的3个谐波成分的光信号。
3.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的装置，其特征在于，所述的电移相器，调节第二射频信号，使得第二射频信号的相位和第一射频信号的相位相差60度。
4.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的装置，其特征在于，所述的第二马赫曾德调制器被偏置在其传输曲线的最低点，使得第一马赫曾德调制器产生的3个谐波成分中的每一个成分都被双边带载波抑制调制，即每一个谐波成分产生两个新的频率成分：频率为
Figure 35351DEST_PATH_IMAGE001
的谐波产生
Figure 2011100783559100001DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 931632DEST_PATH_IMAGE004
两个新的成分，频率为的谐波产生
Figure 2011100783559100001DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 889410DEST_PATH_IMAGE003
两个新的成分，而频率为的谐波产生和
Figure 2011100783559100001DEST_PATH_IMAGE007
两个成分，因此第二马赫曾德调制器的输出包括6个新的成分。
5.根据权利要求1所述的一种全光产生六倍频高速毫米波的装置，其特征在于，所述的第二马赫曾德调制器输出的6个新成分中，有两对成分
Figure 812257DEST_PATH_IMAGE003
和，被相互抵消；因此第二马赫曾德调制器最终的输出只剩下频率为和
Figure 943527DEST_PATH_IMAGE006
的两个谐波，它们的频率间隔为6倍射频驱动信号的频率（
Figure 931074DEST_PATH_IMAGE008
）。
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