CN102237931B - 高频宽带射频信号光纤拉远系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高频宽带射频信号光纤拉远系统，包括：光源，用于产生光载波；双输出强度调制器，用于将高频宽带射频输入信号调制到光载波上，并且将调制后的光信号分为两路从两个端口输出；偏振控制器，连接于所述光源与双输出强度调制器之间，用于将光源输出的光载波的偏振态调整为与双输出强度调制器的主轴一致；偏振合束器，与所述双输出强度调制器的输出端口连接，用于将两端口输出的光信号耦合；光纤，与所述偏振合束器连接，用于传输所述耦合后的光信号；以及探测器，与所述光纤连接，用于将所述耦合后的光信号转换成电信号，恢复加载的高频宽带射频信号。本发明可实现高性能、低成本和长距离的高频宽带射频信号光纤拉远。

Description

高频宽带射频信号光纤拉远系统

技术领域

本发明涉及微波光子技术领域，特别涉及一种高频宽带射频信号光纤拉远系统。

背景技术

在未来通信系统宽带化和无线化的驱使下，能承载高速数据传输业务的光纤通信技术与无线通信技术的融合是必然趋势，所以利用光纤传输模拟射频信号也成为各种应用中极其重要的信息传递方式。模拟光纤链路在天线远端以及各种光载无线系统中具有广泛的应用需求。与传统的同轴电缆相比，光纤具有抗张强度好，体积小，质量轻，频带宽、通信容量大，以及抗电磁干扰等多种优势。但是，由于模拟光链路传输的是高频微波信号或者宽带射频业务，所以远距离传输时，必须考虑光纤色散引入的功率衰落效应，这都将对模拟链路的性能产生非常大的影响，限制了模拟链路的工作频段向高频发展，尤其是毫米波波段，同时也大大限制了链路系统的工作带宽；如何在宽带范围内实现色散补偿与射频信号的高质量远距离拉远至关重要，这将是模拟光链路技术是否可以大规模运用的前提。

如图1所示是现有技术中提出的基于单边带调制的色散补偿结构的结构图。

上述色散补偿结构虽然结构简单，但是仅仅适用于单边带调制方式的系统，两臂的输入射频信号相位差为90度，双臂直流偏置差必须为半个半波电压值，所以整个链路的补偿效果与移相器和偏置点的设置密切相关，这都会对系统的稳定可靠度提出挑战；除此以外，此方案由于偏置点设置原因，增益受限。

因此，有必要设计一种结构简单易控制，实用性强，适用范围广，并且低成本的高频宽带色散补偿拉远系统。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种低成本、简单可靠地实现高频宽带色散补偿，提高高频宽带模拟光传输链路的性能，实现高频宽带射频信号拉远的高频宽带射频信号光纤拉远系统。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高频宽带射频信号光纤拉远系统，包括：

光源，用于产生光载波；

双输出强度调制器，用于将高频宽带射频输入信号调制到光载波上，并且将调制后的光信号分为两路从两个端口输出；

偏振控制器，连接于所述光源与双输出强度调制器之间，用于将光源输出的光载波的偏振态调整为与双输出强度调制器的主轴一致；

偏振合束器，与所述双输出强度调制器的输出端口连接，用于将两端口输出的光信号耦合；

光纤，与所述偏振合束器连接，用于传输所述耦合后的光信号；以及

探测器，与所述光纤连接，用于将所述耦合后的光信号转换成电信号，恢复加载的高频宽带射频信号。

优选地，所述双输出强度调制器能够根据需要设定两路高频宽带射频输入信号的幅度和相位。

优选地，所述双输出强度调制器为非推挽结构，包括两个射频输入端口、一个偏置电压控制端以及两路光输出端口。

优选地，所述双输出强度调制器的其中一路射频输入端口用50欧姆电阻匹配，高频宽带射频信号通过另外一路射频输入端口调制到光载波上，偏置点能够根据需要进行设定。

优选地，所述双输出强度调制器的两输出端口尾纤为保偏结构。

优选地，通过所述偏振合束器耦合后的两路调制光信号偏振正交。

优选地，所述光源为激光器。

优选地，所述光纤为单模光纤。

(三)有益效果

1.本发明是为了实现高频宽带射频信号光纤拉远设计的，核心的器件为双输出强度调制器和偏振合束器，使用本发明设计结构，原理上可以补偿任意频段射频信号带来的色散衰落，拉远系统的工作带宽仅受调制器、探测器以及其它微波器件的带宽影响，因此具有高频宽带拉远的功能。

2.调制器的偏置点可以根据系统需要任意设定，链路的色散补偿效果对偏置点的漂移不敏感，大大降低了系统的调制复杂度并提高了稳定可靠性。

3.由于利用偏振合束器耦合输出的两路调制光信号在光纤链路传输过程中偏振态保持正交关系，两路调制输出的光信号可以在一根光纤中传输，不存在光域的干涉问题，系统稳定可靠，实现拉远。

4.由于采用偏振正交的非相干方法，经过拉远传输后，可以通过单个普通探测器即可恢复加载的射频信号，大大降低了接收端的成本。

附图说明

图1为现有技术中的基于单边带调制的高频宽带射频信号传输链路结构图；

图2为本发明采用的双输出强度调制器一实施例的结构图；

图3为本发明高频宽带射频信号光纤拉远系统一实施例的结构图。

其中，现有技术：1：光源；2：偏振控制器；3：双驱调制器；3a：射频输入端口；3b：移相器；3c：直流偏置端；4：单模光纤；5：探测器；本发明：10：光源；20：偏振控制器；30：双输出强度调制器；31，32：射频输入端口；33：直流偏置端；34，35：光输出端口；40：偏振合束器；50：光纤；60：探测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不是限制本发明的范围。

图2为本发明采用的双输出强度调制器一实施例的结构图，为非推挽结构，包括两个射频输入端口31，32、一个直流偏置端33以及两路光输出端口34，35。可以根据需要设定两路射频输入信号的幅度和相位，但是为了引入啁啾分量，两路信号的相位差不可以设定为180度。在一实施例中，使用其中一路射频输入口，另外一路射频输入口用50欧姆电阻匹配，偏置点可以根据实际需要进行设定，并且调制后的光信号分为两路从两光输出端口的保偏尾纤输出。

图3为本发明高频宽带射频信号光纤拉远系统一实施例的结构图，包括：光源10，用于产生光载波，承载射频信号，并且该光载波为任意偏振态，在本实施例中光源10为激光器；双输出强度调制器30，用于将高频宽带射频输入信号调制到光载波上，并且将调制后的光信号分为两路从两个端口输出；偏振控制器20，连接于所述光源10与双输出强度调制器20之间，用于将光源10输出的光载波的偏振态调整为与双输出强度调制器30的主轴一致；偏振合束器40，与所述双输出强度调制器30的输出端口连接，用于将两端口输出的光信号耦合，使得两路信号偏振正交后输入到一根光纤中进行传输；光纤50，与所述偏振合束器40连接，用于传输所述耦合后的光信号；以及探测器60，与所述光纤50连接，用于将所述耦合后的光信号转换成电信号，恢复加载的高频宽带射频信号。

在本发明一实施例中，光纤50为长距离单模光纤，用于远距离传输承载了高频宽带射频信息的光信号，由于上述设计，两路输出光信号在光纤中保持偏振正交，并且色散带来的相关频率响应互补，如公式(1)和(2)所示：

$P_1=K{\cos }^2(\frac{\mathrm{\πD}{\mathrm{\λ}}^2{f}^2}{c}+\frac{\mathrm{\π}}{4})---\left(1\right)$

$P_2=K{\cos }^2(\frac{\mathrm{\πD}{\mathrm{\λ}}^2{f}^2}{c}-\frac{\mathrm{\π}}{4})---\left(2\right)$

其中，K为与输入调制器的光功率、探测器响应度、调制深度等相关的常数，D为群速度色散常数，λ为光源输出的光束波长，f为加载的射频信号频率，c为光在真空中的传播速度。

探测器60用于将光信号转换成电信号，恢复加载的高频宽带射频信息，由于两路调制光信号偏振正交，所以在接收端可以实现光信号功率非相干合成，补偿了色散带来的相关功率衰落影响，如公式(3)所示：

$P=K{\cos }^2(\frac{\mathrm{\πD}{\mathrm{\λ}}^2{f}^2}{c}+\frac{\mathrm{\π}}{4})+K{\cos }^2(\frac{\mathrm{\πD}{\mathrm{\λ}}^2{f}^2}{c}-\frac{\mathrm{\π}}{4})=K---\left(3\right)$

本发明对射频信号没有任何功率分配处理等过程，直接加载到调制器上即可，偏置点可以根据需要任意设置，简易可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，包括：

光源（10），用于产生光载波；

双输出强度调制器（30），用于将高频宽带射频输入信号调制到光载波上，并且将调制后的光信号分为两路从两个端口输出；

偏振控制器（20），连接于所述光源（10）与双输出强度调制器（20）之间，用于将光源（10）输出的光载波的偏振态调整为与双输出强度调制器（30）的主轴一致；

偏振合束器（40），与所述双输出强度调制器（30）的输出端口连接，用于将两端口输出的光信号耦合；

光纤（50），与所述偏振合束器（40）连接，用于传输所述耦合后的光信号；以及

探测器（60），与所述光纤（50）连接，用于将所述耦合后的光信号转换成电信号，恢复加载的高频宽带射频信号；

所述双输出强度调制器（30）为双路射频输入模式，能够根据需要设定两路高频宽带射频输入信号的幅度和相位，其中，所所述两路高频宽带射频输入信号的相位差不等于180度。

2.如权利要求1所述的高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，所述双输出强度调制器（30）为非推挽结构，包括两个射频输入端口、一个偏置电压控制端以及两路光输出端口。

3.如权利要求2所述的高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，所述双输出强度调制器（30）的其中一路射频输入端口用50欧姆电阻匹配，高频宽带射频信号通过另外一路射频输入端口调制到光载波上，偏置点能够根据需要进行设定。

4.如权利要求2所述的高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，所述双输出强度调制器（30）的两输出端口尾纤为保偏结构。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，通过所述偏振合束器（40）耦合后的两路调制光信号偏振正交。

6.如权利要求1所述的高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，所述光源（10）为激光器。

7.如权利要求1所述的高频宽带射频信号光纤拉远系统，其特征在于，所述光纤（50）为单模光纤。

Images