CN102522958A - 一种光生毫米波功率合成电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载、第二负载、微带线组和光电转换模块，微带线组由N段微带线依次串联而成，微带线组的一端连接第一负载的一端，微带线组的另一端连接第二负载的一端，第一负载和第二负载的另一端均接地，微带线组中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块，每个光电转换模块均接地，光电转换模块由M个光电转换单元依次串联而成，其中N≥3,M≥2；优点是不但提高了光电转换输出功率，还同时提高了输出截止频率，增大了工作带宽。

Description

一种光生毫米波功率合成电路

技术领域

 本发明涉及一种功率合成电路，尤其是涉及一种光生毫米波功率合成电路。

背景技术

光纤通信具有低损耗、高带宽的特性，光纤无线电（ROF）技术是应高速大容量无线通信需求，新兴发展起来的将光纤通信和无线通信相结合的无线接入技术。光纤无线电（ROF）系统构成的具有超宽频带的无线接入网络通过光纤实现中心处理站与基站之间的远距离连接，通过毫米波系统实现几十米范围的无线覆盖，其工作方式主要是：中心处理站将数据和毫米波信号采用基于光载波抑制(OCS)的外调制技术调制后得到双峰光信号，双峰光信号通过光纤传输到基站后，由光电探测器对光纤传输来的双峰光信号进行拍频以恢复出调制后的毫米波信号，然后通过毫米波功率放大器将调制后的毫米波信号放大后由发射天线辐射出去；但是毫米波功率放大器不仅价格昂贵，而且存在严重的非线性问题，难以满足高频谱效率的复杂调制方式对系统线性度的要求，而且也不利于实现低成本免维护基站的目标；为此，人们提出了一种使用掺饵光纤放大器将信号在光域放大后直接输送给光电探测器，光电探测器对接收到的双峰光信号进行拍频恢复出毫米波信号直接由发射天线辐射出去的解决方案，该解决方案解决了系统线性度和成本高的问题，但是对光电探测器要求较高，需要光电探测器具有高响应速度和大输出功率的能力。为满足光电探测器对响应速度和输出功率的要求，光电探测器一般采用一种由单个光电二极管按人工传输线结构连接而成的光生毫米波功率合成电路，该光生毫米波功率合成电路在提高输出功率的同时却受到光电二极管本身的截止频率的限制，无法提高光电探测器的截止频率，从而限制了光电探测器的响应速度。

发明内容

 本发明所要解决的技术问题是提供一种既可以提高输出功率，又可以提高截止频率的光生毫米波功率合成电路，该光生毫米波功率合成电路能够适应高速大容量无线通信需求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载、第二负载和微带线组，所述的微带线组由N段微带线依次串联而成，所述的微带线组的一端连接所述的第一负载的一端，所述的微带线组的另一端连接所述的第二负载的一端，所述的第一负载的另一端和所述的第二负载的另一端均接地，所述的微带线组中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块，每个所述的光电转换模块均接地，所述的光电转换模块由M个光电转换单元依次串联而成，其中N≥3,M≥2。

所述的光电转换单元为一个光电二极管，M个所述的光电二极管的阴极和阳极依次串联，构成的光电二极管组是一个光电转换模块。所述的光电二极管组中第1个光电二极管的阳极与所述的微带线组连接，所述的光电二极管组中第M个光电二极管的阴极接地。

N=3，M=2。

N=4，M=2。

N=3，M=3。

所述的光电转换单元由匹配电路和一个光电二极管组成，所述的匹配电路的一端与所述的光电二极管的阳极连接，所述的匹配电路的另一端为所述的光电转换单元的输入端，所述的光电二极管的阴极为所述的光电转换单元的输出端，M个所述的光电转换单元依次连接，第1个所述的光电转换单元的一端与所述的微带线组连接，第M个所述的光电转换单元的另一端接地。

所述的匹配电路为微带线。

所述的匹配电路中的微带线的长度可调节。

所述的微带线组中第1段微带线的长度和所述的微带线组中第N段微带线的长度相同，所述的微带线组中第2段微带线至第N-1段微带线的长度均相同且为所述的微带线组中第1段微带线的长度的两倍。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在微带线组的每两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块，每个光电转换模块均由M个光电转换单元依次串联而成，降低了电路的等效结电容，在提高光电转换输出功率的同时，还提高了输出截止频率，增大了工作带宽，能够同时满足高速大容量无线通信对光电探测器高功率和大带宽的需求；

当光电转换单元为一个光电二极管，电路结构简单，占用空间小，而且成本较低；

当光电转换单元为由匹配电路和一个光电二极管串联而成时，可以改善电路驻波比，提高光电转换的功率合成效率；

当光电转换单元为由匹配电路和一个光电二极管串联而成，且匹配电路为长度可调的微带线时，可以根据电路的要求，调节微带线的长度，保障电路良好的匹配补偿，优化电路驻波比，提高光电转换的总效率；

当微带线组中第1段微带线的长度和微带线组中第N段微带线的长度相同，微带线组中第2段微带线至第N-1段微带线的长度均相同且为微带线组中第1段微带线的长度的两倍，可以进一步改善电路的匹配补偿，优化电路驻波比，提高光电转换的总效率。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的光电转换单元为光二极管时的电路原理图；

图3为本发明的光电转换单元为光电二极管且N=3，M=2时的电路原理图；

图4为图3所示电路的仿真结果截止频率仿真图；

图5为图3所示电路的回波损耗仿真图；

图6为本发明的光电转换单元为光电二极管且N=4，M=2时的电路原理图； 

图7为本发明的光电转换单元为光电二极管且N=3，M=3时的电路原理图；

图8为图7所示电路的仿真结果截止频率仿真图；

图9为图7所示电路的回波损耗仿真图；

图10为本发明的光电转换单元由匹配电路和光电二极管组成的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。

如图1所示，一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载Z1、第二负载Z2和微带线组1，微带线组1由N段微带线依次串联而成，微带线组1的一端连接第一负载Z1的一端，微带线组1的另一端连接第二负载Z2的一端，第一负载Z1的另一端和第二负载Z2的另一端均接地，微带线组1中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块2，每个光电转换模块2均接地，光电转换模块2由M个光电转换单元依次串联而成，其中N≥3,M≥2。

实施例一：如图2所示，一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载Z1、第二负载Z2和微带线组1，微带线组1由N段微带线依次串联而成，微带线组1的一端连接第一负载Z1的一端，微带线组1的另一端连接第二负载Z2的一端，第一负载Z1的另一端和第二负载Z2的另一端均接地，微带线组1中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块2，每个光电转换模块2均接地，光电转换模块2由M个光电转换单元依次串联而成，光电转换单元为一个光电二极管，M个光电转换单元的阴极和阳极依次串联，光电转换模块2中第1个光电转换单元D₁的阳极与微带线组1连接，光电转换模块2中第M个光电转换单元D_M的阴极接地，其中N≥3，M≥2。

实施例二：如图3所示，一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载Z1、第二负载Z2和微带线组1，微带线组1由3段微带线依次串联而成，微带线组1的一端连接第一负载Z1的一端，微带线组1的另一端连接第二负载Z2的一端，第一负载Z1的另一端和第二负载Z2的另一端均接地，微带线组1中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块2，每个光电转换模块2均接地，光电转换模块2由2个光电转换单元依次串联而成，光电转换单元为一个光电二极管，2个光电转换单元的阴极和阳极依次串联，光电转换模块2中第1个光电转换单元D₁的阳极与微带线组1连接，光电转换模块2中第2个光电转换单元D₂的阴极接地。

使用EDA电子设计自动化软件设计等效电路，把微带线等效为串联电感，取光电转换模块2中光电二极管的结电容为0.2pF,电感值取L=500pF,因为光电二极管的体电阻很小，可以忽略光电二极管的体电阻，对本发明图3所示电路进行仿真，其截止频率仿真结果如图4所示，其回波损耗仿真结果如图5所示，由图4和图5可看出本实施例截止频率约为58GHz，而其大于15dB回波损耗带宽约等于50GHz。

实施例三：如图6所示，一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载Z1、第二负载Z2和微带线组1，微带线组1由4段微带线依次串联而成，微带线组1的一端连接第一负载Z1的一端，微带线组1的另一端连接第二负载Z2的一端，第一负载Z1的另一端和第二负载Z2的另一端均接地，微带线组1中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块2，每个光电转换模块2均接地，光电转换模块2由两个光电转换单元依次串联而成，光电转换单元为一个光电二极管，两个光电转换单元的阴极和阳极依次串联，光电转换模块2中第1个光电转换单元D₁的阳极与微带线组1连接，光电转换模块2中第二个光电转换单元D₂的阴极接地。

本实施例在实施例二的基础之上在微带线组1中增加了一段串联的微带线，同时相应的增加了一个光电转换模块2，其截止频率与实施例二相同，输出功率比实施例二提高了50%左右。

实施例四：如图7所示，一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载Z1、第二负载Z2和微带线组1，微带线组1由3段微带线依次串联而成，微带线组1的一端连接第一负载Z1的一端，微带线组1的另一端连接第二负载Z2的一端，第一负载Z1的另一端和第二负载Z2的另一端均接地，微带线组1中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块2，每个光电转换模块2均接地，光电转换模块2由三个光电转换单元依次串联而成；光电转换单元为一个光电二极管，三个光电转换单元的阴极和阳极依次串联，光电转换模块2中第一个光电转换单元D₁的阳极与微带线组1连接，光电转换模块2中第三个光电转换单元D₃的阴极接地。

使用EDA电子设计自动化软件设计等效电路，把微带线等效为串联电感，取光电转换模块2中光电二极管的结电容为0.2pF,微带线的电感值取L=500pF,因为光电转换模块2中光电二极管的体电阻很小，可以忽略光电二极管的体电阻，对图7所示电路进行仿真，其截止频率仿真结果如图8所示，其回波损耗仿真结果如图9所示，根据图8和图9，我们可以看出本实施例其截止频率约为70GHz，而其大于15dB回波损耗带宽约等于72GHz。由此可知，在输出功率与实施例三的输出功率相同的情况下，其截止频率带宽明显高于实施例二和实施例三，大大提高了工作频带宽度。

实施例五：如图10所示，一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载Z1、第二负载Z2和微带线组1，微带线组1由N段微带线依次串联而成，微带线组1的一端连接第一负载Z1的一端，微带线组1的另一端连接第二负载Z2的一端，第一负载Z1的另一端和第二负载Z2的另一端均接地，微带线组1中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块2，每个光电转换模块2均接地，光电转换模块2由M个光电转换单元依次串联而成；光电转换单元由匹配电路和一个光电二极管组成，匹配电路的一端与光电二极管的阳极连接，匹配电路的另一端为光电转换单元的输入端，光电二极管的阴极为光电转换单元的输出端，M个光电转换单元的输出端和输入端依次串接，光电转换模块2中第1个光电转换单元D₁的输入端与微带线组1连接，光电转换模块2中第M个光电转换单元D_M的输出端接地，其中N≥3，M≥2。

本实施例相对实施例一其区别在于光电转换模块2由匹配电路和光电二极管组成，

电路结构相对比较复杂，但是可以改善电路驻波比，提高光电转换的功率合成效率。

上述具体实施例中，匹配电路可以为微带线，可以根据电路器件的规格、精度等技术指标来调整微带线的长度对电路进行匹配和补偿，优化电路驻波比，提高光电转换的功率合成效率。

本发明中，如果微带线组1中第1段微带线L₁的长度和微带线组1中第N段微带线L_N的长度相同，微带线组1中第2段微带线L₂至第N-1段微带线的长度均相同且为微带线组1中第1段微带线L₁的长度的两倍时，可以进一步改善电路的匹配补偿，优化电路驻波比，提高光电转换的总效率。

Claims (9)

1.一种光生毫米波功率合成电路，包括第一负载、第二负载和微带线组，所述的微带线组由N段微带线依次串联而成，所述的微带线组的一端连接所述的第一负载的一端，所述的微带线组的另一端连接所述的第二负载的一端，所述的第一负载的另一端和所述的第二负载的另一端均接地，其特征在于所述的微带线组中每相邻两段微带线的公共连接端各连接有一个光电转换模块，每个所述的光电转换模块均接地，所述的光电转换模块由M个光电转换单元依次串联而成，其中N≥3,M≥2。

2.根据权利要求1所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于所述的光电转换单元为一个光电二极管，M个所述的光电二极管的阴极和阳极依次串联，所述的光电转换模块中第1个所述的光电二极管的阳极与所述的微带线组连接，所述的光电转换模块中第M个所述的光电二极管的阴极接地。

3.根据权利要求2所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于N=3，M=2。

4.根据权利要求2所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于N=4，M=2。

5.根据权利要求2所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于N=3，M=3。

6.根据权利要求1所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于所述的光电转换单元由匹配电路和一个光电二极管组成，所述的匹配电路的一端与所述的光电二极管的阳极连接，所述的匹配电路的另一端为所述的光电转换单元的输入端，所述的光电二极管的阴极为所述的光电转换单元的输出端，M个所述的光电转换单元的输出端和输入端依次串接，第1个所述的光电转换单元的输入端与所述的微带线组连接，第M个所述的光电转换单元的输出端接地。

7.根据权利要求6所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于所述的匹配电路为微带线。

8.根据权利要求7所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于所述的匹配电路中的微带线的长度可调节。

9.根据权利要求1~8中任一项所述的一种光生毫米波功率合成电路，其特征在于所述的微带线组中第1段微带线的长度和所述的微带线组中第N段微带线的长度相同，所述的微带线组中第2段微带线至第N-1段微带线的长度均相同且为所述的微带线组中第1段微带线的长度的两倍。

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