CN102594399B

CN102594399B - 具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器

Info

Publication number: CN102594399B
Application number: CN2012100290876A
Authority: CN
Inventors: 郑建宇; 祝宁华; 王礼贤; 刘建国
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2032-02-10
Also published as: CN102594399A

Abstract

一种具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，包括：连续光半导体激光器和与之连接的第一偏振控制器、光偏振调制器、第二偏振控制器、光放大器、偏振分束器、可调光衰减器、可调光延迟线、光耦合器、光电探测器、增益可调电放大器、功分器、光强度调制器、电信号源。本发明的该基于光电振荡环的混沌超宽带无线电信号发生器产生脉冲超宽带无线电信号的陷波的有无及位置可实现任意可调。该基于光电振荡环的混沌超宽带无线电信号发生器产生脉冲超宽带无线电信号的陷波的深度可实现任意可调。

Description

具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器

技术领域

本发明属于微波光子学领域，更具体的说是一种具有可调谐陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器。

背景技术

相对于传统的窄带通信，超宽带(UWB：Ultra-Wideband)技术具有诸多的优异性能，如：低功率消耗、抗干扰、抗多径衰落、高分辨率、强穿透性探测性能等。2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC：FederalCommunications Commission)通过了一项认可超宽带技术用于民用用途的最终规定。而作为超宽带通信机制之一的混沌超宽带无线通信系统已经成为IEEE802.15.4a通信标准的物理层方案的候选者之一。在此类系统中，混沌源输出的脉冲轮廓特殊的混沌脉冲兼具超宽频带及类噪声的特点，致使混沌超宽带通信在高速率抗干扰的无线信号传输方面独具优势。然而由于电子瓶颈的限制在电域产生速率更高带宽更大的混沌脉冲极为困难，这大大限制了此通信机制在实际中的大范围应用。另外，由于频谱掩蔽的限制，超宽带无线电传输距离过短也同样困扰着混沌超宽带通信机制。为了克服超宽带无线电信号的这一传输距离限制，近年来人们提出了光载超宽带无线电(UWB-over-fiber)的概念，即利用光纤传输超宽带无线电信号。在上述背景下，利用光学方法产生混沌超宽带无线电信号被广泛关注。虽然利用光反馈，光注入半导体激光器非线性动态特性以及光纤布里渊散射效应等方法产生混沌微波信号已经被报道，但该类方法中对产生的混沌信号的频谱难于控制。由于此原因，产生的混沌微波信号与传统窄带微波通信系统由于频谱重叠引发的干扰问题无法得到有效的解决。为了避免上述的UWB系统与WLAN系统之间的共存问题，人们设计了一系列的拥有5-GHz陷波特性的特殊结构的UWB滤波器和天线。然而，此类天线或滤波器固定的陷波位置使得它无法避免UWB系统与除WLAN系统以外的其他窄带通信系统的干扰。另一个完美的解决方案为感知超宽带无线电技术，然而此技术实现的关键问题在于生成动态谱形控制的UWB信号。受限于电子瓶颈，目前的模数/数模转换器的速度无法为生成动态谱形控制的UWB信号提供技术支持。

综上所述，为了解决上述面临的技术瓶颈，为光载无线电技术与感知无线电技术的技术融合、性能提升提供可能，并将混沌超宽带通信机制最终嫁接于感知超宽带光载无线电体统之中，发挥其自身优势，目前迫切需要一种频谱符合美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定、具有可调谐陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号的发生器。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，其可解决现有混沌光载超宽带无线电信号发生器输出信号谱形难于控制、频谱不满足美国通信联邦委员会的辐射掩膜规定以及难于实现特定频带陷波的技术问题。

本发明的一种具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，包括：

一连续光半导体激光器；

一第一偏振控制器，其一端与连续光半导体激光器的输出端连接；

一光偏振调制器，其端口1与第一偏振控制器的另一端连接；

一第二偏振控制器，其一端与光偏振调制器的端口2连接；

一光放大器，其输入端与第二偏振控制器的另一端连接；

一偏振分束器，其端口1与光放大器的输出端连接；

一可调光衰减器，其输入端与偏振分束器的端口3连接；

一可调光延迟线，其一端与偏振分束器的端口2连接；

一光耦合器，其端口1与可调光延迟线的另一端连接，其端口2与可调光衰减器的输出端连接；

一光电探测器，其光端口1与光耦合器的端口3连接；

一增益可调电放大器，其输入端与光电探测器的电端口2连接；

一功分器，其端口1与增益可调电放大器的输出端连接，其端口2为该混沌超宽带微波信号发生器的电输出端口，其端口3与光偏振调制器的端口3连接；

一光强度调制器，其端口1与光耦合器的端口4连接，其端口3是该混沌超宽带微波信号发生器的光输出端口；

一电信号源，其输出端与光强度调制器的端口2连接。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

该基于光电振荡环的混沌超宽带无线电信号发生器产生脉冲超宽带无线电信号的陷波的有无及位置可实现任意可调。

该基于光电振荡环的混沌超宽带无线电信号发生器产生脉冲超宽带无线电信号的陷波的深度可实现任意可调。

附图说明

为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合实例及附图对本发明做进一步的说明，其中：

图1是具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器结构示意图；

图2是二抽头负系数微波光子滤波器等效图及频谱响应图；

图3是具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器产生的无线电信号频谱图。

具体实施方式

请参阅图1所示，一种具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，包括：

一连续光半导体激光器a，用于提供通信波段连续信号光；

一第一偏振控制器b，其一端与连续光半导体激光器a的输出端连接，用于控制信号光的偏振态；

一光偏振调制器c，其端口1与第一偏振控制器b的另一端连接，用于实现对信号光的偏振调制，第一偏振控制器b在控制连续光的偏振态时，其输出的连续光为线偏振光，并且偏振方向与光偏振调制器c端面内的X-轴成45度，以符合光偏振调制器c调制光信号的要求，实现对信号光最大的调制深度；

一第二偏振控制器d，其一端与光偏振调制器c的端口2连接，用于控制经光偏振调制器c输出的信号光的偏振态，即调节信号光的X-轴线偏振光分量与Y-轴偏振光分量初始相差；

一光放大器e，其输入端与第二偏振控制器d的另一端连接，是半导体光放大器，或掺铒光纤放大器，用于放大进入信号光，补偿光偏振调制器c引入的插入损耗；

一偏振分束器f，其端口1与光放大器e的输出端连接，用于实现信号光偏振到强度调制转化，光偏振调制器c端面内的X-轴与偏振分束器f端口2的主轴一致；

一可调光衰减器g，其输入端与偏振分束器f的端口3连接，用于调节偏振分束器3端口输出的Y-轴偏振光分量的强度；

一可调光延迟线h，其一端与偏振分束器f的端口2连接，用于调节偏振分束器2端口输出的X-轴偏振光分量与3端口输出的Y-轴偏振光分量之间的相对延迟时间；

一光耦合器i，其端口1与可调光延迟线h的另一端连接，其端口2与可调光衰减器g的输出端连接；

一光电探测器j，其光端口1与光耦合器i的端口3连接；

一增益可调电放大器k，其输入端与光电探测器j的电端口2连接，用于放大反馈环内以多种模式振荡的能量，当其提供的增益量大于开环增益时，该混沌超宽带微波信号发生器实现自洽振荡的混沌输出，增益可调电放大器k输出混沌电信号峰峰值引起连续光的X-轴与Y-轴方向的线偏振光分量的最大相对相移小于π，以保证偏振到强度的转换在其响应曲线的线性区域完成；

一功分器l，其端口1与增益可调电放大器k的输出端连接，其端口2为该混沌超宽带微波信号发生器的电输出端口，其端口3与光偏振调制器的端口3连接；

一光强度调制器m，其端口1与光耦合器i的端口4连接，其端口3是该混沌超宽带微波信号发生器的光输出端口；

一电信号源n，其输出端与光强度调制器m的端口2连接，用于对生成的混沌光加载信号。

在上述混沌超宽带微波信号发生器中，光偏振调制器c，偏振控制器d，光放大器e，偏振分束器f，可调光衰减器g，可调光延迟线h，以及光耦合器共同构成一个二抽头负系数微波光子滤波器，等效示意图如图2a所示，滤波效果图如图2b所示。从图2b可以看出，微波光子滤波器的陷波位置与两路信号的延迟时间相对应，陷波位置数值与相对的延迟时间的倒数值及其整数倍相等，当两路信号相对延迟时间变化时，微波光子滤波器的滤波位置将发生变化，因此，通过改变可调光延迟线h提供的延时时间即可产生频谱陷波位置可调的混沌超宽带无线电信号。同时，微波光子滤波器的陷波程度由两路信号的功率比值决定，当功率比值为1时，微波光子滤波器的陷波位置的深度越大，因此，通过改变可调光衰减器g提供的衰减量即可产生频谱陷波深度可调的混沌超宽带无线电信号。基于此功能，当延迟时间设定为200ps，两路信号功率比设定为1时，生成的UWB频谱如图3a所示，可见生成信号低频位置被抑制，信号能量基本落入联邦通信委员会的频谱掩蔽之内，当延迟时间设定为100ps，两路信号功率比设定为1时，生成的UWB频谱如图3b所示，可见在5-GHz位置，混沌信号发生陷波。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，包括:

一连续光半导体激光器;

一第一偏振控制器，其一端与连续光半导体激光器的输出端连接;

一光偏振调制器，其端口1与第一偏振控制器的另一端连接;

一第二偏振控制器，其一端与光偏振调制器的端口2连接;

一光放大器，其输入端与第二偏振控制器的另一端连接;

一偏振分束器，其端口1与光放大器的输出端连接;

一可调光衰减器，其输入端与偏振分束器的端口3连接;

一可调光延迟线，其一端与偏振分束器的端口2连接;

一光耦合器，其端口1与可调光延迟线的另一端连接，其端口2与可调光衰减器的输出端连接;

一光电探测器，其光端口1与光耦合器的端口3连接;

一增益可调电放大器，其输入端与光电探测器的电端口2连接;

一功分器，其端口1与增益可调电放大器的输出端连接，其端口2为该混沌超宽带微波信号发生器的电输出端口，其端口3与光偏振调制器的端口3连接;

一光强度调制器，其端口1与光耦合器的端口4连接，其端口3是该混沌超宽带微波信号发生器的光输出端口;

一电信号源，其输出端与光强度调制器的端口2连接。

2.根据权利要求1所述的具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，其中光偏振调制器端面内的X-轴与偏振分束器端口2的主轴一致。

3.根据权利要求1所述的具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，其中第一偏振控制器在控制连续光的偏振态时，其输出的连续光为线偏振光，并且偏振方向与光偏振调制器端面内的X-轴成45度。

4.根据权利要求1所述的具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，其中增益可调的电放大器，其输出混沌电信号峰峰值引起连续光的X-轴与 Y-轴方向的线偏振光分量的最大相对相移小于π。

5.根据权利要求1所述的具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，其中的可调光延迟线，通过改变其提供的延时时间即可产生频谱陷波位置可调的混沌超宽带无线电信号。

6.根据权利要求1所述的具有可调陷波特性的混沌光载超宽带无线电信号发生器，其中可调光衰减器，通过改变其提供的衰减量即可产生频谱陷波深度可调的混沌超宽带无线电信号。