CN103780312B

CN103780312B - 射频信号稳相传输方法及系统

Info

Publication number: CN103780312B
Application number: CN201410026364.7A
Authority: CN
Inventors: 张方正; 魏娟; 潘时龙
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: CN103780312A

Abstract

本发明公开了一种射频信号稳相传输方法，属于微波光子学技术领域。发送端将需传输射频信号二分频后进行光电调制，并将调制光信号通过所述多芯光纤第一纤芯传输至接收端；接收端将接收到的调制光信号分为两部分：一部分通过多芯光纤的第二纤芯传输到发送端后再通过多芯光纤的第三纤芯传输到接收端，对这一部分调制光信号进行解调得到第一射频信号；另一部分调制光信号经过解调后再进行三倍频得到第二射频信号；将第一和第二射频信号进行混频，并利用通带中心频率与需传输射频信号相同的带通滤波器对混频信号进行滤波，最终得到相位稳定的下变频信号。本发明还公开了一种射频信号稳相传输系统。本发明系统复杂度和实现成本更低，兼容性更强。

Description

射频信号稳相传输方法及系统

技术领域

本发明涉及一种信号传输方法，尤其涉及一种射频信号稳相传输方法及系统，属于微波光子学技术领域。

背景技术

稳相传输技术可用于射电天文学、分布式合成孔径雷达、高精度标准时钟分发、粒子加速器等领域，能使得信号经过传输后保持相位稳定。传统地，使用电缆传输射频信号，然而电缆不仅损耗大、重量大而且价格昂贵、易受电磁干扰，不适合用于高质量、长距离的射频信号传输。光纤具有传输损耗低、重量轻、价格便宜、抗电磁干扰以及带宽大等优点，适合用于射频信号的高质量传输，尤其是长距离的信号传输。但是，环境的扰动（特别是温度的变化）将引起光纤等效长度的变化，在光纤中传输的信号经历的延时也随之抖动，导致传输后的射频信号相位不稳定。目前，实现高质量射频信号光纤稳相传输的原理主要分为以下两类：（1）补偿法，即从在光链路中往返传输的信号中提取出光链路传输延时的实时抖动信息，并据此控制相关器件补偿信号在光纤中的传输延时抖动，从而使传输后的射频信号相位趋于稳定。当前报道的用于实现信号光纤传输延时抖动补偿的器件有可调光/电延时线、光纤拉伸器、波长可调激光器、温控光纤卷以及光电调制器。这种方法的局限性是，当环境（主要是温度）有较大变化时，光链路的传输延时抖动很大，而用于实现光链路传输延时抖动补偿的器件的可调节范围是有限的，传输延时抖动超过器件的调节范围时稳相结构将失去功能。（2）混频消除法，亦即通过将两路带有相同传输相位延迟的信号进行混频使得传输相位延迟抖动得以抵消；或者是通过将带有传输相位延迟的信号与待传输的信号进行混频使得待传输的信号预失真，在满足一定的条件下通过同一链路传输后将得到相位稳定的射频信号。相较而言，基于混频消除法实现射频信号光纤稳相传输没有时延调节范围的限制，并且不需要复杂的传输延时抖动信息实时提取电路以及相应的补偿驱动电路。当前报道的基于混频法的稳相传输技术利用多级（3级以上）混频，需要多个混频器、电放大器、电滤波器以及多个高质量的微波源，系统复杂、操作繁琐而且实现成本高（HeY,OrrBJ,BaldwinKG,WoutersMJ,LuitenAN,AbenG,WarringtonRB,Stableradio-frequencytransferoveropticalfiberbyphase-conjugatefrequencymixing[J],OpticalExpress,2013,21(16),P18754-18764.）。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有射频信号稳相传输技术的不足，提供一种系统复杂度及实现成本更低，兼容性更强的射频信号稳相传输方法及系统。

本发明的射频信号稳相传输方法，发送端利用多芯光纤将需传输射频信号稳相传输至接收端，所述多芯光纤至少包括三根纤芯：第一～第三纤芯；发送端将需传输射频信号二分频后进行光电调制，并将调制光信号通过所述多芯光纤的第一纤芯传输至接收端；接收端将接收到的调制光信号分为两部分：一部分通过所述多芯光纤的第二纤芯传输到发送端后再通过多芯光纤的第三纤芯传输到接收端，对这一部分调制光信号进行解调得到第一射频信号；另一部分调制光信号经过解调后再进行三倍频得到第二射频信号；将第一射频信号和第二射频信号进行混频，并利用通带中心频率与需传输射频信号相同的带通滤波器对混频信号进行滤波，最终得到相位稳定的下变频信号。

本发明的射频信号稳相传输系统，包括通过多芯光纤连接的发送端和接收端，所述多芯光纤至少包括三根纤芯：第一～第三纤芯；其特征在于，所述发送端包括：光源、二分频器和光电调制器，需传输射频信号接入二分频器的输入端，二分频器的输出端与光电调制器的电信号输入端连接，光电调制器的光输入端与光源连接，光电调制器的光输出端与第一纤芯连接，第二纤芯和第三纤芯在发送端相互连接；所述接收端包括：带通滤波器、混频器、第一光电探测器、第二光电探测器、光分束器、三倍频器，光分束器的输入端与第一纤芯连接，光分束器的两个输出端分别与第二光电探测器的输入端、第二纤芯连接，第二光电探测器的输出端通过三倍频器与混频器的一个输入端连接，第一光电探测器的输入端、输出端分别与第三纤芯、混频器的另一个输入端连接，混频器的输出端与带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的通带中心频率与需传输射频信号频率相同。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明仅需将通过多芯光纤一根纤芯传输的射频信号三倍频后与通过同一多芯光纤三根纤芯依次传输的射频信号进行混频，即可消除射频信号在光纤中传输引入的相位抖动，不需要多次混频、额外的微波源、复杂的传输延时抖动实时信息提取模块以及相应的传输延时抖动补偿模块。

2、本发明不需要额外微波源，信号经过传输后仅通过单次混频即可实现射频信号光纤稳相传输，系统成本低、结构简洁、易于实现。

附图说明

图1为本发明射频信号稳相传输系统的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的基本思路是：利用通过多芯光纤一根纤芯传输的射频信号三倍频后与通过同一多芯光纤三根纤芯依次传输的射频信号有相同的相位抖动，将上述两个射频信号进行混频即可消除信号在传输中引入的相位抖动。具体而言，本发明所采用的方法为：发送端将需传输射频信号二分频后进行光电调制，并将调制光信号通过所述多芯光纤的第一纤芯传输至接收端；接收端将接收到的调制光信号分为两部分：一部分通过所述多芯光纤的第二纤芯传输到发送端后再通过多芯光纤的第三纤芯传输到接收端，对这一部分调制光信号进行解调得到第一射频信号；另一部分调制光信号经过解调后再进行三倍频得到第二射频信号；将第一射频信号和第二射频信号进行混频，并利用通带中心频率与需传输射频信号相同的带通滤波器对混频信号进行滤波，最终得到相位稳定的下变频信号。

图1显示了本发明射频信号稳相传输系统的一个实施例，如图所示，该系统包括通过多芯光纤连接的发送端和接收端。发送端如图所示，包含激光源、二分频器和马赫-曾德尔调制器，待传输射频信号加在二分频器输入端，马赫-曾德尔调制器的光输入端、电输入端和光输出端分别与激光源的输出端、二分频器输出端、多芯光纤的第一纤芯相接；接收端包含光分束器、光电探测器1、光电探测器2、三倍频器、混频器、带通滤波器，光分束器的输入端及两个输出端分别与多芯光纤第一纤芯、光电探测器2和多芯光纤第二纤芯相连，光电探测器2输出端与三倍频器输入端相连，光电探测器1输入端与多芯光纤第三纤芯相连，混频器的两个输入端分别与光电探测器1的输出端和三倍频器的输出端相连，混频器的输出端与带通滤波器的输入端相连。带通滤波器为窄带带通滤波器，其通带中心频率与待传输射频信号频率相等。

上述系统在工作时，待传输射频信号二分频后在马赫-曾德尔调制器中调制到激光源输出的光载波上，通过多芯光纤的第一纤芯从接收端传到发送端，在接收端该光调制信号被分为两部分，一部分通过光电探测器2检测出射频信号，经过三倍频器后输出射频信号a；另一部分通过多芯光纤第二纤芯传到发送端再通过多芯光纤第三纤芯传到接收端，通过光电探测器1检测出射频信号b；射频信号a和b在混频器中进行下变频，通过带通滤波器滤出该下变频后的信号，即实现了发送端的射频信号稳相传输到接收端。

为了便于公众理解本发明的技术方案，下面对其原理进行进一步说明：

假设待传输的射频信号为，其中、分别为角频率和相位，则通过二分频器后射频信号为，并假设在多芯光纤的纤芯中单程传输的传输延时为，那么待传输的射频信号通过多芯光纤第一纤芯从发送端传输到接收端，通过光分束器分为了两部分，一部分经过光电探测器2检测到的信号为，再经过三倍频器后输出的射频信号a为；另一部分通过多芯光纤第二纤芯传到发送端再通过多芯光纤第三纤芯传到接收端，经过光电探测器1检测到的射频信号b为。射频信号a和b在混频器中进行混频，带通滤波器的通带中心为，带通滤波器的输出信号为，可以看到接收端最终接收到的信号与传输引入的延时无关，相位稳定。

综上，本发明提供的这种射频信号多芯光纤稳相传输方案，不需额外的微波源、复杂的补偿环路，仅在接收端对射频信号进行一次混频即可消除相位抖动，不仅降低了系统复杂度、大幅度降低系统成本，并且与现有的链路中铺设的多芯光纤传输系统具有很强的兼容性。

Claims

1.一种射频信号稳相传输方法，其特征在于，发送端利用多芯光纤将需传输射频信号稳相传输至接收端，所述多芯光纤至少包括三根纤芯：第一～第三纤芯；发送端将需传输射频信号二分频后进行光电调制，并将调制光信号通过所述多芯光纤的第一纤芯传输至接收端；接收端将接收到的调制光信号分为两部分：一部分通过所述多芯光纤的第二纤芯传输到发送端后再通过多芯光纤的第三纤芯传输到接收端，对这一部分调制光信号进行解调得到第一射频信号；另一部分调制光信号经过解调后再进行三倍频得到第二射频信号；将第一射频信号和第二射频信号进行混频，并利用通带中心频率与需传输射频信号相同的带通滤波器对混频信号进行滤波，最终得到相位稳定的下变频信号。

2.一种射频信号稳相传输系统，包括通过多芯光纤连接的发送端和接收端，所述多芯光纤至少包括三根纤芯：第一～第三纤芯；其特征在于，所述发送端包括：光源、二分频器和光电调制器，需传输射频信号接入二分频器的输入端，二分频器的输出端与光电调制器的电信号输入端连接，光电调制器的光输入端与光源连接，光电调制器的光输出端与第一纤芯的输入端连接，第二纤芯的输出端和第三纤芯的输入端相互连接；所述接收端包括：带通滤波器、混频器、第一光电探测器、第二光电探测器、光分束器、三倍频器，光分束器的输入端与第一纤芯的输出端连接，光分束器的两个输出端分别与第二光电探测器的输入端、第二纤芯的输入端连接，第二光电探测器的输出端通过三倍频器与混频器的一个输入端连接，第一光电探测器的输入端、输出端分别与第三纤芯的输出端、混频器的另一个输入端连接，混频器的输出端与带通滤波器的输入端连接，所述带通滤波器的通带中心频率与需传输射频信号频率相同。

3.如权利要求2所述射频信号稳相传输系统，其特征在于，所述光电调制器为马赫曾德尔调制器。