CN103872553B

CN103872553B - 一种超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法

Info

Publication number: CN103872553B
Application number: CN201410069283.5A
Authority: CN
Inventors: 赵建业; 冷鉴霄; 吴久涛; 张瑶林
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: CN103872553A

Abstract

本发明公布一种超低相位噪声的宽带射频信号的获取方法，其通过一个宽带频率可调的光电振荡器（OEO）与光梳在不同谐波频率上同步，以此来产生高稳定低相噪的微波信号。具体包括通过光梳产生一个脉冲串信号、分成两部分后分别作用于两个独立的光学相位检测器、通过光电振荡器得到射频信号，也分成两部分与从OEO得到的两部分信号分别进行鉴相而产生两个相位误差信号、其中一个相位误差信号经处理后反馈到OEO的电压偏置端并进行锁定，由此获得超低相位噪声的宽带射频信号。本发明可提取到高稳和宽带的射频信号，同时具有非常低的相位噪声。

Description

一种超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法

技术领域

本发明涉及射频信号技术，尤其涉及一种超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法。

背景技术

近几年，基于锁模激光器（MLLS）产生光梳（OFC）的研究，吸引了相当多人的关注。光梳是一种光谱是离散的，且不同分量之间间隔相等的光源。光梳可以生成定时抖动很小的飞秒级的脉冲序列。光梳是一个非常有用的工具，它可以使基准射频信号与光频联系起来，因此正被广泛地应用于各种领域，例如，频率测量，时序分布，光通信和光学时钟。

光梳的应用中，最具挑战性的课题之一，是用光梳来实现以很低的相噪传输并提取一个高稳的微波信号。高稳的微波源可以提高雷达系统的性能，提高甚长基线干涉测量检测的分辨率，以及提高频率合成的精度。作为最纯净的微波源，光梳有许多谐波，这些谐波分量的短期相位噪声都很低。

很多同步方案都使用锁模激光器产生的脉冲序列来同步电振荡器（electronic oscillator），以实现超稳的微波传输。现有技术一般采用压控振荡器，但其具有较高的相位噪声，在一些应用中受到限制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种超低相位噪声的宽带射频信号的获取方法，使一个宽带频率可调的光电振荡器（OEO）与光梳在不同谐波频率上同步，以此来产生高稳定低相噪的微波信号。具有长延迟光纤连接的光电振荡器（OEO）可以在载波频率很高的情况下产生高纯度的微波，并且具有同样的低相位噪声。由于在任何频率的相位噪声都很低，OEO可以取代大部分的电子振荡器，得到超稳的微波源，特别是在几个Ghz或几十Ghz的高频带。

本发明的技术方案是使频率稳定的OFC与OEO同步，而不是与压控振荡器（VCO）同步。这种同步方法可以提取高稳和宽带的射频信号，同时具有非常低的相位噪声。本发明的技术方案包括如下步骤：

1.1）使用一个基于掺铒光纤的OFC，该OFC稳定到一个H-master时钟，由此产生脉冲串；

1.2）OFC产生的信号被分成两部分，分别作用于两个独立的光学相位检测器。

1.3）从OEO得到的射频信号也被分成两部分，从OFC得到的两部分信号与从OEO得到的两部分信号分别进行鉴相，产生两个相位误差信号；

1.4）上述两个相位误差信号其中的一个被低通滤波、放大和PID处理，反馈到OEO的电压偏置端，以10kHz的锁定带宽对OEO进行锁定，由此获得超低相位噪声的宽带射频信号。

在本发明的一个实施例中，上述超低相位噪声的宽带射频信号的获取方法的步骤1.1）基于掺铒光纤的OFC的基本重复率为144.5兆赫，该OFC稳定到一个H-master时钟后产生约35毫瓦的脉冲串。步骤1.3）中从OEO得到的射频信号被分成两部分后均先放大到约16dBm。步骤1.5）两个相位误差信号中的另一个相位误差信号被发送给一个信号分析器和一个用于环外测量的数据记录器。

上述方法中，可调谐的OEO可以锁定到OFC的任意谐波分量上，OEO的频率范围为2Ghz～4Ghz。OEO获取射频信号的方法包括如下步骤：

5.1）先由分布式反馈（DFB）激光器产生光信号，该光信号具有1545nm～1555nm的可调波长，功耗为约10mw，该光信号被传送至光电调制模块（EOM），与OEO反馈回来的射频信号进行幅度调制；

5.2）EOM产生的调制光波，射入500米长的色散渐减光纤（DDF）；

5.3）在色散渐减光纤的末端，用一个快速的PIN光检测器将调制后的光转换为具有一系列模式的射频信号；

5.4）射频信号先用低噪放大器放大，再经过两个可调的带通滤波器，通过调整带宽，使两个滤波器达到高Q值；当两个滤波器的带宽足够窄，只容许步骤5.3)中的射频信号的一个一阶模式通过时，即得到很纯净的射频信号；

5.5）上述经滤波的射频信号通过一个高增益放大器放大，然后用电子耦合器将功率按90:10的比例把信号分成两部分；其中功率较高的部分被反馈到5.1）中的EOM，功率为约3dBm的低功率部分作为标准射频信号输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的射频信号的获取方法具有宽带和低噪两个优点，其频率范围为2Ghz～4Ghz，频率稳定度达到2.2×10^-18/10000s。

附图说明

图1为本发明获取超低相位噪声的宽带射频信号的整体结构示意图。

图2为0E0的获取示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步详细说明本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

图1为本发明获取超低相位噪声的宽带射频信号的整体结构示意图。超低相位噪声的宽带射频信号的获取，包括光相位检测器、相位锁定电路、一个频率范围为2GHz到4GHz的可调OEO和基于掺铒光纤的OFC。宽带射频信号获取的同步是通过光相位检测器在OEO和光梳产生的脉冲串之间构成一个锁相环。在这种同步技术方案中，光电检测和鉴相是两个最基本的技术。许多报告表明，当使用直接的光电转换时，由于光电管内的非线性、饱和、温度漂移和幅度-相位转换等现象会使一定的相位噪声混入需要的信号中。因此，本实施例在OFC和OEO之间采用基于光纤的光学微波相位检测器以构成锁相环（PLL），由此实现具有超低残余相位噪声和极低的长期相位漂移的同步，包括如下步骤：

1.1）使用一个基于掺铒光纤的OFC，，该OFC稳定到一个H-master时钟，由此产生脉冲串；

1.3）从OEO得到的射频信号也被分成两部分，这两部分都先放大；

1.4）从OFC得到的两个信号与从OEO得到的两个信号分别进行鉴相，产生两个相位误差信号；

1.5）上述两个相位误差信号其中的一个被低通滤波、放大和PID处理，反馈到OEO的电压偏置端，以10kHz的锁定带宽对OEO进行锁定，由此获得超低相位噪声的宽带射频信号。

上述超低相位噪声的宽带射频信号的获取方法的步骤1.1）基于掺铒光纤的OFC的基本重复率为144.5兆赫，该OFC稳定到一个H-master时钟后产生约35毫瓦的脉冲串。步骤1.3）中从OEO得到的射频信号被分成两部分后均先放大到约16dBm。步骤1.5）两个相位误差信号中的另一个相位误差信号被发送给一个信号分析器和一个用于环外测量的数据记录器。

本实施例通过一个宽带且频率可调谐的OEO，并使之与稳定OFC产生的脉冲序列同步，用这种方式来提取低相位噪声的微波信号。该OEO具有2GHz到4GHz的可调振荡频率范围。图2为0E0的获取示意图，该OEO的获取方法包括如下步骤：

5.1）先由DFB激光器产生光信号，该光信号具有1545nm～1555nm的可调波长，功耗为约10mw，该光信号被传送至光电调制模块（EOM），与OEO反馈回来的射频信号进行幅度调制；

5.4）射频信号先用低噪放大器放大，再经过两个可调的带通滤波器，通过调整带宽，使两个滤波器达到高Q值；当两个滤波器的带宽足够窄，只容许射频信号的一个一阶模式通过时，即得到很纯净的射频信号；

5.5）经滤波的射频信号通过一个高增益放大器放大，然后用电子耦合器将功率按90:10的比例把信号分成两部分；其中功率较高的部分被反馈到EOM，功率为约3dBm的低功率部分作为输出。

本实施例通过设计上述可调谐的OEO，锁定到OFC的任意谐波分量上，既可产生高稳定低相噪的射频信号，又具有低相位噪声。

Claims

1.一种超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法，其特征是，通过一个宽带频率可调的光电振荡器与一个基于掺铒光纤的光梳在不同谐波频率上同步，由此产生高稳定低相噪的微波信号，包括如下步骤：

1.1)通过将所述光梳稳定到一个H-master时钟，由此产生一个脉冲串信号；

1.2)所述光梳产生的脉冲串信号被分成两部分，分别作用于两个独立的光学相位检测器；

1.3)通过所述光电振荡器获得射频信号，所述射频信号被分成两部分，并与所述光梳得到的两部分信号分别进行鉴相，产生两个相位误差信号；所述光电振荡器通过如下步骤获得射频信号：

5.1)通过一个分布式反馈激光器产生光信号，所述光信号具有1545nm～1555nm的可调波长，功耗为约10mw，该光信号被传送至光电调制模块，与所述光电振荡器反馈回来的射频信号进行幅度调制；

5.2)将上述光电调制模块产生的调制光波射入500米长的色散渐减光纤；

5.3)通过一个快速的PIN光检测器，在所述色散渐减光纤的末端，将调制后的光转换为具有一系列模式的射频信号；

5.4)上述射频信号先用低噪放大器放大，再经过两个可调的带通滤波器，通过调整带宽，使两个带通滤波器达到高Q值；当两个滤波器的带宽足够窄，只容许步骤5.3)所述射频信号的一个一阶模式通过时，即得到很纯净的射频信号；

5.5)上述经滤波的射频信号通过一个高增益放大器放大，然后用电子耦合器将功率按90:10的比例把信号分成两部分；其中功率较高的部分被反馈到步骤5.1)所述光电调制模块，功率为约3dBm的低功率部分作为标准射频信号输出；

1.4)所述两个相位误差信号其中的一个被低通滤波、放大和PID处理后，反馈到所述光电振荡器的电压偏置端，以10kHz的锁定带宽对所述光电振荡器进行锁定，由此获得超低相位噪声的宽带射频信号。

2.如权利要求1所述超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法，其特征是，步骤1.1)所述光梳的基本重复率为144.5兆赫，产生的脉冲串的功率为约35毫瓦。

3.如权利要求1所述超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法，其特征是，步骤1.3)中从所述光电振荡器得到的射频信号被分成两部分后均先放大到约16dBm。

4.如权利要求1所述超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法，其特征是，步骤1.4)所述两个相位误差信号中的另一个相位误差信号被发送给一个信号分析器和一个用于环外测量的数据记录器。

5.如权利要求1所述超低相位噪声的宽带射频信号源的获取方法，其特征是，所述光电振荡器的频率范围为2Ghz～4Ghz。