CN103905125B - 模拟微波光链路幅相调控装置 - Google Patents

Abstract

一种模拟微波光链路幅相调控装置，包括单条微波光传输链路，所述微波光传输链路由激光器、外调制器、传输光纤和光探测器顺次连接而成；其创新在于：所述模拟微波光链路幅相调控装置由幅度调节模块、相位调节模块和控制模块组成；幅度调节模块和相位调节模块能在光域上对相关参数进行相互独立的调控；本发明的有益技术效果是：使模拟微波光链路的幅度和相位调节可以独立进行，不会相互干扰，调节方式较多，调节的灵活性较大，调节精度较高；同时调控手段均在光域中完成，克服了信号带宽受限问题。

Description

模拟微波光链路幅相调控装置

技术领域

本发明涉及一种模拟微波光链路信号调制技术，尤其涉及一种模拟微波光链路幅相调控装置。

背景技术

近年来，模拟微波光子传输技术由于其传输损耗小、带宽大、抗电磁干扰、轻便灵活等特点越来越受到业界重视。

如图1所示，图中所示结构为典型的外调制微波光传输链路，该光传输链路由激光器、外调制器、传输光纤以及光探测器四个主要部分构成，其中，激光器用于输出作为光载波用的光波，外调制器用于将射频电信号加载到光载波上，从而形成光载微波信号，传输光纤用于将外调制器输出的光载微波信号传输至光探测器，光探测器用于将光载微波信号复原为电信号。

由于波束网络的形成需要对多路信号的幅度、相位进行加权处理，因此需要对单条模拟微波光链路中光载微波信号的幅度和相位进行精细调控；现有技术中，在对模拟微波光链路的幅度和相位进行调节时，一般采用如下手段：先将光载微波信号恢复为电信号，然后在射频域上对电信号进行幅度和相位的调节，具体调节时采用电衰减器和电移相器进行调控，其中，电衰减器用于对电信号的幅度进行调控，电移相器用于对电信号的相位进行调控；前述的幅相调控方法所存在的问题有：首先，电移相器在调控相位的同时，由于本身的特性限制，不可避免的会对信号幅度造成影响，从而导致幅、相调控不独立；其次，随着射频信号频率或带宽的提高以及链路规模的扩大，电衰减器和电移相器无法处理宽带信号，在应用上具有很大的局限性。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种模拟微波光链路幅相调控装置，其调控对象为单条微波光传输链路，所述微波光传输链路由激光器、外调制器、传输光纤和光探测器顺次连接而成；其创新在于：所述模拟微波光链路幅相调控装置由幅度调节模块、相位调节模块和控制模块组成；

所述幅度调节模块由激光器功率调节模块、调制器转换效率调节模块、光纤增益调节模块、第一探测器偏压调节模块、掺铒光放大器和光衰减器组成；其中，激光器功率调节模块通过第一控制电路与激光器电气连接，激光器功率调节模块能对激光器输出光的光功率进行调节；调制器转换效率调节模块通过第二控制电路与外调制器电气连接，调制器转换效率调节模块能对外调制器的工作偏压点进行调节；掺铒光放大器和光衰减器串接在传输光纤中，掺铒光放大器和光衰减器均与光纤增益调节模块电气连接；光纤增益调节模块能通过掺铒光放大器和光衰减器来对传输光纤中的光功率增益进行控制；第一探测器偏压调节模块通过第三控制电路与光探测器电气连接，第一探测器偏压调节模块能通过调节偏压来控制光探测器的转换效率；

所述相位调节模块由激光器波长调节模块、调制器偏置电压调节模块、光链路延迟调节模块、第二探测器偏压调节模块和光延迟器组成；其中，激光器波长调节模块通过第四控制电路与激光器的散热装置电气连接，激光器波长调节模块能通过控制散热装置来对激光器的工作温度进行调节；调制器偏置电压调节模块通过第二控制电路与外调制器电气连接，调制器偏置电压调节模块能控制外调制器的偏置电压反向；光延迟器串接在传输光纤中，光链路延迟调节模块与光延迟器电气连接，光链路延迟调节模块能对传输光纤中的光信号的传输时延进行调节；第二探测器偏压调节模块通过第五控制电路与光探测器电气连接，第二探测器偏压调节模块能通过调节反向偏压来控制光探测器的反向电场大小；

所述激光器功率调节模块、调制器转换效率调节模块、光纤增益调节模块、第一探测器偏压调节模块、激光器波长调节模块、调制器偏置电压调节模块、光链路延迟调节模块、第二探测器偏压调节模块八者均与控制模块电气连接；控制模块能根据操作人员输入的控制参数对前述八者的动作进行自动控制。

本发明的思路是：幅度和相位是模拟微波光链路中十分重要的两大参量，现有调控方法需要在射频域上对电信号的幅度和相位进行调节，导致幅度和相位无法相互独立，带宽受限，幅度和相位难以兼顾、调控精度较差，并且现有手段的可调参量较少，调节的灵活性很差，为了解决前述问题，发明人考虑弃现有的幅相调控手段，采用全新的调控装置直接对光链路中的光学参量进行调节，从而使幅度和相位的调控能够相对独立、互不干扰，最终保证模拟微波光链路的幅相调控精度及大的工作带宽（由于本发明的调制过程在光域内进行，克服了传统电域调控带来的带宽受限等问题）。

本发明的方案中，分别针对幅度和相位设置了两个调节模块，两个调节模块中又分别设置了四个子模块，共计八个子模块，八个子模块能够对模拟微波光链路中的八种参量进行单独调节，其中一些子模块可以在较大范围内较快地改变幅度和相位的参数，另一些子模块可以对幅度和相位进行十分精细地调节，这种粗细结合、多参量可调的调节方式可以在保证调节精度的基础上大大地提高调节的灵活性，同时还避免了现有技术中幅度和相位调节会相互干扰的问题。控制模块对八个子模块起控制管理作用。

独立的来看每个子模块，单个子模块的调节原理和手段都是现有技术中常用的参量调节方式，但将这些常用参量调节方式组合为本发明的方案后，就解决了现有技术中模拟微波光链路的幅度和相位调节不独立的问题，使技术人员可以对模拟微波光链路中的光载微波信号的幅度和相位进行独立的精确调节，克服了现有技术在射频域上对电信号进行调节的固有缺陷。

优选地，所述第一控制电路采用APC电路实现。APC（Auto Power Control）电路即自动功率控制电路，它是电气领域中常用的电路，并且某些激光器自带有这种电路；该电路的基本功能是：对激光器的输出光功率进行监控进而控制激光器驱动电流的大小，达到稳定激光器输出光功率的目的；采用本发明方案后，可通过激光器功率调节模块控制APC电路对驱动电路的参考电平进行调整，使激光器的输出光功率可根据需要在其额定范围内任意调节，从而实现对光载波幅度的调控。

优选地，所述第二控制电路采用MBC电路实现。MBC（Modulator Bias Controller）电路即调制器偏置点控制电路，该电路是一种常见电路，调制器转换效率调节模块能通过MBC电路对外调制器的工作偏压点进行调节，从而实现对射频信号幅度的控制。

掺铒光放大器和光衰减器均为常见器件，二者结合在一起后，光纤增益调节模块就能通过他们来对传输光纤中的光功率增益进行控制，进而起到控制射频信号幅度的作用。

优选地，所述第三控制电路采用高精度电压源或高精度电压控制电路实现。由于光探测器需要在特定的反向偏压下才能实现最佳的转换效率，所以通过对其偏压的控制可以达到对转换效率的控制，从而完成射频信号的幅度调控。

优选地，所述第四控制电路采用ATC电路实现。ATC（Auto Temperature Control）电路即自动温度控制电路；对于常规的激光器而言，其工作温度与输出光的波长存在正相关性，而不同波长的光在光纤中的传输速度不同，本发明的激光器波长调节模块可通过ATC电路来对激光器的工作温度进行调节，通过调节光在光纤中的传输时延来控制信号相位。

调制器偏置电压调节模块虽然也通过第二控制电路来施加调节作用，但其调节对象不同于调制器转换效率调节模块，调制器偏置电压调节模块的调节对象是调制曲线的正交偏置点电压，通过控制这两点的电压就能使信号相位发生180度翻转，可用于对射频信号相位的大范围粗调。

光链路延迟调节模块能通过光延迟器对传输光纤中的光信号的传输时延进行调节，实质上就实现了对相位的调节；

优选地，所述第五控制电路采用高精度电压源或高精度电压控制电路实现。由于光探测器在不同的反向偏压下所建立的反向电场大小不同，因而产生的电子空穴对受电场作用呈现出不同的运动速度，这就导致载流子传输时间有所差异，传输时间的不同也就会导致射频信号相位的不同，所以在光探测器允许的电压范围内对电压进行调控能够实现信号相位的微调。第五控制电路和第三控制电路为两个独立的控制电路。

本发明的有益技术效果是：使模拟微波光链路的幅度和相位调节可以独立进行，不会相互干扰，调节方式较多，调节的灵活性较大，调节精度较高；同时调控手段均在光域中完成，克服了信号带宽受限问题。

附图说明

图1、典型的外调制微波光传输链路电气原理图；

图2、本发明的电气原理示意图；

图3、本发明的幅度调节模块与外调制微波光传输链路结合后的电气原理图；

图4、本发明的相位调节模块与外调制微波光传输链路结合后的电气原理图；

图中各个标记所对应的名称分别为：激光器1、外调制器2、传输光纤3、光探测器4、光衰减器5、光延迟器6、幅度调节模块A、激光器功率调节模块A1、调制器转换效率调节模块A2、光纤增益调节模块A3、第一探测器偏压调节模块A4、相位调节模块B、激光器波长调节模块B1、调制器偏置电压调节模块B2、光链路延迟调节模块B3、第二探测器偏压调节模块B4、控制模块C、掺铒光放大器EDFA。

具体实施方式

一种模拟微波光链路幅相调控装置，用于调控单条微波光传输链路，所述微波光传输链路由激光器1、外调制器2、传输光纤3和光探测器4顺次连接而成；其创新在于：所述模拟微波光链路幅相调控装置由幅度调节模块A、相位调节模块B和控制模块C组成；

所述幅度调节模块A由激光器功率调节模块A1、调制器转换效率调节模块A2、光纤增益调节模块A3、第一探测器偏压调节模块A4、掺铒光放大器EDFA和光衰减器5组成；

其中，激光器功率调节模块A1通过第一控制电路与激光器1电气连接，激光器功率调节模块A1能对激光器1输出光的光功率进行调节；

调制器转换效率调节模块A2通过第二控制电路与外调制器2电气连接，调制器转换效率调节模块A2能对外调制器2的工作偏压点进行调节；

掺铒光放大器EDFA和光衰减器5串接在传输光纤3中，掺铒光放大器EDFA和光衰减器5均与光纤增益调节模块A3电气连接；光纤增益调节模块A3能通过掺铒光放大器EDFA和光衰减器5来对传输光纤3中的光功率增益进行控制；

第一探测器偏压调节模块A4通过第三控制电路与光探测器4电气连接，第一探测器偏压调节模块A4能通过调节偏压来控制光探测器4的转换效率；

所述相位调节模块B由激光器波长调节模块B1、调制器偏置电压调节模块B2、光链路延迟调节模块B3、第二探测器偏压调节模块B4和光延迟器6组成；

其中，激光器波长调节模块B1通过第四控制电路与激光器1的散热装置电气连接，激光器波长调节模块B1能通过控制散热装置来对激光器1的工作温度进行调节；

调制器偏置电压调节模块B2通过第二控制电路与外调制器2电气连接，调制器偏置电压调节模块B2能控制外调制器2的两个正交偏置点电压，使信号相位发生180度翻转；

光延迟器6串接在传输光纤3中，光链路延迟调节模块B3与光延迟器6电气连接，光链路延迟调节模块B3能对传输光纤3中的光信号的传输时延进行调节；

第二探测器偏压调节模块B4通过第五控制电路与光探测器4电气连接，第二探测器偏压调节模块B4能通过调节反向偏压来控制光探测器4的反向电场大小；

所述激光器功率调节模块A1、调制器转换效率调节模块A2、光纤增益调节模块A3、第一探测器偏压调节模块A4、激光器波长调节模块B1、调制器偏置电压调节模块B2、光链路延迟调节模块B3、第二探测器偏压调节模块B4八者均与控制模块C电气连接；控制模块C能根据操作人员输入的控制参数对前述八者的动作进行自动控制。

进一步地，所述第一控制电路采用APC电路实现。

进一步地，所述第二控制电路采用MBC电路实现。

进一步地，所述第三控制电路采用高精度电压源或高精度电压控制电路实现。

进一步地，所述第四控制电路采用ATC电路实现。

进一步地，所述第五控制电路采用高精度电压源或高精度电压控制电路实现。

Claims (6)

1.一种模拟微波光链路幅相调控装置，用于调控单条微波光传输链路，所述微波光传输链路由激光器（1）、外调制器（2）、传输光纤（3）和光探测器（4）顺次连接而成；其特征在于：所述模拟微波光链路幅相调控装置由幅度调节模块（A）、相位调节模块（B）和控制模块（C）组成；

所述幅度调节模块（A）由激光器功率调节模块（A1）、调制器转换效率调节模块（A2）、光纤增益调节模块（A3）、第一探测器偏压调节模块（A4）、掺铒光放大器（EDFA）和光衰减器（5）组成；

其中，激光器功率调节模块（A1）通过第一控制电路与激光器（1）电气连接，激光器功率调节模块（A1）能对激光器（1）输出光的光功率进行调节；

调制器转换效率调节模块（A2）通过第二控制电路与外调制器（2）电气连接，调制器转换效率调节模块（A2）能对外调制器（2）的工作偏压点进行调节；

掺铒光放大器（EDFA）和光衰减器（5）串接在传输光纤（3）中，掺铒光放大器（EDFA）和光衰减器（5）均与光纤增益调节模块（A3）电气连接；光纤增益调节模块（A3）能通过掺铒光放大器（EDFA）和光衰减器（5）来对传输光纤（3）中的光功率增益进行控制；

第一探测器偏压调节模块（A4）通过第三控制电路与光探测器（4）电气连接，第一探测器偏压调节模块（A4）能通过调节偏压来控制光探测器（4）的转换效率；

所述相位调节模块（B）由激光器波长调节模块（B1）、调制器偏置电压调节模块（B2）、光链路延迟调节模块（B3）、第二探测器偏压调节模块（B4）和光延迟器（6）组成；

其中，激光器波长调节模块（B1）通过第四控制电路与激光器（1）的散热装置电气连接，激光器波长调节模块（B1）能通过控制散热装置来对激光器（1）的工作温度进行调节；

调制器偏置电压调节模块（B2）通过第二控制电路与外调制器（2）电气连接，调制器偏置电压调节模块（B2）能控制外调制器（2）的正交偏置点电压，使信号相位发生180度翻转；

光延迟器（6）串接在传输光纤（3）中，光链路延迟调节模块（B3）与光延迟器（6）电气连接，光链路延迟调节模块（B3）能对传输光纤（3）中的光信号的传输时延进行调节；

第二探测器偏压调节模块（B4）通过第五控制电路与光探测器（4）电气连接，第二探测器偏压调节模块（B4）能通过调节反向偏压来控制光探测器（4）的反向电场大小；

所述激光器功率调节模块（A1）、调制器转换效率调节模块（A2）、光纤增益调节模块（A3）、第一探测器偏压调节模块（A4）、激光器波长调节模块（B1）、调制器偏置电压调节模块（B2）、光链路延迟调节模块（B3）、第二探测器偏压调节模块（B4）八者均与控制模块（C）电气连接；控制模块（C）能根据操作人员输入的控制参数对前述八者的动作进行自动控制。

2.根据权利要求1所述的模拟微波光链路幅相调控装置，其特征在于：所述第一控制电路采用APC电路实现。

3.根据权利要求1所述的模拟微波光链路幅相调控装置，其特征在于：所述第二控制电路采用MBC电路实现。

4.根据权利要求1所述的模拟微波光链路幅相调控装置，其特征在于：所述第三控制电路采用高精度电压源或高精度电压控制电路实现。

5.根据权利要求1所述的模拟微波光链路幅相调控装置，其特征在于：所述第四控制电路采用ATC电路实现。

6.根据权利要求1所述的模拟微波光链路幅相调控装置，其特征在于：所述第五控制电路采用高精度电压源或高精度电压控制电路实现。