CN103996960A - 振荡系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振荡系统。该振荡系统包括：微波源，用于输出单频信号；第一振荡器，与微波源相连接，用于根据单频信号生成第一振荡信号，并输出第一振荡信号；以及第二振荡器，与第一振荡器相连接，用于根据第一振荡信号得到第二振荡信号。通过本发明，解决了由于注入波源的相噪高导致振荡器输出的振荡信号的相噪高的问题，进而达到了振荡信号的超低相噪的效果。

Description

振荡系统

技术领域

本发明涉及光电信息领域，具体而言，涉及一种振荡系统。

背景技术

稳定的振荡器是电子通信系统的核心。高质量的微波振荡器在光通信、卫星通信、微波通信以及高精度测量等方向起着重要的作用。传统的微波源输出的振荡信号一般通过晶振的多次倍频而得，但随着倍频次数的增加，相位噪声(简称相噪)会越来越大，也就是说，相噪会随着载波频率的增加而增加。光电振荡器(Opto-ElectronicOscillator，简称OEO)解决了该问题，基于光纤延时的OEO的相噪不随振荡频率的升高而增加，从而在微波、毫米波甚至太赫兹频段可以得到极低相噪的振荡信号。然而，通常振荡器的注入波源本身具有较高的相噪，导致振荡器输出的振荡信号的相噪高，使得最终的振荡信号难以满足极低相噪的要求。

针对现有技术中由于注入波源的相噪高而导致振荡器输出的振荡信号相噪高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种振荡系统，以解决现有技术中由于注入波源的相噪高而导致振荡器输出的振荡信号相噪高的问题。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种振荡系统。根据本发明的振荡系统包括：微波源，用于输出单频信号；第一振荡器，与所述微波源相连接，用于根据所述单频信号生成第一振荡信号，并输出所述第一振荡信号；以及第二振荡器，与所述第一振荡器相连接，用于根据所述第一振荡信号得到第二振荡信号。

进一步地，所述第一振荡器为第一光电振荡器，所述第一光电振荡器包括：光源，用于输出光信号；光电转换单元，用于将来自所述光源的所述光信号转换为电信号；微波放大器，与所述光电转换单元和所述微波源分别相连接，其中，所述微波源用于向来自所述光电转换单元的电信号注入所述单频信号，所述微波放大器用于对注入所述单频信号的电信号进行放大；滤波器，与所述微波放大器相连接，用于对放大后的电信号进行滤波。

进一步地，所述光电转换单元包括：电光调制器，用于接收所述光信号并对所述光信号进行调制；光纤卷，与所述电光调制器相连接，用于对调制后的光信号进行延时；光电探测器，与所述光纤卷相连接，用于接收延时后的光信号并将所述延时后的光信号转换为所述电信号。

进一步地，所述第一光电振荡器还包括：第一耦合器，包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端与所述滤波器相连接，所述第一输出端与所述电光调制器的输入端相连接，所述第二输出端与所述第二振荡器相连接，所述第一耦合器用于通过所述第二输出端向所述第二振荡器输出所述第一振荡信号。

进一步地，所述第一光电振荡器还包括：可调光衰减器，与所述电光调制器相连接，用于接收所述光信号并调节所述光信号的功率。

进一步地，所述第一光电振荡器还包括：第二耦合器，与所述微波源相连接，其中，所述单频信号通过所述耦合器耦合至所述微波放大器的输入端。

进一步地，所述光源为激光器。

进一步地，所述第二振荡器为第二光电振荡器，所述振荡系统还包括第三光电振荡器，与所述第二光电振荡器相连接，用于根据所述第二振荡信号得到第三振荡信号。

进一步地，所述第二光电振荡器和所述第三光电振荡器均为与所述第一振荡器具有相同结构的光电振荡器。

进一步地，所述微波源为晶振倍频源或者介质振荡器。

通过本发明实施例，由于微波源输出的单频信号注入到第一振荡器中，通过第一振荡器生成第一振荡信号，由微波源和第一振荡器得到单模、低相噪的第一振荡信号，将该第一振荡信号作为二次注入源，将其注入到第二振荡器，从而得到比第一振荡信号的相噪更低的第二振荡信号，解决了由于注入波源的相噪高导致振荡器输出的振荡信号的相噪高的问题，进而达到了实现振荡信号超低相噪的效果。

附图说明

构成本申请的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的振荡系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例优选的振荡系统的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的振荡信号实测单边带相噪数据图；

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例的一方面提供了一种振荡系统。

图1是根据本发明实施例的振荡系统的结构示意图。如图1所示，该振荡系统包括微波源10、第一振荡器20和第二振荡器30。

微波源10用于输出单频信号。第一振荡器20与微波源10相连接，用于根据单频信号生成第一振荡信号，并输出第一振荡信号。第二振荡器30与第一振荡器20相连接，用于根据第一振荡信号得到第二振荡信号。

微波源10输出的单频信号可以称为单模信号或者单频点信号，微波源10将单频信号注入到第一振荡器20，以注入锁定第一振荡器20。微波源10与第一振荡器20可以通过耦合器或者功率合成器相连接，接入端口可以为第一振荡器20内任意微波器件(例如微波放大器，滤波器等)的前端。第一振荡器20接收该单频信号，根据该单品信号生成第一振荡信号。具体地，第一振荡器20具有多模输出振荡信号，其中，微波源10注入的单频信号与第一振荡器20多模输出振荡信号的一个模式频率严格对准，从而使得该模式在“模式竞争”中取得优势，抑制其它模式的振荡，得到第一振荡信号。

第一振荡器20输出第一振荡信号，以将第一振荡信号注入到第二振荡器30，第二振荡器30根据第一振荡信号生成第二振荡信号，具体地，根据第一振荡信号生成第二振荡信号与根据单频信号生成第一振荡信号的过程原理相同，这里不做赘述。

微波源10可以是晶振倍频源、介质振荡器，也可以是其它商用振荡器。第一振荡器20与第二振荡器30可以是结构或者具有的元器件完全相同的振荡器，也可以是不完全相同的器件所构成的振荡器。其中，第一振荡器20和第二振荡器30可以是基于光纤延时的光电振荡器，该光电振荡器可以采用长光纤环，旨在降低振荡器输出信号的相噪。

本发明实施例中，由于微波源输出的单频信号注入到第一振荡器中，第一振荡器根据微波源注入的单频信号得到单模、低相噪的第一振荡信号，将该第一振荡信号作为二次注入源，将其注入到第二振荡器，从而得到比第一振荡信号的相噪更低的第二振荡信号，解决了由于注入波源的相噪高导致振荡器输出的振荡信号的相噪高的问题，进而达到了振荡信号极低相噪的效果。

优选地，第一振荡器为第一光电振荡器，第二振荡器为第二光电振荡器，其中，第一光电振荡器包括光源、光电转换单元、微波放大器和滤波器。光源用于输出光信号。光电转换单元用于将来自光源的光信号转换为电信号，当然，光电转换单元也可以将电信号转化为光信号，以便于对电信号进行延时处理。微波放大器与光电转换单元和微波源分别相连接，其中，微波源用于向来自光电转换单元的电信号注入单频信号，微波放大器用于对注入单频信号的电信号进行放大。滤波器与微波放大器相连接，用于对放大后的电信号进行滤波。

光源可以是激光器，其输出的光信号为电光调制器提供光载波信号，电光调制器接收光源的光信号并对其进行幅度调制，已调光信号通过光纤延时传送至光电探测器端完成光电转换还原成电信号，然后将该电信号传输至微波放大器，微波放大器用于将该电信号进行放大处理，补偿环路损耗，使得正反馈环路的增益大于1。

优选地，光电转换单元包括：电光调制器，用于接收光信号并对光信号进行调制，该调制可以是对光信号进行幅度调制；光纤卷，与电光调制器相连接，用于对调制后的光信号进行延时；光电探测器，与光纤卷相连接，用于接收延时后的光信号并将延时后的光信号转换为电信号。

本发明实施例的光纤卷可以采用长光纤环，由于光电振荡器的振荡信号的相噪与光线延时量的平方成反比，即，光纤越长，相噪越低，采用光纤延时可以有效降低相噪。其中，电光调制器可以用于对光信号进行强度调制。

优选地，第一光电振荡器还包括第一耦合器，该第一耦合器包括输入端、第一输出端和第二输出端，输入端与滤波器相连接，第一输出端与电光调制器的输入端相连接，第二输出端与第二振荡器相连接，第一耦合器用于通过第二输出端向第二振荡器输出第一振荡信号。

本发明实施例中，通过第一耦合器将从滤波器接收到的电信号传输至电光调制器，从而在第一光电振荡器中形成正反馈回路，具体地，如图2所示，光源所发送的光载波进入电光调制器进行幅度调制后，再通过光延时线即光纤卷进行延时，延时后的光信号通过光电探测器还原成电信号；该电信号再经过微波放大器进行放大，接着通过滤波器进行滤波，再通过第一耦合器反馈给电光调制器的电输入端进行下一次循环，形成正反馈回路。对于某些特定频点信号，如果其满足巴克豪森条件(开环增益大于1，相位差为2π的整数倍)，该频点的信号就能实现正反馈振荡，产生低相噪的振荡信号即第一振荡信号。

优选地，第一光电振荡器还包括可调光衰减器(图中未示出)，该可调光衰减器与电光调制器相连接，用于接收光信号并调节该光信号的功率。具体地，当光源为激光器时，可调光衰减器与激光器和电光调制器分别相连接，用于调节激光器输出的光信号的光功率，并将调节后的光信号输出至电光调制器，以达到调节输入至所述电光调制器光功率的目的。

优选地，第一光电振荡器还包括第二耦合器(图中未示出)，第二耦合器与微波源相连接，其中，单频信号通过耦合器耦合至微波放大器的输入端。具体地，激光器所发送的光载波通过可调光衰减器后进入电光调制器被系统噪声调制后通过光延时线进行延时，延时后的光信号通过光电探测器还原成电信号；该电信号再经过微波放大器最后通过窄带滤波器进行滤波后再反馈给电光调制器的电输入端进行下一次循环。对于某些特定频点信号，如果其满足巴克豪森条件(开环增益大于1，相位差为2π的整数倍)，该频点的信号就能实现正反馈振荡，产生低相噪的振荡信号。

优选地，振荡系统还包括第三光电振荡器，该第三光电振荡器与第二光电振荡器相连接，用于根据第二振荡信号得到第三振荡信号。其中，根据第二振荡信号得到第三振荡信号的原理与根据第一振荡信号生成第二振荡信号的原理相同，这里不做赘述。由于采用第三光电振荡器，通过将第二振荡信号作为第三光电振荡器的注入源，由于第二振荡信号为单模、低相噪的振荡信号，因此通过第三光电振荡器得到的第三振荡信号比第二振荡信号的相噪更低，从而进一步降低了振荡信号的相噪。

优选地，第二光电振荡器和第三光电振荡器均为与第一光电振荡器具有相同结构的光电振荡器。第一光电振荡器得到第一振荡信号后，通过第一光电振荡器的第一耦合器将该第一振荡信号输出，并注入到第二光电振荡器的耦合器，作为第二光电振荡器的注入源，其中，第二光电振荡器中由第一振荡信号生成第二振荡信号的原理与由单频信号生成第一振荡信号的原理相同，这里不做赘述。

优选地，本发明实施例的微波源为晶振倍频源或者介质振荡器。

需要说明的是，本发明实施例的振荡系统还可以采用第四光电振荡器、第五光电振荡器等等，更多个光电振荡器，从而降低输出的振荡信号的相噪。

本发明采用二次注入的方案来进一步降低相噪，第一级采用微波源例如介质腔振荡器注入锁定第一光电振荡器如长环OEO，得到单模的、低相噪的二次注入源，然后将之注入到第二光电振荡器(可以是长环OEO)，最终得到超低相噪的振荡信号。

本发明实施例中，将商用微波源注入锁定一长环OEO，对其杂散进行抑制，在完成首次注锁后得到高稳定的二次注入源，然后注入锁定另一个长环OEO，鉴于二次注入信号的低相噪性，最终振荡信号将具有极低的相噪。该方案与传统注入锁定OEO的本质区别在于，采用二次注入锁定的方案，在本质上提高了注入信号的稳定性，进而降低OEO振荡信号的相噪。

下面通过图1和图2对本发明实施例进行详细描述。

本发明实施例中，微波源注入锁定长环光电振荡器的其中一个振荡模式，通过“模式竞争”机制抑制其它模式的起振，保证其低相噪且单模输出；第一振荡器20的振荡信号作为二次注入信号，注入锁定第二振荡器30，鉴于二次注入信号的高稳定性，第二振荡器30不仅能够实现单模输出，而且其相噪能够进一步降低，实现单模、超低相噪输出。

让第一振荡器20处于振荡状态，将微波源输出信号频率对准振荡信号的某个模式频点，通过耦合器耦合至微波放大器的输入端，通过滤波器、耦合器后连接至电光调制器的电输入端口对光载波进行幅度调制，经过光纤卷延时后到达光电探测器，实现电光转换后再次到达微波放大器的输入端口进行下次循环。由于外界注入源的引入，被注入源对准频点的起振功率要稍大于其它模式，使其在“模式竞争”中取得优势地位，多次循环后对其它模式进行了有效抑制，最终实现单模输出。该输出信号不仅具有注入源的单模特点，而且具有长环OEO低相噪的特点，实现了单模、低相噪的稳定输出。将该输出作为二次注入源，注入锁定至第二振荡器30，类似第一振荡器20被注入锁定原理，最终能够实现单模、超低相噪的振荡信号。鉴于二次注入源的高稳定性，最终输出信号的相噪将得到进一步提高。

本实施例中，微波源可以采用多伦科技有限公司型号为DRO0811的介质振荡器；激光器可以采用Ortel公司型号为1772的分布反馈型半导体激光器，其最大输出功率可达70mW，鉴于激光器的高功率输出对应低的相对强度噪声的考虑，实验中让激光器工作在饱和输出功率下，后可接一个可调光衰减器来改变注入调制器端的光功率；电光调制器可以采用Convega公司的型号为LN058的低半波电压马赫-增德尔型强度调制器；光电探测器可以采用Optilab公司的型号为PD-30高饱和功率(大于35mW)、高速(30GHz)PIN型探测器；滤波器可以采用MICROWAVE公司型号为K&L3C60的窄带滤波器，其中心频率为9.5GHz，带宽为20MHz；微波放大器可以采用级联形式，其增益为50dB、噪声系数为1.8dB。

图3是根据本发明实施例的振荡信号相噪的实测单边带相噪数据图。由图不难看出，商用9.5GHz DRO的相噪在10kHz频偏为-121dBc/Hz；注入锁定长环OEO后，相噪明显降低，下降到-135dBc/Hz；通过二次注入后，相噪进一步下降到-146dBc/Hz。综上所述，通过二次注入，OEO的相噪得到了进一步降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种振荡系统，其特征在于，包括：

微波源，用于输出单频信号；

第一振荡器，与所述微波源相连接，用于根据所述单频信号生成第一振荡信号，并输出所述第一振荡信号；以及

第二振荡器，与所述第一振荡器相连接，用于根据所述第一振荡信号得到第二振荡信号。

2.根据权利要求1所述的振荡系统，其特征在于，所述第一振荡器为第一光电振荡器，所述第一光电振荡器包括：

光源，用于输出光信号；

光电转换单元，用于将来自所述光源的所述光信号转换为电信号；

微波放大器，与所述光电转换单元和所述微波源分别相连接，其中，所述微波源用于向来自所述光电转换单元的电信号注入所述单频信号，所述微波放大器用于对注入所述单频信号的电信号进行放大；以及

滤波器，与所述微波放大器相连接，用于对放大后的电信号进行滤波。

3.根据权利要求2所述的振荡系统，其特征在于，所述光电转换单元包括：

电光调制器，用于接收所述光信号并对所述光信号进行调制；

光纤卷，与所述电光调制器相连接，用于对调制后的光信号进行延时；以及

光电探测器，与所述光纤卷相连接，用于接收延时后的光信号并将所述延时后的光信号转换为所述电信号。

4.根据权利要求3所述的振荡系统，其特征在于，所述第一光电振荡器还包括：第一耦合器，包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述输入端与所述滤波器相连接，所述第一输出端与所述电光调制器的输入端相连接，所述第二输出端与所述第二振荡器相连接，所述第一耦合器用于通过所述第二输出端向所述第二振荡器输出所述第一振荡信号。

5.根据权利要求3所述的振荡系统，其特征在于，所述第一光电振荡器还包括：可调光衰减器，与所述电光调制器相连接，用于接收所述光信号并调节所述光信号的功率。

6.根据权利要求2所述的振荡系统，其特征在于，所述第一光电振荡器还包括：第二耦合器，与所述微波源相连接，其中，所述单频信号通过所述耦合器耦合至所述微波放大器的输入端。

7.根据权利要求2所述的振荡系统，其特征在于，所述光源为激光器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的振荡系统，其特征在于，所述第二振荡器为第二光电振荡器，所述振荡系统还包括：第三光电振荡器，与所述第二光电振荡器相连接，用于根据所述第二振荡信号得到第三振荡信号。

9.根据权利要求8所述的振荡系统，其特征在于，所述第二光电振荡器和所述第三光电振荡器均为与所述第一振荡器具有相同结构的光电振荡器。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的振荡系统，其特征在于，所述微波源为晶振倍频源或者介质振荡器。