CN105049037B - 基于光电振荡器的高分辨率锁相电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光电振荡器的高分辨率锁相环路。所述锁相环路包括：光电振荡器，被配置为用于输出信号；混频器，被配置为用于将所述输出信号与高纯本振信号进行混频并产生中频信号；直接数字式频率合成器，被配置为用于与所述中频信号进行鉴相，直接数字式频率合成器的输出为直接数字式频率合成器与中频信号的相位差的纹波电压；环路滤波器，被配置为用于从所述纹波电压中提取直流电压；光电振荡器驱动模块，被配置为用于接收所述直流电压并产生可调谐光电振荡器的控制偏置电压，通过所述控制偏置电压控制光电振荡器的输出。本发明既实现了宽带频率高纯高稳定输出，又获得了极高的频率分辨力。

Description

基于光电振荡器的高分辨率锁相电路

技术领域

本发明属于信号源领域，涉及一种基于光电振荡器的高分辨率锁相电路。

背景技术

随着现代雷达和无线电通信技术等的发展，各种电子设备对其内部应用或系统测试使用的频率合成器不断提出更高的要求，其中重要的一点就是要有极高的频率分辨率和优良的相位噪声。如用于计量定标的高性能合成信号发生器通常就要求其频率合成器的输出频率分辨率达到赫兹量级甚至更高。为满足系统对高频率分辨率低噪声的要求，光电振荡器(OEO)是采用新型光电混合手段产生高性能微波振荡源的一种器件，它采用光纤作为储能元件，将连续的光信号通过电光调制器调制后变为频谱纯度高、频率在几百MHz到100GHz范围内的微波信号。光电技术的结合为信号发生提供了一种新的技术途径，它可在微波频段产生高纯信号，然而也存在明显的缺点，诸如近载波频谱纯度差、频率稳定度也不高。

由于玻璃通信光纤的温度敏感度很高，随着温度的变化光纤的延时量也会随之变化，使得振荡信号的频率会发生漂移，不仅如此，其它外部干扰均会破坏其长期稳定性，导致光电振荡器的长期稳定性低。现阶段国内外普遍采用恒温控制与减震的方式来控制OEO的长期稳定性，该种方式结构繁杂且耗能较大。针对光电振荡器频率稳定度不高和杂散大的缺点，现有的技术方案如图1所示：目前采用注入锁定方式：采用一个稳定的微波信号注入长光纤环OEO，控制注入信号频率，让其与长光纤环OEO单独振荡时的某个模式对应频率一致，能够让长光纤环OEO的该个模式信号在“模式竞争”中取得优势，进而抑制其他模式，最终实现单模输出。国内外很多研究机构都在探索将锁相环技术引入到微波光子学领域，把光电振荡器的频率锁定在某一高纯的中频参考频率上，然而要与中频参考频率进行鉴相，就需要首相将OEO的频率降频到兆级的参考频率范围，如果采用分频技术，分频器的噪声和锁相环的倍频效应会很大程度上恶化OEO的相位噪声。然而，现有技术获得的频谱纯度有限，并且只能输出单一频率，无法实现在一段频率范围内高分辨率的输出低噪声高纯度的信号。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于光电振荡器的高分辨率锁相电路，通过将光电振荡器的低噪声特性与锁相环的相位锁定功能相结合，既实现了频率高稳定高纯的输出，同时又获得了极高的频率分辨力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于光电振荡器的高分辨率锁相环路，包括：

光电振荡器，被配置为用于输出信号；

混频器，被配置为用于将所述输出信号与高纯本振信号进行混频并产生中频信号；

直接数字式频率合成器，被配置为用于与所述中频信号进行鉴相，直接数字式频率合成器的输出为直接数字式频率合成器与中频信号的相位差的纹波电压；

环路滤波器，被配置为用于从所述纹波电压中提取直流电压；

光电振荡器驱动模块，被配置为用于接收所述直流电压并产生可调谐光电振荡器的控制偏置电压，通过所述控制偏置电压控制光电振荡器的输出。

进一步，所述锁相环路还包括：

低通滤波器，被配置为用于在所述中频信号进入直接数字式频率合成器之前对所述中频信号进行低通滤波。

进一步，所述环路滤波器采用有源积分滤波器。

进一步，所述高纯本振信号由所述锁相环路产生。

本发明具有如下优点：

本发明将光电振荡器的低噪声特性与锁相环的相位锁定功能相结合，将光电振荡器的输出锁定在直接数字式频率合成器的输入上，克服了光电振荡器频率稳定性不好的缺陷，既实现了宽带频率高纯高稳定的输出，同时又获得了极高的频率分辨力。

附图说明

图1为现有技术中采用注入锁定的方式控制光电振荡器频率稳定的电路结构框图；

图2为本发明中基于光电振荡器的高分辨率锁相电路的结构框图；

其中，1-光电振荡器，2-混频器，3-直接数字式频率合成器，4-环路滤波器，5-光电振荡器驱动模块，6-低通滤波器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

结合图2所示，基于光电振荡器的高分辨率锁相环路，包括：

光电振荡器(OEO)1，被配置为用于输出信号；

混频器2，被配置为用于将所述输出信号与高纯本振信号进行混频并产生中频信号；

直接数字式频率合成器(DDS)3，被配置为用于与所述中频信号进行鉴相，直接数字式频率合成器3的输出为直接数字式频率合成器与中频信号的相位差的纹波电压；

环路滤波器4，被配置为用于从所述纹波电压中提取直流电压；

光电振荡器(OEO)驱动模块5，被配置为用于接收所述直流电压并产生可调谐光电振荡器的控制偏置电压，通过所述控制偏置电压控制光电振荡器1的输出。

此外，上述锁相环路还包括低通滤波器6，被配置为用于在所述中频信号进入直接数字式频率合成器3之前对所述中频信号进行低通滤波。

本发明采用基波混频的方式，能够在不恶化输出相位噪声的条件下将输出高频降到中频后与直接数字式频率合成器3进行锁相，进而将稳定性不好但相位噪声特性极好的输出锁定在高分辨率的DDS上，从而同时实现高分辨率高稳定的光电振荡器输出。

本发明中直接数字式频率合成器3的输出范围为5～500MHz，频率分辨率为0.001Hz，由于采用混频反馈的方式，因此，锁相环路最终输出频率分辨率也为0.001Hz。

本发明中环路滤波器4采用有源积分滤波器。

本发明中高纯本振信号也由锁相环路产生，步进频率为100MHz。

当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。

Claims (3)

1.基于光电振荡器的高分辨率锁相环路，其特征在于，所述锁相环路包括：

光电振荡器，被配置为用于输出信号；

混频器，被配置为用于将所述输出信号与高纯本振信号进行混频并产生中频信号；

直接数字式频率合成器，被配置为用于与所述中频信号进行鉴相，直接数字式频率合成器的输出为直接数字式频率合成器与中频信号的相位差的纹波电压；

环路滤波器，被配置为用于从所述纹波电压中提取直流电压；

光电振荡器驱动模块，被配置为用于接收所述直流电压并产生可调谐光电振荡器的控制偏置电压，通过所述控制偏置电压控制光电振荡器的输出；

所述高纯本振信号由锁相环路产生。

2.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的高分辨率锁相环路，其特征在于，所述锁相环路还包括：

低通滤波器，被配置为用于在所述中频信号进入直接数字式频率合成器之前对所述中频信号进行低通滤波。

3.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的高分辨率锁相环路，其特征在于，所述环路滤波器采用有源积分滤波器。