CN105467229A - 一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置 - Google Patents

一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置，该装置包括参考信号源，第一频率调制模块、第二频率调制模块、数据采集及处理模块；所述第一频率调制模块，用于对待测信号源输出的频率为fdut的待测电信号进行频率调制，获得频率为fb的第一中频待测信号；所述第二频率调制模块，用于对参考信号源输出的频率为fr的参考电信号进行频率调制，获得频率为fb的第二中频参考信号fbr；数据采集及处理模块，用于采集第一中频待测信号和第二中频参考信号，并采用互相关方法对两路信号引入的噪声进行抑制后对待测信号进行测量。本发明所述技术方案，采用光学自混频和互相关技术方法，扩大信号测量的频率范围。

Description

一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置
技术领域
本发明涉及一种微波数字化相位噪声测量装置。更具体地，涉及一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置。
背景技术
目前数字化相位噪声测量仪以TSC5125系列为主，由于其简便快捷，日益得到广泛的应用，但是这种测量仪由于原理的限制，其最大的测量频率范围仅至400MHz，无法测量更高频率范围内的待测信号，所以一般采用双混频下变频的方法进行频率扩展，这种扩展装置包括待测信号、参考信号、公共源、功分器、混频器、低通滤波器、放大器、带通滤波器等，其中公共源信号的水平直接决定了整套测量装置的水平和能力。这是传统模拟下变频器无法回避的问题，必须选择一个相位噪声水平较高的公共源作为本振源，这就使得公共源选择困难，进而造成整套微波数字化相位噪声测量装置的价格昂贵和庞大。
由于目前光学器件的水平得到了大幅的提高，尤其是窄线宽的激光器和高稳定度电光调制器的出现，使得以往在电域里难以解决的问题，可以在光域里找到解决的途径。
因此，需要提供一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置，采用光学自混频和互相关技术方法，扩大信号测量的频率范围及避免公共源选择难造成微波数字化相位噪声测量装置昂贵的问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置，解决了数字化相位噪声测量仪的待测信号频率范围窄、变频装置选择公共源作为本振源的问题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置，所述该装置包括参考信号源，第一频率调制模块、第二频率调制模块、数据采集及处理模块；
所述第一频率调制模块，用于对待测信号源输出的频率为fdut的待测电信号进行频率调制，获得频率为fb的第一中频待测信号；
所述第二频率调制模块，用于对参考信号源输出的频率为fr的参考电信号进行频率调制，获得频率为fb的第二中频参考信号；
数据采集及处理模块，用于采集第一中频待测信号和第二中频参考信号，并采用互相关方法对两路信号引入的噪声进行抑制后对待测信号进行测量。
优选的，所述
第一中频待测信号fb的频率范围为0～400MHz；
第二中频参考信号fbr的频率范围为0～400MHz。
优选的，所述第一频率调制模块包括功分器A、激光器A、偏压控制器A、电光调制器A、光电探测器A、混频器A；
所述功分器A，用于根据所述频率为fdut的待测电信号产生第一待测信号和第二待测信号；
所述电光调制器A，基于所述激光器A产生的激光束将来自所功分器A的述第一待测信号调制为第一光信号，并通过所述偏压控制器A产生的偏置电压将第一光信号的频率调制为fdut+fb，经调制的第一光信号输出至光电探测器；
所述光电探测器A，用于将所属第一光信号转换成第一电信号并输出至混频器A；
所述混频器A，用于将来自所述功分器的第二待测信号与来自所述光电探测器A的第一电信号进行混频，获得频率为fb的第一中频待测信号。
优选的，所述第一频率调制模块进一步包括低通滤波器A；
所述低通滤波器A，用于对来自所述混频器A的频率为fb的第一中频待测信号进行滤波，并将滤波后的信号输出至数据采集及处理模块。
优选的，所述第二频率调制模块包括功分器B、激光器B、偏压控制器B、电光调制器B、光电探测器B、混频器B；
所述功分器B，用于根据所述频率为fr的参考电信号产生第一参考信号和第二参考信号；
所述电光调制器B，基于所述激光器B产生的激光束将来自所功分器B的述第一参考信号调制为第一参考光信号，并通过所述偏压控制器B产生的偏置电压将第一参考光信号的频率调制为fr+fbr，经调制的第一参考光信号输出至光电探测器；
所述光电探测器B，用于将所属第一参考光信号转换成第一参考电信号并输出至混频器B；
所述混频器B，用于将来自所述功分器的第二参考信号与来自所述光电探测器B的第一参考电信号进行混频，获得频率为fb的第二中频参考信号。
优选的，所述第二频率调制模块进一步包括低通滤波器B；
所述低通滤波器B，用于对来自所述混频器B的频率为fbr的第二中频参考信号进行滤波，并将滤波后的信号输出至数据采集及处理模块。
优选的，所述该装置进一步包括
放大器A和放大器B；
所述放大器A和放大器B，分别对所述低通滤波器A和所述低通滤波器B输出的频率为fb的中频信号和频率为fbr的中频信号进行信号放大。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案，克服了目前双混频下变频频率扩展装置的不足，具有以下优点：
1、采用光学自混频原理，解决了传统模拟下变频装置选择公共源作为本振源的困境，没有公共源；
2、扩展了数字化相位噪声测量仪的待测信号的频率范围；
3、采用互相关原理，可以在数字信号处理过程中抑制掉光学自混频部分所带来的噪声。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例中一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所述，本发明公开了一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置，包括：待测信号、参考信号、功分器A、功分器B、电光调制器A、电光调制器B、激光器A、激光器B、偏压控制器A、偏压控制器B、混频器A、混频器B、光电探测器A、光电探测器B、低通滤波器A、低通滤波器B、放大器A、放大器B、数字化相位噪声测量仪。
待测信号的输出端与功分器A的输入端射频电缆连接，功分器A的混频端与混频器A的电混端射频电缆连接，功分器A的调制端与电光调制器A的电输入端射频电缆连接，激光器A的输出端与电光调制器A的光输入端单模光纤连接，偏压控制器A的输出端与电光调制器A的偏压端射频电缆连接，电光调制器A的调制输出端与光电探测器A输入端单模光纤连接，光电探测器A的输出端与混频器A的光混端射频电缆连接，混频器A的中频输出端与低通滤波器A的输入端射频电缆连接低通滤波器A的输出端与放大器A的输入端射频电缆连接，放大器A的输出端与数字化相位噪声测量仪的待测端射频电缆连接。参考信号的输出端与功分器B的输入端射频电缆连接，功分器B的混频端与混频器B的电混端射频电缆连接，功分器B的调制端与电光调制器B的电输入端射频电缆连接，激光器B的输出端与电光调制器B的光输入端单模光纤连接，偏压控制器B的输出端与电光调制器B的偏压端射频电缆连接，电光调制器B的调制输出端与光电探测器B输入端单模光纤连接，光电探测器B的输出端与混频器B的光混端射频电缆连接，混频器B的中频输出端与低通滤波器B的输入端射频电缆连接低通滤波器B的输出端与放大器B的输入端射频电缆连接，放大器B的输出端与数字化相位噪声测量仪的参考端射频电缆连接。
工作时，待测信号fdut经功分器A进行功分输出，功分器A的调制端的输出信号经过电光调制器A与激光器产生的连续激光束进行强度调制，电光调制器A的调制输出光信号经过光电探测器A进行光电转换为电信号，此路电信号通过调整偏压控制器A可以将其频率调整至fdut+fb，此路信号与待测信号经过功分器A输出的另一路电信号fdut通过混频器A进行混频，混频输出经过低通滤波器进行滤波得到中频信号fb，中频信号fb经过放大器A进行放大后，放大输出信号作为数字化相位噪声测量仪的待测信号输入，经过光学自混频的过程已经将待测信号频率变换至数字化相位噪声测量仪的输入频率范围内。参考信号fr经功分器B进行功分输出，功分器B的调制端的输出信号经过电光调制器B与激光器B产生的连续波激光进行强度调制，电光调制器B的调制输出光信号经过光电探测器B进行光电转换为电信号，此路电信号通过调整偏压控制器B可以将其频率调整至fr+fbr，此路信号与待测信号经过功分器B输出的另一路电信号fr通过混频器B进行混频，混频输出经过低通滤波器进行滤波得到中频信号fbr，中频信号fbr经过放大器B进行放大后，放大输出信号作为数字化相位噪声测量仪的参考信号输入，经过光学自混频的过程已经将参考信号频率变换至数字化相位噪声测量仪的输入频率范围内。数字化相位噪声测量仪在数字处理过程中，采用互相关的方法将两路光学自混频引入的噪声抑制掉，实现了数字化相位噪声测量仪测量微波待测信号的相位噪声的目的。
综上所述，本发明所述方案，克服了目前双混频下变频频率扩展装置的不足，采用光学自混频原理，解决了传统模拟下变频装置公共源作为本振源选择困难，造成整套测量装置的价格昂贵和庞大的问题；扩展了数字化相位噪声测量仪的待测信号的频率范围；采用互相关原理，可以在数字信号处理过程中抑制掉光学自混频部分所带来的噪声。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种基于光学自混频和互相关的相位噪声测量装置，其特征在于，所述该装置包括参考信号源，第一频率调制模块、第二频率调制模块、数据采集及处理模块；
所述第一频率调制模块，用于对待测信号源输出的频率为fdut的待测电信号进行频率调制，获得频率为fb的第一中频待测信号；
所述第二频率调制模块，用于对参考信号源输出的频率为fr的参考电信号进行频率调制，获得频率为fb的第二中频参考信号；
数据采集及处理模块，用于采集第一中频待测信号和第二中频参考信号，并采用互相关方法对两路信号引入的噪声进行抑制后对待测信号进行测量。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述
第一中频待测信号fb的频率范围为0～400MHz；
第二中频参考信号fbr的频率范围为0～400MHz。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第一频率调制模块包括功分器A、激光器A、偏压控制器A、电光调制器A、光电探测器A、混频器A；
所述功分器A，用于根据所述频率为fdut的待测电信号产生第一待测信号和第二待测信号；
所述电光调制器A，基于所述激光器A产生的激光束将来自所功分器A的述第一待测信号调制为第一光信号，并通过所述偏压控制器A产生的偏置电压将第一光信号的频率调制为fdut+fb，经调制的第一光信号输出至光电探测器；
所述光电探测器A，用于将所属第一光信号转换成第一电信号并输出至混频器A；
所述混频器A，用于将来自所述功分器的第二待测信号与来自所述光电探测器A的第一电信号进行混频，获得频率为fb的第一中频待测信号。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一频率调制模块进一步包括低通滤波器A；
所述低通滤波器A，用于对来自所述混频器A的频率为fb的第一中频待测信号进行滤波，并将滤波后的信号输出至数据采集及处理模块。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述第二频率调制模块包括功分器B、激光器B、偏压控制器B、电光调制器B、光电探测器B、混频器B；
所述功分器B，用于根据所述频率为fr的参考电信号产生第一参考信号和第二参考信号；
所述电光调制器B，基于所述激光器B产生的激光束将来自所功分器B的述第一参考信号调制为第一参考光信号，并通过所述偏压控制器B产生的偏置电压将第一参考光信号的频率调制为fr+fbr，经调制的第一参考光信号输出至光电探测器；
所述光电探测器B，用于将所属第一参考光信号转换成第一参考电信号并输出至混频器B；
所述混频器B，用于将来自所述功分器的第二参考信号与来自所述光电探测器B的第一参考电信号进行混频，获得频率为fb的第二中频参考信号。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述第二频率调制模块进一步包括低通滤波器B；
所述低通滤波器B，用于对来自所述混频器B的频率为fbr的第二中频参考信号进行滤波，并将滤波后的信号输出至数据采集及处理模块。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述该装置进一步包括
放大器A和放大器B；
所述放大器A和放大器B，分别对所述低通滤波器A和所述低通滤波器B输出的频率为fb的中频信号和频率为fbr的中频信号进行信号放大。
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