CN105846899A - 一种宽带射频信号光纤传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种宽带射频信号光纤传输系统，包括接收天线模块、信号预处理模块、调制器模块、光发射模块、光接收模块，其中，接收天线模块包括不同频段的接收天线，接收天线模块将接收到的不同频段的射频信号传输给信号预处理模块；信号预处理模块内的多个放大器将不同频段的射频信号分别放大后传输到调制器模块的多个调制电路上；调制器模块将放大后的射频信号与相应频段的本振源混频得到多个中频信号，多个中频信号经调制后传输到光发射模块的多个光发射电路上；光发射模块通过多个光纤链路将信号传输到光接收模块的多个光接收电路上；光接收模块恢复出相应的多个中频信号。本系统可远程化，并具有高稳定度、低相噪、体积小、成本低等优点。

Description

一种宽带射频信号光纤传输系统

技术领域

本发明涉及雷达信号的光纤传输及信号处理领域，具体地说，涉及一种宽带射频信号光纤传输系统。

背景技术

目前所见的国产雷达均未采用低损耗的光纤来传输回波信号，这使得雷达天线与工作车(此处指操纵员所在的工作方舱)之间的距离不得不限制在几十米范围之内。现有技术中，反辐射导弹能根据雷达天线的电磁辐射对雷达发射地实施攻击，飞机等也可凭借其它观测方(包括目力观察)发现庞大的雷达天线而对雷达发射地进行轰炸等摧毁措施，由于雷达天线与工作车之间的距离过短(几十米范围)，导致操作人员的安全受到严重威胁。

随着现代化技术发展，发明一种低损耗、高稳定度、可远距离传输的射频信号光纤传输系统解决上述问题是迫切需求的。其功能包括传输回波信号和其他信号。

发明内容

本发明提供了一种宽带射频信号光纤传输系统，以解决雷达信号传输距离短、损耗大、稳定性差等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种宽带射频信号光纤传输系统，其特征在于，包括接收天线模块、信号预处理模块、调制器模块、光发射模块、光接收模块，其中，接收天线模块包括不同频段的接收天线，接收天线模块将接收到的不同频段的射频信号传输给信号预处理模块；信号预处理模块内的多个放大器将不同频段的射频信号分别放大后传输到调制器模块的多个调制电路上；调制器模块将放大后的射频信号与相应频段的本振源混频得到多个中频信号，多个中频信号经调制后传输到光发射模块的多个光发射电路上；光发射模块通过多个光纤链路将信号传输到光接收模块的多个光接收电路上；光接收模块恢复出相应的多个中频信号。

优选地，每个调制电路由依次连接的混频器和第一幅相匹配电路组成，其中，第一幅相匹配电路由前置放大器和微带结构匹配网络构成，使得调制电路阻抗匹配，以减小电路的回波反射。

优选地，每个光发射电路包括偏置电源、偏置电路、激光器和第一光隔离器，其中，偏置电路为偏置电源提供偏置电流，信号预处理模块输出的射频信号经偏置电源输出偏置的中频信号，进而激发激光器发出光信号。

优选地，激光器的部分光通过内部的背光二极管转换为电信号并反馈于偏置电路，从而控制偏置电源为激光器提供足够的偏置电流。

优选地，每个光接收电路包括依次连接的第二光隔离器、探测器、与第一幅相匹配电路相同的第二幅相匹配电路、放大电路。

优选地，所述接收天线模块包括C和X接收天线、Ku接收天线、K接收天线、Ka接收天线。

优选地，Ka接收天线的射频信号经信号预处理模块的放大器放大后分解为2路带宽均小于10GHz的信号传输到调制器模块。

优选地，C和X接收天线、Ku接收天线、K接收天线和Ka接收天线的射频信号经信号预处理模块的放大器放大后分别经过5路调制电路、5路光发射电路、5路光纤链路、5路光接收电路，得到5路回波信号。

优选地，所述激光器是尾纤型线性的分布式反馈激光器。

优选地，所述激光器的波长为1550nm。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1是表示本发明实施例的宽带射频光纤传输系统的原理框图；

图2是表示本发明实施例的直接调制的宽带射频光纤传输的系统框图；

图3是表示本发明实施例的光发射电路的原理框图；

图4是表示本发明实施例的第一幅相匹配电路的原理框图；

图5是表示本发明实施例的光接收电路的原理框图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的宽带射频信号光纤传输系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

本发明提供一种宽带射频信号光纤传输系统，主要用于接收和恢复6～40GHz的射频信号，图1是根据本发明实施例的宽带射频光纤传输系统原理框图。如图1所示，接收天线1将接收到的射频信号传输给放大器2；射频信号经放大后传输到调制器3，射频信号在调制器3内与相应频段的本振源混频得到中频信号；中频信号经调制后传输到激光器4，激光器4输出的光信号经光纤链路6传输到探测器5，探测器5恢复出相应的中频信号。在激光器和探测器中，光电转换系统的输入输出信号增益为15dB；输出功率范围为0～20dB；输出谐波失真优于30dB，且光纤传输长度小于5000米。

射频光纤传输模式一般可分为直接调制和外调制两种方式，外调制体积较大，对信号的驱动能力要求严格，目前的技术水平实现较为困难，因此本实施例选用直接调制模式。下面以直接调制模式的光纤传输系统为例来详细说明具体传输过程，图2所示为直接调制模式的光纤传输系统，目前直接调制的半导体激光器带宽一般可达10GHz，因此需要采用多路并行传输的方式。例如，接收天线模块A可以包括C和X接收天线A4(6-12.5GHz)、Ku接收天线A3(12.5-18GHz)、K接收天线A2(18-16.5GHz)、Ka接收天线A1(26.5-40GHz)四种不同频段的接收天线，用于接收不同频段的射频信号，天线接收到的射频信号传输给信号预处理模块B中的放大器放大。图2中共接收到4路射频信号，相应地，信号预处理模块2中设置有4个低相噪放大器B1、B2、B3、B4，具体地说，Ka接收天线A1和放大器B1连接，K接收天线A2和放大器B2连接，Ku接收天线A3和放大器B3连接，C和X接收天线A4和放大器B4连接。信号预处理模块中放大器主要保持射频信号不失真的放大和保证噪声较小，同时系统要求必须要有很好的增益平坦性和驻波比。低噪音放大器电路可以保证整个电路的低噪音特性，还可以通过调节射频信号的大小来使激光器获得最佳的调制深度,以使系统获得更好的三阶交调性能。例如，可以选择Minicircuits公司的ZX60-14012L，其带宽范围为300KHz～14GHz，带内增益平坦度为±1dB，增益典型值为12dB，噪声系数典型值为5.5dB，输入驻波比为1.3，输出驻波比为1.7，能够满足系统所需要求。经放大后的射频信号需要经过调制再传输到光发射模块，由于光发射模块的带宽一般是10GHz，因此采用多路并行传输的方式。C和X接收天线A4、Ku接收天线A3、K接收天线A2的带宽都在10GHz内，而Ka接收天线A1的带宽大于10GHz，因此需要将Ka接收天线A1输出的射频信号分解为两路分别进入调制器模块，因此共有5路射频信号传输到调制器模块C。调制器模块C中具有C101、C102、C103、C104、C105共5个混频器，并且，在混频器后分别连接有第一幅相匹配电路C201、C202、C203、C204、C205，射频信号与调制器模块C内的混频器中的相应频段本振源混频，得到5路0～7GHz的中频信号。经过调制后的信号分别输入到光发射模块D中的5路光发射电路中，激光器D1、D2、D3、D4、D5分别输出光信号，5路光信号分别经光纤链路E1、E2、E3、E4、E5传输到光接收模块F中的探测器F1、F2、F3、F4、F5中，5路探测器分别还原出5路回波信号。

本实施例采用低相噪的5路相参本振源，得到5路中频信号，结合幅相匹配电路，解决了多路信号间的耦合问题，通过高稳定度的光纤链路，实现了一种低损耗、高稳定度、可远距离传输的射频信号光纤传输系统。在信号传输的同时，可以任意移动、拉伸、弯曲光纤传输线，而输出的射频信号与输入射频信号之间能够保持固定的对应关系。

在一个可选实施例中，每个调制电路都包括第一幅相匹配电路。如图2所示，在混频器后还连接有第一幅相匹配电路。如图4所示，以第一幅相匹配电路C201的连接电路为例，其是由前置放大器C2011和微带结构匹配网络C2012构成，使得激光器的调制电路阻抗匹配，例如可以使激光器调制电路匹配到50欧,以减小电路的回波反射。

下面以激光器D1为例说明射频信号传输过程，其他各路光发射电路相同，在此省略描述。如图3所示，偏置电路D12为偏置电源D11提供偏置电流，也就是为激光器D1的正常工作提供足够的偏置电流，激光器D1的发光二极管把射频信号转化为光波进行传输，然后到第一光隔离器D13，第一光隔离器D13只允许单向光通过，正向插入损耗低，反向插入损耗高，然后光传输到光纤链路。而激光器D1内部的背光二极管的检测功能不仅能随时监测激光器的工作与否，还能与偏置电路D12构成反馈回路。此外，当激光器工作时，有部分光通过背光二极管转化成电信号反馈作用于偏置电路D12，为激光器D1提供足够的偏置电流，从而保证射频信号正常功率传输；当激光器不工作时，背光二极管无反应。

此外，本实施例所述的激光器为尾纤型、分布式反馈激光器，并且，其波长为1550nm。其具有线性度高、边摸抑制比高、输出功率高、窄线宽和高驱动电流等优点。且激光器中光电转换系统的输入输出信号增益为15dB、输出功率范围为0～20dB、输出谐波失真优于30dB，其所述光纤为G.652常规光纤，能够保证短距离中继光缆以及接入网光缆的距离短，并且采用较多纤芯不需增加过多成本。

如图5所示，以探测器F1的光接收电路为例，说明光进入光接收模块的过程。其他各路与探测器F1的连接电路相同，在此省略描述。光通过第二光隔离器F11到探测器F1，在探测器F1中，光电二极管将光波转化为射频信号，再经过第二幅相匹配电路F12和放大电路F13恢复出相应的中频信号。其中，第二幅相匹配电路F12可以和第一幅相匹配电路是相同的。最后得到对应6～40GHz频谱上的5路回波信号。特别地，放大电路F13由前置放大器(未示出)和功率放大器(未示出)组成，前置放大器可以采用与信号预处理模块B中相同的放大器。特别地，为保证系统的增益要求，功率放大器可以选择JDSUnique公司的Model H301,其频率范围为75KHz～10GHz,增益14～24dB,增益平坦度±1.5dB，能够更好地恢复射频信号功率。为保证很好的光电转换线度、结构简单、响应速度快，探测器可以选用Picometrix公司的P-15B DC-12GHzPIN，其3dB带宽为12GHz，响应度为0.9A/W。通过以上配置，本实施例的探测器不需要高工作电压，为系统要求提供保证，且探测器中光电转换系统输入输出信号增益15dB、输出功率范围0～20dB、输出谐波失真优于30dB。

综上所述，通过本发明的宽带射频信号光纤传输系统，实现了以下技术效果：

(1)本宽带射频信号光纤传输系统可替代传统的同轴电缆，具有传输回波信号和其他信号的功能，本系统用于雷达传输回波信号时，可使雷达天线远程化，在一定程度上提高了雷达的生存能力；

(2)采用光纤传输系统具有高稳定度、低相噪、体积小、成本低等优点；

(3)在传输过程中，可以任意移动、拉伸、弯曲光纤传输线。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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)

1.一种宽带射频信号光纤传输系统，其特征在于，包括接收天线模块、信号预处理模块、调制器模块、光发射模块、光接收模块，其中，

接收天线模块包括不同频段的接收天线，

接收天线模块将接收到的不同频段的射频信号传输给信号预处理模块；

信号预处理模块内的多个放大器将不同频段的射频信号分别放大后传输到调制器模块的多个调制电路上；

调制器模块将放大后的射频信号与相应频段的本振源混频得到多个中频信号，多个中频信号经调制后传输到光发射模块的多个光发射电路上；

光发射模块通过多个光纤链路将信号传输到光接收模块的多个光接收电路上；

光接收模块恢复出相应的多个中频信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个调制电路由依次连接的混频器和第一幅相匹配电路组成，其中，第一幅相匹配电路由前置放大器和微带结构匹配网络构成，使得调制电路阻抗匹配，以减小电路的回波反射。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个光发射电路包括偏置电源、偏置电路、激光器和第一光隔离器，其中，

偏置电路为偏置电源提供偏置电流，信号预处理模块输出的射频信号经偏置电源输出偏置的中频信号，进而激发激光器发出光信号。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，激光器的部分光通过内部的背光二极管转换为电信号并反馈于偏置电路，从而控制偏置电源为激光器提供足够的偏置电流。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个光接收电路包括依次连接的第二光隔离器、探测器、与第一幅相匹配电路相同的第二幅相匹配电路、放大电路。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述接收天线模块包括C和X接收天线、Ku接收天线、K接收天线、Ka接收天线。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，Ka接收天线的射频信号经信号预处理模块的放大器放大后分解为2路带宽均小于10GHz的信号传输到调制器模块。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，C和X接收天线、Ku接收天线、K接收天线和Ka接收天线的射频信号经信号预处理模块的放大器放大后分别经过5路调制电路、5路光发射电路、5路光纤链路、5路光接收电路，得到5路回波信号。

9.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述激光器是尾纤型线性的分布式反馈激光器。

10.根据权利要9所述的系统，其特征在于，所述激光器的波长为1550nm。