CN106374322A - 一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器 - Google Patents

一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，包括带有多个锁相滤波环路的正反馈环路和锁定环路。本发明改善了光电振荡器的近载频相位噪声，改善了单环结构光电振荡器的边模抑制。

Description

一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器
技术领域
本发明涉及光电振荡器。更具体地，涉及一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器。
背景技术
目前市场上的信号源分析仪主要包括引进的E5052A/B、FSUP以及FSWP等型号，这些信号源分析仪的组成主要包括检相器、内部参考源、数字环路、高速AD以及数字处理器等。由于采用了数字互相关技术，这类信号源分析仪的底部噪声均非常优越，而且其只设计了一个待测源输入端口，这使得按照国军标GJB/G3414-98《相位噪声测试系统检定规程》中的检相桥法测量底部噪声无法实现，所以只能选用相位噪声性能优越的频率源对其底部噪声进行校准，目前得到广泛应用的微波振荡器，包括声表面波振荡器SAW，介质振荡器DRO，宽带的YIG振荡器，耿式振荡器等，这些微波振荡器的共同缺点是1kHz以内的相位噪声很差，所以为了兼顾远载频和近载频的相位噪声特性，通常的作法是采用锁相环将其锁定在高稳晶振的相位上，但是这种方法得到的锁相频率源，随着频率的提高，其相位噪声极具恶化，相位噪声水平要差于信号源分析仪的底部噪声，所以目前的各种微波振荡器和频率综合器的相位噪声均不能满足校准信号源分析仪底部噪声的需要。采用高Q值的光纤储能腔的光电振荡器的优势在于，其相位噪声在100Hz～1MHz的傅氏分析频率范围内的指标优越，而且噪声性能不随频率的提高而产生恶化，相位噪声指标要远优于信号源分析仪的底部噪声指标，但是光电振荡器的1Hz～100Hz傅氏分析频率范围内的相位噪声较差，而且由于单环结构中采用的射频滤波器的带外抑制较差造成光电振荡器的边模抑制较差。所以采用多重锁相滤波结构的光电振荡器，一方面可以改善光电振荡器近载频的相位噪声性能，另一方面可以改善单环结构的边模抑制。
目前国内对于信号源分析仪底部噪声的校准，只能通过多台微波振荡器或者是频率综合器结合使用进行校准。这种方法存在的问题是：1、由于源自身的噪声性能的限制，无法校准信号源的底部噪声；2、在信号源分析仪使用互相关算法后，底部无法校准；3、无法对整个傅氏分析频率范围内的底部噪声进行校准。
因此，需要提供一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，尤其是应用在微波频段，需要该光电振荡器在整个傅氏分析频率范围内均具备超低相位噪声，同时需要该光电振荡器的应用可以解决现有的微波频段信号源分析仪的底部噪声校准问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，解决现有的信号源分析仪无法校准的下列问题：1、由于信号源自身的噪声性能的限制，无法校准信号源的底部噪声；2、在信号源分析仪使用互相关算法后，底部噪声无法校准；3、无法对整个傅氏分析频率范围内的底部噪声进行校准。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，包括：
DFB激光器、电光调制器、光电探测器、第一混频器、YIG振荡器、第一锁相滤波环路、第二混频器、谐波产生器、第三混频器、第二锁相滤波环路、500MHz声表面波振荡器、第四锁相滤波环路、100MHz压控振荡器、第三锁相滤波环路和10MHz晶振；
电光调制器利用YIG振荡器的输出信号对DFB激光器产生的激光进行强度调制生成光载波；
光电探测器对通过光纤接收的光载波进行光电转换生成边模信号；
第一混频器对边模信号与YIG振荡器的输出信号进行混频生成第一混频信号；
第一锁相滤波环路将第一混频信号中的任一次边模信号锁定在YIG振荡器的相位上；
相位锁定后的YIG振荡器将输出信号反馈至电光调制器，形成正反馈环路；
10MHZ晶振将产生的第一振荡信号通过第三锁相滤波环路锁定在100MHz压控振荡器上；
100MHz压控振荡器将产生的第二振荡信号分别通过第四锁相滤波环路锁定在500MHz声表面波振荡器上和发送至第三混频器；
500MHz声表面波振荡器驱动谐波产生器产生梳状谱序列信号；
第二混频器对梳状谱序列信号与相位锁定后的YIG振荡器的输出信号进行混频生成第二混频信号；
第三混频器对第二混频信号与第二振荡信号进行混频生成第三混频信号，并通过第二锁相滤波环路将第三混频信号输入电光调制器的偏振端，从而形成锁定环路。
优选地，所述第二混频信号为100MHz中频信号。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案克服了目前校准方法的不足，其具有以下优点：1、应用多重锁相滤波结构的光电振荡器的相位噪声优越，近载频相位噪声得到大幅改善；2、在整个傅氏分析频率范围内的相位噪声指标均非常优越；3、可以实现整个分析傅氏频率范围内，对信号源分析仪的底部噪声进行校准；4、大幅改善单环结构光电振荡器的边模抑制。
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示出基于多重锁相滤波结构的光电振荡器的结构示意图。
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所示，本实施例提供的基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，包括：DFB激光器1、电光调制器2、光电探测器3、第一混频器4、YIG振荡器5、第一锁相滤波环路6、第二混频器7、谐波产生器8、第三混频器9、第二锁相滤波环路10、500MHz声表面波振荡器11、第四锁相滤波环路12、100MHz压控振荡器13、第三锁相滤波环路14和10MHz晶振15；
DFB激光器1的输出端与电光调制器2的光源端通过单模光纤连接，电光调制器2的调制端与光电探测器3的输入端通过单模光纤连接，光电探测器3的输出端与第一混频器4的输入端通过射频电缆连接，第一混频器4的误差端与第一锁相滤波环路6的输入端通过射频电缆连接，第一锁相滤波环路6的输出端与YIG振荡器5的环路端通过射频电缆连接，YIG振荡器5的第一输出端与第一混频器4的YIG端通过射频电缆连接，YIG振荡器5的第二输出端与电光调制器2的YIG端通过射频电缆连接，YIG振荡器5的第三输出端与第二混频器7的YIG端通过射频电缆连接，第二混频器7的误差端与第三混频器9的射频端通过射频电缆连接，第二混频器7的谐波端与谐波产生器8的输出端通过射频电缆连接，混频器C的本振端与100MHz压控振荡器的输出端射频电缆连接，第三混频器9的误差端与第二锁相滤波环路10的输入端通过射频电缆连接，第二锁相滤波环路10的输出端与电光调制器2的偏振端通过射频电缆连接，谐波产生器8的输入端与500MHz声表面波振荡器11的输出端通过射频电缆连接，500MHz声表面波振荡器11的输入端与第四锁相滤波环路12的输出端通过射频电缆连接，第四锁相滤波环路12的输入端与100MHz压控振荡器13的环路端通过射频电缆连接，100MHz压控振荡器13的输入端与第三锁相滤波环路14的输出端通过射频电缆连接，第三锁相滤波环路14的输入端与10MHz晶振15的输出端通过射频电缆连接；
电光调制器2利用YIG振荡器5的输出信号对DFB激光器1产生的激光进行强度调制生成光载波；
光电探测器3对通过光纤接收的光载波进行光电转换生成边模信号；
第一混频器4对边模信号与YIG振荡器5的输出信号进行混频生成第一混频信号；
第一锁相滤波环路6将第一混频信号中的任一次边模信号(一次边模信号、二次边模信号等)锁定在YIG振荡器5的相位上，其中，由于第一锁相滤波环路6的带宽远小于现有的射频滤波器，所以可以有效的对其它次边模信号进行抑制；
相位锁定后的YIG振荡器5将输出信号反馈至电光调制器2，形成正反馈环路，此种情况下，YIG振荡器5的输出信号的相位噪声在分析频率大于1MHz的范围内由YIG振荡器5自身的噪声决定、相位噪声在分析频率小于1MHz的范围内由光电振荡器2自身的噪声决定；
10MHZ晶振15将产生的第一振荡信号通过第三锁相滤波环路14锁定在100MHz压控振荡器13上；
100MHz压控振荡器13将产生的第二振荡信号分别通过第四锁相滤波环路12锁定在500MHz声表面波振荡器11上和发送至第三混频器9；
500MHz声表面波振荡器11驱动谐波产生器8产生梳状谱序列信号；
第二混频器7对梳状谱序列信号与相位锁定后的YIG振荡器5的输出信号进行混频生成第二混频信号，第二混频信号为100MHz中频信号；
第三混频器9对第二混频信号与100MHz压控振荡器13产生的第二振荡信号进行混频生成第三混频信号，并通过第二锁相滤波环路10将第三混频信号输入电光调制器2的偏振端，从而形成锁定环路。
经过多重锁定后的YIG振荡器5的输出信号的相位噪声在分析频率1Hz～100Hz内由10MHZ晶振15和100MHz压控振荡器13的噪声性能决定、相位噪声在分析频率100Hz～1MHz范围内由光电振荡器整体的噪声性能决定、相位噪声在分析频率1MHz范围外由YIG振荡器5的噪声性能决定。
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 (2)

1.一种基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，其特征在于，包括：
DFB激光器、电光调制器、光电探测器、第一混频器、YIG振荡器、第一锁相滤波环路、第二混频器、谐波产生器、第三混频器、第二锁相滤波环路、500MHz声表面波振荡器、第四锁相滤波环路、100MHz压控振荡器、第三锁相滤波环路和10MHz晶振；
电光调制器利用YIG振荡器的输出信号对DFB激光器产生的激光进行强度调制生成光载波；
光电探测器对通过光纤接收的光载波进行光电转换生成边模信号；
第一混频器对边模信号与YIG振荡器的输出信号进行混频生成第一混频信号；
第一锁相滤波环路将第一混频信号中的任一次边模信号锁定在YIG振荡器的相位上；
相位锁定后的YIG振荡器将输出信号反馈至电光调制器，形成正反馈环路；
10MHZ晶振将产生的第一振荡信号通过第三锁相滤波环路锁定在100MHz压控振荡器上；
100MHz压控振荡器将产生的第二振荡信号分别通过第四锁相滤波环路锁定在500MHz声表面波振荡器上和发送至第三混频器；
500MHz声表面波振荡器驱动谐波产生器产生梳状谱序列信号；
第二混频器对梳状谱序列信号与相位锁定后的YIG振荡器的输出信号进行混频生成第二混频信号；
第三混频器对第二混频信号与第二振荡信号进行混频生成第三混频信号，并通过第二锁相滤波环路将第三混频信号输入电光调制器的偏振端，从而形成锁定环路。
2.根据权利要求1所述的基于多重锁相滤波结构的光电振荡器，其特征在于，所述第二混频信号为100MHz中频信号。
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