CN106877939A - 一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，将高性能微波本振信号的光学生成、分发和处理结合起来设计，充分发挥了微波技术与光纤通信的各自优点，解决高频段通信信号变频的带宽限制，降低了系统的复杂度，减小系统的质量和体积、增强了系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力，提高转发效率。该微波光子转发器包括微波本振源和多路输出。微波本振源由光电振荡环路构成，光电振荡环路通过多段光纤引出光子信号至多路输出端口，在多路输出端通过光子学处理手段实现信号处理，并进行光电转换，实现多路转发。

Description

一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器。该转发器通过光子手段实现星上微波信号的产生、传输和频率转换等功能，将不同频段、不同带宽、不同格式的微波信号直接在光纤链路上透明宽带传输，同时完成频带转换(又称光子变频)，利用光子变频解决高频段通信信号变频的带宽限制，有效降低星上载荷质量、体积，提高卫星的抗干扰能力。
背景技术
目前，卫星信息系统需要对高频微波信号进行长距离传输，而高频微波信号在传统星上微波传输介质中传输时会产生很大的损耗，且由于星上电磁干扰大，昼夜温差大，导致使用频率向高频拓展受限，另外由于星上特殊环境，要求微波转发系统的体积、质量尽可能小。
光电振荡器是一种新型的振荡器，由光源、电光调制器、光纤、掺饵光纤放大器、光检测器、电滤波器、电放大器等光电混合谐振环路，能产生高频谱纯度，低相位噪声的微波信号，而且可以实现大范围内可调，应用十分广泛。星上微波光子转发通过光电振荡器产生微波信号，并进行微波光子转发，有效地解决了上述难题，提高了抗干扰能力和微波光子转发效率，对卫星通信中的转发具有重要意义。
但现有方案大多采用将微波本振信号的光子学产生与光纤传输分开设计，利用独立的系统实现上述各个功能，导致系统复杂，体积、质量增大，不能满足星上特殊环境要求。如果能将微波信号的产生、处理与传输结合起来设计，融为一个系统，这样必然会降低系统的体积、重量和功耗，提高微波光子转发效率。
发明内容
技术问题：针对现有方案大多采用将微波本振信号的光学产生与光纤传输分开设计，利用独立的系统实现上述各个功能，导致系统复杂，体积、质量增大，不能满足星上特殊环境要求的问题，本发明提供了一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器。
技术方案：本发明公开一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，包括微波本振源和多路输出，其中，
微波本振源包括：光源、电光调制器、掺铒光纤放大器、电滤波器、第一电放大器、第一光检测器、第一光分路器、第二光分路器、第N光分路器组件；多路输出包括：光滤波器、第二光检测器、第二电放大器组件；其中，
光源的输出端接电光调制器的光输入端；电光调制器的光输出端与掺铒光纤放大器的输入端相接；掺铒光纤放大器的输出端通过n段长光纤依次与第一光分路器、第二光分路器、第N光分路器相连接；最后一个光分路器的其中一个输出端与第一光检测器的输入端相接；第一光检测器的输出端与第一电放大器的输入端相连接；第一电放大器的输出端与电滤波器的输入端相连接；在第一电放大器的输出端分一部分功率作为微波本振信号；电滤波器的输出端与电光调制器的射频信号输入端连接；第一光分路器、第二光分路器、第N光分路器的另一个输出端由光纤拉至多路输出分别与第一路、第二路、第N路的光滤波器的输入端相连接，光滤波器的输出端与第二光检测器的输入端相连接，第二光检测器的输出端与第二电放大器的输入端相连接；第二电放大器的输出端输出的就是转发的微波信号。
所述的微波本振源构成一个光电振荡器，由光电振荡器中的光路通过第一光分路器、第二光分路器、第N光分路器的N个光分路器分别分出一部分光与多路输出端的光滤波器相连，实现微波信号的光子学分发与处理。
所述的多路输出，由光滤波器、第二光检测器、第二电放大器构成一个微波光子滤波器，实现微波信号的光子学处理。
所述的光源为波长为1551.6nm的半导体激光器。
所述的电光调制器的调制带宽为12GHz。
所述的光纤长度为2km。
所述的掺铒光纤放大器的增益大小为30dB。
所述的第一光检测器的探测带宽为33GHz。
所述的第一电放大器的增益区间为10-12GHz。
所述的电滤波器的通带频率为11.45GHz到11.6GHz。
有益效果：解决高频段通信信号变频的带宽限制，降低系统的复杂度，减小了系统的质量和体积、增强系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力，提高转发效率。
附图说明
图1是这种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器的原理图。
其中有：微波本振源和多路输出两大部分，微波本振源包括：光源1、电光调制器2、掺铒光纤放大器3、电滤波器4、第一电放大器5、第一光检测器6、第一光分路器7、第二光分路器8、第N光分路器9；多路输出包括：光滤波器10、第二光检测器11、第二电放大器12。
具体实施方式
结合附图详细说明本发明的结构、实现方法和技术性能。
如图1所示：本发明的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，包括微波本振源和多路输出，微波本振源包括：光源1、电光调制器2、掺铒光纤放大器3、电滤波器4、第一电放大器5、第一光检测器6、第一光分路器7、第二光分路器8、第N光分路器9组件；多路输出包括：光滤波器10、第二光检测器11、第二电放大器12组件；其中，
光源1采用DTS-DFB激光器，波长为1551.6nm；
电光调制器2采用sumitomo住友，铌酸锂光纤调制器T.MXH1.5-10PD MZM；调制带宽为10GHz；
掺铒光纤放大器3采用RC20201型号，增益大小为30dB的光放大器；
电滤波器4采用UAF42窄带带通滤波器，通带频率为11.45GHz到11.6GHz；
第一电放大器5采用低噪声LNA20MHZ放大器，增益区间为10-12GHz；
第一光检测器6采用InGaAs PIN光检测器，带宽为33GHz；
第一光分路器7、第二光分路器8、第N光分路器9组件采用1×2拉锥式光分路器，型号：SC/UPC1-2；
光滤波器10采用双波长的光纤光栅或FP标准具滤波器；
第二光检测器11采用PD-12D型号光检测器，带宽为12GHz；
第二电放大器12采用低噪声LNA20MHZ放大器，增益区间为10-12GHz；
光纤长度为2km。
光源1的输出端接电光调制器2的光输入端；电光调制器2的光输出端与掺铒光纤放大器3的输入端相接；掺铒光纤放大器3的输出端通过与n段长光纤依次第一光分路器7、第二光分路器8、第N光分路器9相连接；最后一个光分路器的其中一个输出端与第一光检测器6的输入端相接；第一光检测器6的输出端与第一电放大器5的输入端相连接；第一电放大器5的输出端与电滤波器4的输入端相连接；在第一电放大器5的输出端分一部分功率作为微波本振信号；电滤波器4的输出端与电光调制器2的射频信号输入端连接；第一光分路器7、第二光分路器8、第N光分路器9的另一个输出由光纤拉至多路输出与光滤波器10的输入端相连接；光滤波器10的输出端与第二光检测器11的输入端相连接，第二光检测器11的输出端与第二电放大器12的输入端相连接；第二电放大器12的输出端输出的就是转发的微波信号。

Claims (10)

1.一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于该微波光子转发器包括微波本振源和多路输出，其中，
微波本振源包括：光源（1）、电光调制器（2）、掺铒光纤放大器（3）、电滤波器（4）、第一电放大器（5）、第一光检测器（6）、第一光分路器（7）、第二光分路器（8）、第N光分路器（9）组件；多路输出包括：光滤波器（10）、第二光检测器（11）、第二电放大器（12）组件；其中，
光源（1）的输出端接电光调制器（2）的光输入端；电光调制器（2）的光输出端与掺铒光纤放大器（3）的输入端相接；掺铒光纤放大器（3）的输出端通过n段长光纤依次与第一光分路器（7）、第二光分路器（8）、第N光分路器（9）相连接；最后一个光分路器的其中一个输出端与第一光检测器（6）的输入端相接；第一光检测器（6）的输出端与第一电放大器（5）的输入端相连接；第一电放大器（5）的输出端与电滤波器（4）的输入端相连接；在第一电放大器（5）的输出端分一部分功率作为微波本振信号；电滤波器（4）的输出端与电光调制器（2）的射频信号输入端连接；第一光分路器（7）、第二光分路器（8）、第N光分路器（9）的另一个输出端由光纤拉至多路输出分别与第一路、第二路、第N路的光滤波器（10）的输入端相连接，光滤波器（10）的输出端与第二光检测器（11）的输入端相连接，第二光检测器（11）的输出端与第二电放大器（12）的输入端相连接；第二电放大器（12）的输出端输出的就是转发的微波信号。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的微波本振源构成一个光电振荡器，由光电振荡器中的光路通过第一光分路器（7）、第二光分路器（8）、第N光分路器（9）的N个光分路器分别分出一部分光与多路输出端的光滤波器（10）相连，实现微波信号的光子学分发与处理。
3.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的多路输出，由光滤波器（10）、第二光检测器（11）、第二电放大器（12）构成一个微波光子滤波器，实现微波信号的光子学处理。
4.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的光源（1）为波长为1551.6nm的半导体激光器。
5.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的电光调制器（2）的调制带宽为12GHz。
6.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的光纤长度为2km。
7.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的掺铒光纤放大器（3）的增益大小为30dB。
8.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的第一光检测器（6）的探测带宽为33 GHz。
9.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的第一电放大器（5）的增益区间为10-12 GHz。
10.根据权利要求1 所述的一种基于光电振荡环路的星上微波光子转发器，其特征在于所述的电滤波器（4）的通带频率为11.45 GHz到11.6 GHz。
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