CN106911392B - 一种高相位差稳定性的射频光传输系统 - Google Patents

一种高相位差稳定性的射频光传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高相位差稳定性的射频光传输系统，包括光发射机(7)、特种光纤(9)和光接收机(8)；光发射机(7)包括6路射频光发射机模块(2)和1只CWDM波分复用器(3)，特种光纤(9)使用长度为1km的温度不敏感光纤制成，光接收机(8)包括6路射频光接收机模块(5)和1只CWDM解波分复用器(4)。本发明系统，具有高相位差稳定性、体积小、重量轻、功耗低的优点，完全满足机载平台电子抵抗系统的要求，为机载平台电子对抗系统的发展提供了技术保障。

Description

一种高相位差稳定性的射频光传输系统
技术领域
本发明属于射频微波光传输技术，具体涉及一种高相位差稳定性的射频光传输系统。
背景技术
射频光传输系统主要应用于飞机机载平台的电子对抗系统中，实现多路宽带射频信号的光传输和延时。为了解决机载平台对空间狭小、重量敏感的问题，现有方案都是采用射频信号的光传输，但是由于射频信号的路数较多，而且要求各路射频信号的相位差稳定性高，系统中需额外增加相位差校准装置，否则影响机载电子对抗系统的精度。
为了解决上述问题，国内普遍认为影响多路相位差的稳定性因素主要取决于各路光调制信号的波长间隔大小，因此采用的解决方案是采用DWDM形式，使各路之间光波长间隔最小，从而来保证各路射频信号的相位差稳定性。但该方案仍然存在问题和缺陷：
1.相位差稳定性不好，而且变化不规律：6路之间高达130°；
2.光纤的色散问题。由于采用DWDM形式，即C波段的光信号，该波段的光信号在长距离传输时色散严重，从而影响各路之间相位差的稳定性；
3.可靠性差。由于波长间隔较小，高低温下波长漂移会影响系统的稳定性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是：本发明提出一种高相位差稳定性的射频光传输系统，主要用于解决现有系统存在的问题，实现多路射频信号之间的高相位差稳定性。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种高相位差稳定性的射频光传输系统，包括光发射机(7)、特种光纤(9)和光接收机(8)；
其中，光发射机(7)包括6路射频光发射机模块(2)和1只CWDM波分复用器(3)，特种光纤(9)使用长度为1km的温度不敏感光纤制成，使传输光的折射率受温度的变化不明显，改善相位差的稳定性，减少信号的延时差，光接收机(8)包括6路射频光接收机模块(5)和1只CWDM解波分复用器(4)；
工作时，6路射频信号输入(1)分别进入系统的6路射频光发射机模块(2)中，输出的光波进入CWDM波分复用器(3)，并通过特种光纤(9)发送至CWDM解波分复用器(4)，经过解波复用后从6路射频光接收机模块(5)输出6路射频信号输出(6)，实现6路射频信号的光波分复用、延时和传输。
其特征在于，使用的射频光发射机模块(2)输出光波长在13窗口，输出光波长分别是1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm和1370nm，该窗口的光在光纤中传播是色散系数可以忽略，因此能够避免因色散引起的相位差不稳定。
有益效果：
本发明系统，具有高相位差稳定性、体积小、重量轻、功耗低的优点，完全满足机载平台电子抵抗系统的要求，为机载平台电子对抗系统的发展提供了技术保障。
附图说明
图1是一种高相位差稳定性的射频光传输系统框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
下面对本发明做进一步详细说明。参见附图1，本发明的射频光传输系统包括三部分：光发射机、特种光纤和光接收机，实现6路射频信号的光波分复用、延时(5us)和传输。其中光发射机包括6路射频光发射机模块和1只CWDM波分复用器；光纤是1km的特种光纤；光接收机包括6路射频光接收机模块和1只CWDM解波分复用器。本系统中与以往的技术方案的不同，重点在于传输介质的不同——光纤采用的是1km特种光纤，该光纤是温度不敏感光纤，即在该种光纤中传输的光折射率受温度的变化不明显，因此大幅度改善了相位差的稳定性；同时，采用的光发射机输出光波长在13窗口，输出光波长分别是1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm和1370nm，该窗口的光在光纤中传播是色散系数可以忽略，因此可以避免因色散引起的相位差稳定性；采用CWDM形式的系统在-55℃～70℃温度范围引起波长的变化不会导致射频信号指标的劣化(其他方案会引起平坦度变化，增益减小)。
本发明的系统采用1km的特种光纤。通过计算和试验分析发现，光纤的温度漂移特性才是影响多路射频信号相位差的一致性指标，公式如下：
Δφ1-2＝360°·f0·Δτ1-2 (2)
其中，n1和n2分别是两路光波长对应的折射率；L是光纤的长度；C是光在真空中传播速度；ΔT是环境温度的变化量；Δτ1-2是两路射频信号之间的延时差；f0是射频信号的频率；Δφ1-2是两路射频信号之间的相位差变化，其相位差变化越小，相位差的稳定性越好。式(1)中第一项是指不同折射率的光在光纤中随温度变化引起的延时变化；第二项是光纤热胀冷缩引起两路光信号的延时差(采用波分复用，该项可忽略)。通过式(2)可以计算出两种射频信号之间相位差的变化。
对于普通光纤，温度漂移系数约在(30～50)ps/(km·℃)；而本发明中采用的特种光纤的温度漂移系数小于20ps/(km·℃)。因此可以将相位差的变化减小一半。
通过实验验证，本方案的相位差稳定性指标比现有其他方案大大提升了，相位变化从之前的130°降低至60°，完全满足机载平台中电子对抗系统对该指标的要求。
同时，本发明采用输出光波长在13窗口的射频光发射模块。有光纤色散的理论知识可知，13窗口的光色散系数几乎为0ps/(km·nm)；而15窗口的光色散系数高达20ps/(km·nm)。虽然光纤的色散不是影响相位差稳定性的关键指标(因为高低温下色散系数变化不大)，但是较大的色散会劣化射频光传输系统中射频信号的其他指标，比如频率越高，传输光纤距离越远，线性度越差。而13窗口的射频光发射模块解决了该问题，优化了系统指标。
此外，本发明还采用CWDM形式。粗波分复用系统中多路光信号之间的光波长间隔大，且每个通道的有效带宽为±7nm；较DWDM(100G间隔的有效带宽仅为±0.2nm)大很多。光发射模块虽然具有低温温度控制系统，但是在超宽温度变化(-55℃～70℃)范围内，每一路光信号的光波长会有变化，这种变化是有规律的，即高温下波长变大，低温下波长变小，虽然对各路射频信号之间相位差稳定性影响不大，但是DWDM系统中，波长微小变化以至偏离中心波长，就会引起射频信号整个频段频响(增益和平坦度)劣化，如果偏离过大会引起不同频段信号功率跌落，导致系统性能下降(灵敏度变化等)。而本方案中采用CWDM形式，就解决了以上问题，保证整个系统的可靠性。

Claims (2)

1.一种高相位差稳定性的射频光传输系统，包括光发射机(7)、特种光纤(9)和光接收机(8)；
其中，光发射机(7)包括6路射频光发射机模块(2)和1只CWDM波分复用器(3)，使用的射频光发射机模块(2)输出光波长在13窗口，该窗口的光在光纤中传播是色散系数可以忽略，因此能够避免因色散引起的相位差不稳定，特种光纤(9)使用长度为1km的温度不敏感光纤制成，使传输光的折射率受温度的变化不明显，改善相位差的稳定性，减少信号的延时差，光接收机(8)包括6路射频光接收机模块(5)和1只CWDM解波分复用器(4)；
工作时，6路射频信号输入(1)分别进入系统的6路射频光发射机模块(2)中，输出的光波进入CWDM波分复用器(3)，并通过特种光纤(9)发送至CWDM解波分复用器(4)，经过解波复用后从6路射频光接收机模块(5)输出6路射频信号输出(6)，实现6路射频信号的光波分复用、延时和传输。
2.如权利要求1所述的一种高相位差稳定性的射频光传输系统，其特征在于，使用的射频光发射机模块(2)输出光波长分别是1270nm、1290nm、1310nm、1330nm、1350nm和1370nm。
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