CN107017952B - 一种低噪声宽带射频光子链路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低噪声宽带射频光子链路，激光光源，用于在驱动电路的驱动下发出连续激光；可调光功率分配器，用于将激光光源发出的激光分成两路；电光调制器，用于将携带信息的射频信号调制到激光信号上；光探测器，用于将接收到的光信号转换成电信号；激光光源的输入端和输出端分别与驱动电路和可调光功率分配器相连，可调光功率分配器的一个输出端通过光纤连接光探测器，可调光功率分配器的另一输出端与电光调制器的输入光纤相连；电光调制器的射频端口与射频信号源相连；电光调制器的输出端通过光纤连接光探测器。本发明将宽带射频调制的光信号与未调制的直流光信号在光探测器中进行相减输出，能够大幅度降低光子链路的噪声。

Description

一种低噪声宽带射频光子链路
技术领域
本发明属于射频信号传输领域，特别涉及一种低噪声宽带射频光子链路。
背景技术
随着电子信息系统向分布式、远程化发展，宽带射频信号的传输和分配在实际电子设备应用中是非常重要的。目前，射频信号的传输主要采用电缆方式，利用电缆传输信号主要存在以下问题：1)信号衰减随频率影响大，频率越高，损耗越大；2)单位长度损耗大，当长距离传输时，信号衰减严重；3)电磁兼容较差，容易受到干扰；4)体积大、重量重，布设比较困难，方式不灵活，对设备的应用带来很多问题。由于电缆的这些问题，在很多情况下，电子信息系统采用射频光子链路技术，利用光纤作为新的射频信号传输方法。
相对于电子技术，光子技术具有以下优点：1)带宽大。由于光学载波的频率很高，如波长1.5μm的光波频率为200THz，考虑10％的相对带宽就为20THz，可以在微波、毫米波频段很好的传输信号；2)损耗低、色散低。相对于同轴电缆，光纤的传输损耗低，约为0.2dB/km，且色散低，易于长距离无失真的传输信号；3)光纤具有较高的可靠性、电磁兼容性及抗干扰能力等，不受外界电磁场的干扰；4)光纤的体积小、重量轻、弯曲直径小、很容易布设，特别适用于对于体积、重量及空间要求苛刻的场合传输射频信号。
射频光子链路将射频信号调制到光波上，利用光纤作为传输介质，直接传输和分配调制的光信号，在末端将光信号再转换为射频信号。射频光子链路利用光纤的特点能够实现宽带、远距离、低损耗、无电磁干扰的信号传输。由于这种信号传输方式需要进行电光和光电转换，不可避免会将激光的噪声叠加到射频信号中，影响传输信号的信噪比。为了实现低噪声的射频信号传输，需要降低光子链路中的光噪声。
目前，低噪声射频光子链路主要采用的方法有光载波抑制技术、双输出调制和匹配平衡探测技术。光载波抑制技术在信号电光转换中控制调制工作点，减小光载波的功率，由于噪声与直流光功率直接相关，这种方法可以减小链路中的噪声。但是，在抑制载波的过程中，不仅会减小信号的功率，还会引入谐波等非线性成分，严重影响传输信号的质量。双输出调制和匹配平衡探测技术采用双输出光调制器实现电光转换，产生两路相位差为180°的调制光信号，这两路光信号经过严格的幅度和相位匹配后，由平衡光探测器对两路信号光电转换并相减处理，从而实现了对光噪声的抑制。双输出调制和匹配平衡探测技术在实现中需要特殊的双输出光调制器，工艺实现复杂，两路光信号在传输中需要极其苛刻的相位匹配，这对宽带信号非常困难，这种方法在实际应用中受到温度变化的影响，很难实现信号相位的精确匹配，不具有实用价值。
发明内容
本发明克服了现有射频光子链路实现方式复杂、应用条件苛刻等问题，提供了一种利用光信号噪声对消技术，将宽带射频调制的光信号与未调制的直流光信号在光探测器中进行相减输出，能够实现宽带、低噪声的射频光纤传输的低噪声宽带射频光子链路。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低噪声宽带射频光子链路，包括
激光光源，用于在驱动电路的驱动下发出连续激光；
可调光功率分配器，用于将激光光源发出的激光分成两路；
电光调制器，用于将携带信息的射频信号调制到激光信号上；
光探测器，用于将接收到的光信号转换成电信号，以恢复所述输入射频信号；
激光光源的输入端和输出端分别与驱动电路和可调光功率分配器相连，可调光功率分配器的一个输出端通过光纤连接光探测器，可调光功率分配器的另一输出端与电光调制器的输入光纤相连；电光调制器的射频端口与射频信号源相连；电光调制器的输出端通过光纤连接光探测器。
进一步地，所述电光调制器的控制端与偏置控制电路相连，偏置控制电路用于将电光调制器的工作点控制在正交点。
进一步地，所述光探测器采用平衡探测方式，将两路激光信号的光电流相减输出，当进入光电探测器的两路激光信号相等时，实现射频信号的低噪声输出。
本发明的有益效果是：本发明利用光信号噪声对消技术，将宽带射频调制的光信号与未调制的直流光信号在光探测器中进行相减输出，可以在不影响有用信号的条件下，将光子链路的噪声极大降低，能够实现宽带、低噪声的射频光纤传输。本发明充分了利用射频光子链路带宽大、损耗低、体积小、重量轻、抗电磁干扰等优点，在射频信号与光信号相互转换和传输中实现了低噪声性能；实现方法简单，无需复杂的光器件及精确的相位匹配，对宽带射频信号的远距离传输和分配具有实际的应用价值。
附图说明
图1为本发明的低噪声宽带射频光子链路结构示意图。
具体实施方式
本发明考虑射频光子链路能够实现宽带、远距离、低损耗、无电磁干扰信号传输的特点，提出了一种低噪声宽带射频光子链路实现方法，对系统的基本架构、工作原理及实施方式做了说明。下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种低噪声宽带射频光子链路，包括
激光光源，用于在驱动电路的驱动下发出连续激光，作为整个光子链路的光载波；光源的驱动电路有效控制激光光源稳定工作，保证输出稳定的光功率和工作波长；
可调光功率分配器，用于将激光光源发出的激光分成两路；
电光调制器，用于将携带信息的射频信号调制到激光信号上，将激光信号转换为调幅的光信号；
光探测器，用于将接收到的光信号转换成电信号，以恢复所述输入射频信号；
激光光源的输入端和输出端分别与驱动电路和可调光功率分配器相连，可调光功率分配器的一个输出端通过光纤连接光探测器，可调光功率分配器的另一输出端与电光调制器的输入光纤相连；电光调制器的射频端口与射频信号源相连；电光调制器的输出端通过光纤连接光探测器。
进一步地，所述电光调制器的控制端与偏置控制电路相连，偏置控制电路用于将电光调制器的工作点控制在正交点。
进一步地，所述光探测器采用平衡探测方式，将两路激光信号的光电流相减输出，当进入光电探测器的两路激光信号相等时，实现射频信号的低噪声输出。
由于在电光转换过程中，直流光作为载波，其功率大小与调制光信号相关；同时，直流光功率也决定光噪声的大小；在光电转换中，光噪声不可避免的叠加到射频信号中，引起信噪比恶化。因此，在保证信号增益的条件下，为了抑制光噪声，本发明采用了宽带噪声对消的方法实现。具体采用可控光分路调制方法，将激光器的输出激光分为功率可调的两路，一路作为光载波通过电光调制器，得到调幅的光信号，另一路作为光噪声对消的直流光，调幅光信号和分路得到的直流光信号经过一定长度的光纤传输到光探测器处。在光电转换中，输入到光探测器的两路光信号功率相等，由于两路光信号中的噪声来自相同的激光光源，通过平衡光探测器中两个光探测单元响应的光电流相减，可以在不影响有用信号的条件下，将光子链路的噪声极大降低。不需要精确的相位匹配，便能为光子链路中噪声抑制提供有效的手段，实现方式简便，可以很好的满足实际应用。
宽带射频信号输入到光调制器中，对输入的激光进行强度调制，输出光功率随射频信号变化的调幅光信号。光调制器的偏置控制电路用来控制器件的工作点，为了保证射频信号的电光转换增益最大，工作点控制在正交点。
调制光信号和直流光信号都通过光纤传输到末端的光探测器。光纤的长度由实际需要的传输距离决定。两个光探测单元分别探测输入的两路光信号，并将得到的电信号相减输出。调节可调光功率分配器，使进入平衡光探测器的两路光信号功率相等，这样就可以利用平衡光探测器的相减探测功能抑制调制光信号的噪声水平，得到高质量的射频信号输出。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种低噪声宽带射频光子链路，其特征在于，包括
激光光源，用于在驱动电路的驱动下发出连续激光；
可调光功率分配器，用于将激光光源发出的激光分成两路；
电光调制器，用于将携带信息的射频信号调制到激光信号上；
光探测器，用于将接收到的光信号转换成电信号，以恢复所述输入射频信号；
激光光源的输入端和输出端分别与驱动电路和可调光功率分配器相连，可调光功率分配器的一个输出端通过光纤连接光探测器，可调光功率分配器的另一输出端与电光调制器的输入光纤相连；电光调制器的射频端口与射频信号源相连；电光调制器的输出端通过光纤连接光探测器；
所述电光调制器的控制端与偏置控制电路相连，偏置控制电路用于将电光调制器的工作点控制在正交点；
所述光探测器采用平衡探测方式，将两路激光信号的光电流相减输出，当进入光电探测器的两路激光信号相等时，实现射频信号的低噪声输出。
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