CN109286442A - 一种低噪声微波光纤链路装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波信号传输领域，公开了一种低噪声微波光纤链路装置。包括双通道电光转换模块、双通道光电转换模块、光纤A和光纤B，所述双通道电光转换模块包括调制信号单元和直流信号单元，微波信号输入双通道电光转换模块，通过调制信号单元和直流信号单元分别输出调制光信号和直流光信号；所述调制光信号和直流光信号分别通过光纤A和光纤B输入到双通道光电转换模块；双通道光电转换模块包括平衡光探测器，光纤A和光纤B信号分别通过平衡光探测器处理获得微波信号。本发明利用光注入锁定实现主激光器和从激光器的输出特性相关，通过将调制光信号与直流光信号相减探测，获得低噪声微波信号。本发明还公开了一种低噪声微波光纤链路实现方法。

Description

一种低噪声微波光纤链路装置及实现方法

技术领域

本发明涉及微波信号传输领域，特别是一种低噪声微波光纤链路装置及实现方法。

背景技术

电子战、雷达等电子设备必须通过接收和处理来自外界的微波信号实现相应的功能。在飞机、舰船、地面等场合，天线单元和处理单元经常存在一定的距离，需要将宽带的微波信号传输到相应的中央处理单元。

目前，微波信号的传输一般采用电缆方式，利用电缆传输信号主要存在以下问题：1）信号损耗大，距离较长时，信号功率衰减严重；2）幅度随频率波动大，在宽频率范围内，对系统性能影响大；3）电磁兼容性差，在飞机等密集布线的场合，容易受到相互干扰；4）体积大、重量重，布设比较困难，弯曲不灵活，对飞机上的应用带来了很多问题。由于电缆的这些问题，在很多情况下，机载电子战、雷达设备采用微波光纤链路技术，利用光纤作为有效的微波信号传输方法。

相对于传统的电缆技术，光纤技术具有以下优点：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、毫米波频段很平坦的传输信号，幅频波动很小；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微波信号，如飞机平台。

微波光纤链路将微波信号调制到光波上，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微波信号。微波光纤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微波信号中，影响传输信号的信噪比。为了实现低噪声的微波信号传输，需要降低光纤链路中的光噪声。目前，为了降低微波光纤链路的噪声，已报道的方法为光载波抑制技术、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光调制的工作点，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^o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，两路调制光信号在传输中需要极其苛刻的相位匹配，对宽带信号的精确调校非常困难，而且这种方法在实际应用中受到温度变化的影响，无法实现稳定的信号相位精确匹配，不具有实用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种低噪声微波光纤链路装置及实现方法。

本发明采用的技术方案如下：一种低噪声微波光纤链路装置，包括双通道电光转换模块、双通道光电转换模块、光纤A和光纤B，

所述双通道电光转换模块包括调制信号单元和直流信号单元，微波信号输入双通道电光转换模块，通过调制信号单元和直流信号单元分别输出调制光信号和直流光信号；

所述调制光信号和直流光信号分别通过光纤A和光纤B输入到双通道光电转换模块；

所述双通道光电转换模块包括平衡光探测器，光纤A和光纤B信号分别通过平衡光探测器的两个光探测单元进行处理后，输出微波信号。

进一步的，所述双通道电光转换模块具体包括主激光器、可调光分配器、光调制器、从激光器和光环形器，所述主激光器连接可调光分配器，所述可调光分配器具有两路光输出端口，一个连接光调制器，另一个作为种子光连接到光环形器，所述光环形器连接从激光器将种子光注入从激光器，所述从激光器连接光环形器，锁定的光信号从光环形器输出，获得直流光信号。

进一步的，所述光调制器设置了偏置控制电路。

进一步的，所述双通道光电转换模具体包括可调光衰减器和平衡光探测器，所述平衡光探测器包括光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ，所述调制光信号连接光探测器Ⅰ，所述直流光信号连接可调光衰减器后再连接光探测器Ⅱ，所述光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ组成的平衡探测器输出微波信号。

本发明还公开了一种低噪声微波光纤链路实现方法，具体包括以下过程：

主激光器发出的光通过可调光分配器分为两路光，其中一路光经光调制器后输出调制光信号，另一路光作为种子光注入到从激光器，产生锁定的直流光信号；

所述直流光信号经过可调光衰减器调节使直流光信号的功率和调制光信号的功率相等，功率相等的直流光信号和调制光信号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。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本发明利用光注入锁定实现主激光器和从激光器的输出特性相关，通过将调制光信号与直流光信号相减探测，在保证微波信号增益的条件下，实现宽带低噪声微波信号的光纤传输。本发明的光纤链路技术实现微波信号的高性能传输和分配，具有带宽大、噪声低、体积小、重量轻、布设灵活等优点，特别适用于飞机等体积重量要求苛刻的场合。对于电子战、雷达等电子设备中微波信号传输和处理具有实际的应用价值。

附图说明

图1是本发明低噪声微波光纤链路装置的实现原理示意图。

图2是本发明双通道电光转换模块的实现原理示意图。

图3是本发明双通道光电转换模块的实现原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种低噪声微波光纤链路装置，包括双通道电光转换模块、双通道光电转换模块、光纤A和光纤B，所述双通道电光转换模块包括调制信号单元和直流信号单元，微波信号输入双通道电光转换模块，通过调制信号单元和直流信号单元分别输出调制光信号和直流光信号；所述调制光信号和直流光信号分别通过光纤A和光纤B输入到双通道光电转换模块；所述双通道光电转换模块包括平衡光探测器，光纤A和光纤B信号分别通过平衡光探测器的两个光探测单元进行处理后，输出微波信号。本实施例的宽带微波信号输入到双通道电光转换模块中，输出幅度调制的光信号和未调制的直流光信号。调制光信号和直流光信号分别进入光纤A和光纤B中，光纤的长度由需要的传输距离决定。双通道电光转换模块输出的两路光信号，噪声特性相关，一路调制了微波信号，另一路为直流光，作为噪声对消的光载波。在传输末端处，经过光纤后的两路光信号输入到双通道光电转换模块中，由光电转换实现低噪声的微波信号输出。光电转换同时将两路光信号还原为电信号，并将两路信号相减，这样可以在不影响有用微波信号增益的条件下，将光信号中的噪声对消，极大的降低光纤链路的噪声水平。微波光纤链路的带宽由电光转换和光电转换决定。

优选地，如图2所示所述双通道电光转换模块具体包括主激光器、可调光分配器、光调制器、从激光器和光环形器，所述主激光器连接可调光分配器，所述可调光分配器具有两路光输出端口，一个连接光调制器，另一个作为种子光连接到光环形器，所述光环形器连接从激光器将种子光注入从激光器，所述从激光器连接光环形器，锁定的光信号从光环形器输出，获得直流光信号。为了保证链路具有宽带能力（如40GHz），需要采用大带宽的光调制器。主激光器发射连续的激光，经过可调光分配器后，功分为两路。一路作为调制信号的光载波，输入到光调制器中，另一路作为种子光，传到光环形器中。宽带微波信号由光调制器的微波输入端进入光调制器中，对输入的激光进行强度调制，输出幅度随微波信号变化的调制光信号。种子光通过环形器后，注入到从激光器中。从激光器在一定功率的种子光注入条件下，振荡行为实现锁定，从光环行器的端口输出锁定的激光，其波长、噪声等特性与主激光器相同。可调光分配器用于精细调节种子光功率的大小，保证从激光器的注入锁定。可调光分配器调节精度可以达到0.01dB。一般情况下，注入的种子光功率为从激光器输出激光功率的10％左右。本发明提出的电光转换除了可以采用分立的光电元件实现，也可以利用光子集成技术构建相应功能的光电芯片。

优选地，所述光调制器设置了偏置控制电路。光调制器的偏置控制电路用来控制器件的工作点，为了保证微波信号的电光转换增益最大，工作点可以控制在正交点。

优选地，如图3所示，所述双通道光电转换模具体包括可调光衰减器和平衡光探测器，所述平衡光探测器包括光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ所述调制光信号连接光探测器Ⅰ，所述直流光信号连接可调光衰减器后再连接光探测器Ⅱ，所述光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ组成的平衡探测器输出微波信号。通过一定距离传输的调制光信号和直流光信号分别到达末端的光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ。光探测器将输入的光信号响应为电信号输出，实现光电转换。这里采用平衡光探测器作为光电转换，平衡光探测器由两个性能完全相同的光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ组成。光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ同时探测输入的两路光信号，并将得到的电信号相减输出。由于直流光信号比调制光信号功率大，在直流光信号进入光探测器Ⅱ之前采用可调光衰减器，调节光衰减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，得到低噪声的微波信号输出。

本发明还公开了一种低噪声微波光纤链路实现方法，具体包括以下过程：

主激光器发出的光通过可调光分配器分为两路光，其中一路光经光调制器后输出调制光信号，另一路光作为种子光注入到从激光器，产生锁定的直流光信号；

所述直流光信号经过可调光衰减器调节使直流光信号的功率和调制光信号的功率相等，功率相等的直流光信号和调制光信号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。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种低噪声微波光纤链路装置，其特征在于，包括双通道电光转换模块、双通道光电转换模块、光纤A和光纤B，

所述双通道电光转换模块包括调制信号单元和直流信号单元，微波信号输入双通道电光转换模块，通过调制信号单元和直流信号单元分别输出调制光信号和直流光信号；

所述调制光信号和直流光信号分别通过光纤A和光纤B输入到双通道光电转换模块；

所述双通道光电转换模块包括平衡光探测器，光纤A和光纤B信号分别通过平衡光探测器的两个光探测单元进行处理后，输出微波信号。

2.如权利要求1所述的低噪声微波光纤链路装置，其特征在于，所述双通道电光转换模块具体包括主激光器、可调光分配器、光调制器、从激光器和光环形器，所述主激光器连接可调光分配器，所述可调光分配器具有两路光输出端口，一个连接光调制器，另一个作为种子光连接到光环形器，所述光环形器连接从激光器将种子光注入从激光器，所述从激光器连接光环形器，锁定的光信号从光环形器输出，获得直流光信号。

3.如权利要求2所述的低噪声微波光纤链路装置，其特征在于，所述光调制器设置了偏置控制电路。

4.如权利要求3所述的低噪声微波光纤链路装置，其特征在于，所述双通道光电转换模具体包括可调光衰减器和平衡光探测器，所述平衡光探测器包括光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ，所述调制光信号连接光探测器Ⅰ，所述直流光信号连接可调光衰减器后再连接光探测器Ⅱ，所述光探测器Ⅰ和光探测器Ⅱ组成的平衡探测器输出微波信号。

5.一种低噪声微波光纤链路实现方法，其特征在于，具体包括以下过程：

主激光器发出的光通过可调光分配器分为两路光，其中一路光经光调制器后输出调制光信号，另一路光作为种子光注入到从激光器，产生锁定的直流光信号；

所述直流光信号经过可调光衰减器调节使直流光信号的功率和调制光信号的功率相等，功率相等的直流光信号和调制光信号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。