CN110336611B - 基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，包括：一个分布式反馈激光器，一个双平行马赫曾德尔调制器，一个光功率放大器，一段单模光纤，一个光电探测器，三个直流源，一个参考信号源，一个功率衰减器，和一个超宽带天线。本发明中，只需通过调整三个直流源，就能够同时实现镜像干扰的抑制和补偿长距离光纤传输带来的功率周期性耗散。本发明中的混频器结构脱离了对移相器或者正交耦合器的依赖，避免了由于相位不精确引起的镜像抑制性能减弱问题，而且，结构简单，操作方便。

Description

基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器

技术领域

本发明属于微波光子学领域，具体来说，涉及一种基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器。

背景技术

近年来，微波光子学的发展得到了广泛的关注，相比于传统的电学技术，微波光子具有更大的带宽，更好的隔离度，抗电磁干扰，重量轻，体积小等优势。其中，微波光子混频器在实现将高频率信号下变频，或者将低频信号上变频的过程中发挥了重要的作用。然而，在实际应用过程中，人为产生的镜像信号对混频器的变频结果有着明显的干扰。由于镜像信号变频之后的中频信号和射频信号变频之后的中频信号有着同样的频率，无法通过滤波器来将其分离，最终使得信号中所携带的信息出现失真。因此，具有镜像干扰抑制技术的混频器得到了广泛的研究。

传统的镜像干扰抑制技术都是基于Hartley相位相消结构，通过移相器或者90度电桥来引入镜像信号和射频信号之间的相位差，这种方法对相位精确度有着很强的依赖。另外，90度电桥往往受到了频率的限制，带宽范围不能有效地扩大，无法适用于处理高频段，大带宽的通信系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，以至少部分解决上述问题。

为达到以上目的，本发明提出了一种基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，包括：

一分布式反馈激光器，用于提供光源；

进一步的，该分布式反馈激光器的工作波长为1530nm-1610nm。

一双平行马赫曾德尔调制器，其输入端与该分布式反馈激光器的输出端相连，用于对分布式反馈激光器输出的光源信号进行调制；

进一步的，该双平行马赫增德尔调制器包括：

多个子调制器，各个子调制器设有直流输入端、第一微波输入端和第二微波输入端；

主调制器，设有直流输入端；

更进一步的，该双平行马赫曾德尔调制器是铌酸锂晶体的电光调制器，该双平行马赫曾德尔调制器的工作波长为1530nm-1610nm，处理微波信号的带宽≥22GHz，消光比≥20dB，半波电压≥4V。

一光功率放大器，其输入端与该双平行马赫曾德尔调制器的输出端相连，用于对光源信号进行功率放大；

进一步的，该光功率放大器的工作带宽大于双平行马赫曾德尔调制器的工作带宽。

一单模光纤，其输入端与该光功率放大器的输出端相连，用于为不同波长的光源信号引入不同程度的色散；

进一步的，该单模光纤与分布式反馈激光器的波长相匹配，该单模光纤的工作波长为1530nm-1610nm。

一光电探测器，其输入端与单模光纤的输出端相连，用于接收经过所述单模光纤传输的光源信号，并将其转化为电信号；

进一步的，该光电探测器为磷化铟材料或者硅基材料制作，该光电探测器的工作带宽大于双平行马赫曾德尔调制器的工作带宽。

一参考微波信号源，其输出端与该双平行马赫曾德尔调制器的第一微波输入端相连，用于提供特定频率的参考微波信号；

进一步的，该参考微波信号源的信号带宽大于双平行马赫曾德尔调制器最大带宽的一半。

多个直流源，各个直流源的直流输出端与该双平行马赫曾德尔调制器的直流输入端相连，用于控制该双平行马赫曾德尔调制器中的子调制器和主调制器进行直流偏置；

进一步的，各个该直流源的电压范围为0V-30V。

一超宽带天线，其接收端面向无线信道，用于接收微波信号，且其输出端与一功率衰减器的输入端相连，用于将该微波信号传输至功率衰减器进行功率衰减；以及

进一步的，该超宽带天线的工作频率＞10GHz。

该功率衰减器，其输出端与该双平行马赫曾德尔调制器的第二微波输入端相连，并将超宽带天线所接收的微波信号引入到光域。

进一步的，该功率衰减器的工作频率和超宽带天线的工作频率相匹配，该功率衰减器的工作频率＞10GHz。

本发明提供的该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，具有以下有益效果：

基于光纤色散效应的方法实现镜像干扰的抑制，摆脱了传统Hartley结构的镜像抑制混频器对相位精确度的依赖，克服了90度电桥的频率限制。

附图说明

图1是本发明实施例基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器的结构示意图；

图2是图1中的双平行马赫曾德尔调制器的内部结构图。

图中：

分布式反馈激光器1 双平行马赫增德尔调制器2

光功率放大器3 单模光纤4

光电探测器5 参考微波信号源6

直流源7、8、9 超宽带天线10

功率衰减器11 子调制器71、81

主调制器91 直流输入端2-1、2-1、2-3

微波输入端2-4、2-5

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明的主要目的在于，提出一种基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，以摆脱对移相器和90度电桥的依赖，避免相位不精确和带宽限制带来的影响。

基于此，请参阅图1所示，本发明一实施例提供了一种该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，该混频器及其工作过程详细描述如下，包括：

一分布式反馈激光器1，其作用在于提供高质量、低相噪的光载波信号，波长在1530nm-1610nm范围内；

本实施例中，分布式反馈激光器1提供光载波波长为1550nm左右的光源信号。

一双平行马赫曾德尔调制器2，其输入端与分布式反馈激光器1的输出端相连，用于实现对分布式反馈激光器输出的光载波信号进行调制；

一些实施例中，该双平行马赫曾德尔调制器是用铌酸锂晶体制成的电光调制器，该双平行马赫曾德尔调制器的工作波长为1530nm-1610nm，处理微波信号的带宽≥22GHz，消光比≥20dB，半波电压≥4V；

本实施例中，由分布式反馈激光器1输出的光载波光源信号进入双平行马赫增德尔调制器2做进一步处理，该进一步处理过程详细描述如后。

一些实施例中，该双平行马赫增德尔调制器包括：

多个子调制器，各个子调制器设有上述直流输入端、第一微波输入端和第二微波输入端；

主调制器，设有上述直流输入端。

本实施例中，请参照图2，该双平行马赫增德尔调制器，其内部详细地包括：

子调制71，设有直流输入端2-1和第二微波输入端2-5；

子调制器81，设有直流输入端2-2和第一微波输入端2-4；

主调制器91，设有直流输入端2-3。

在该双平行马赫增德尔调制器外部，还设置有：

一超宽带天线10，其接收端面向无线信道，用于接收微波信号(射频信号和镜像信号)，输出端与功率衰减器11的输入端相连，用于将该接收到的射频信号和镜像信号传输至功率衰减器进行功率衰减并引入到光域，一些实施例中，该该超宽带天线的工作频率＞10GHz；

其中，该功率衰减器11，其输出端与双平行马赫曾德尔调制器的第二微波输入端2-4相连，用于将超宽带天线所接收的微波信号进行功率衰减，达到小信号调制的目的，一些实施例中，该功率衰减器的工作频率和超宽带天线的工作频率相匹配，该功率衰减器的工作频率＞10GHz。

一些实施例中，该镜像干扰抑制混频器还包括：

多个直流源，各个直流源的直流输出端与双平行马赫曾德尔调制器的直流输入端相连，用于控制双平行马赫曾德尔调制器中的子调制器和主调制器。

本实施例中，该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器详细地包括：

一直流源7，其直流输出端与双平行马赫曾德尔调制器2的直流输入端2-1相连，提供的直流偏置电压，用于对双平行马赫曾德尔调制器2中的子调制器71进行直流偏置，使得双平行马赫曾德尔调制器2中的子调制器71工作在最小传输点，得到载波抑制双边带信号；

一直流源8，其输出端与双平行马赫曾德尔调制器2的直流输入端2-2相连，提供的直流偏置电压，用于对双平行马赫曾德尔调制器2中的子调制器81进行直流偏置，得到载波抑制双边带信号；

一直流源9，其输出端与双平行马赫曾德尔调制器2的直流输入端2-3相连，用于对该双平行马赫曾德尔调制器2中的主调制器91进行直流偏置，调整直流源9的偏置电压，可同时使得由镜像信号变频而来的中频信号功率最小，由射频信号变频而来的中频信号功率最大，从而实现镜像抑制的功能和色散补偿的功能，对于不同的频率的镜像信号，只需要继续调整直流源3的偏置电压，就可以满足相应的镜像抑制需求，该结果可从频谱仪中进行观察；

其中，各个该直流源的电压范围为0V-30V。以及

一参考微波信号源6，其输出端与双平行马赫曾德尔调制器2的第一微波输入端2-5相连，用于引入本振信号，将本振信号的功率降低，从而满足小信号调制的条件，一些实施例中，该参考微波信号源的信号带宽大于双平行马赫曾德尔调制器最大带宽的一半；

本实施例中，结合参照图1-图2，双平行马赫增德尔调制器2接收到的光载波光源信号，被超宽带天线10接收的射频信号和镜像信号，以及参考微波信号源6提供的本振信号共同调制，同时还接受三个直流源(直流源7、直流源8和直流源9)的偏置电压控制。

具体地，由双平行马赫增德尔调制器2对光载波光源的进一步处理中，首先由超宽带天线10接收到的微波信号，被功率衰减器11衰减，使其满足小信号调制的要求，再通过第二微波输入端2-4传输给双平行马赫增德尔调制器2中的子调制器71，同时直流源7的直流偏置电压通过直流输入端2-1传输给子调制器71，完成直流偏置；另有，参考微波信号源6的参考信号通过第一微波输入端2-5传输给子调制器81，同时直流源8的直流偏置电压通过直流输入端2-2传输给子调制器81，完成直流偏置；以及直流源9的直流偏置电压通过直流输入端2-3传输给主调制器91。最终，结合该子调制器71、子调制器81和主调制器91完成双平行马赫增德尔调制器2对光载波光源的进一步处理，更具体的实现原理已在上述描述中有所体现，在此不做赘述。

进一步的，该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器还包括：

一光功率放大器3，其输入端与双平行马赫曾德尔调制器2的输出端相连，用于对被调制后的光信号功率进行放大；

一些实施例中，该光功率放大器的工作带宽大于双平行马赫曾德尔调制器的工作带宽。

一单模光纤4，其输入端与光功率放大器3的输出端相连，用于为不同波长的光边带引入不同的色散，该光纤传输模式需要与分布式反馈激光器1的波长相匹配；

一些实施例中，该单模光纤的工作波长为1530nm-1610nm。

一光电探测器5，其输入端与单模光纤4的输出端相连，用于实现光电转换，输出所需的电信号，该信号可以通过频谱仪进行观察；

一些实施例中，该光电探测器为磷化铟材料或者硅基材料制作，该光电探测器的工作带宽大于双平行马赫曾德尔调制器的工作带宽。

本实施例中，再请参照图1，基于上述实施方式，被双平行马赫增德尔调制器2调制之后的光载波光源信号被接着光功率放大器3进行功率放大，之后进入单模光纤4，对不同波长的光信号引入不同的色散，最后送入光电探测器5进行光电转换。

至此，完成该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器的全部工作。

利用该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，结合上述实施例，分布式反馈激光器提供高质量、低相噪的光源，进入双平行马赫增德尔调制器后，被超宽带天线接收的射频信号、镜像信号和参考信号源提供的本振信号共同调制，同时还接受多个直流源的偏置电压控制。在此之前，由天线接收到的微波信号，被功率衰减器衰减，从而满足小信号调制的要求，被调制之后的光信号被光功率放大器进行功率放大，之后进入单模光纤，对不同波长的光信号引入不同的色散，最后送入光电探测器进行光电转换。本发明中，只需通过调整直流源，就能够同时实现镜像干扰的抑制和补偿长距离光纤传输带来的功率周期性耗散。

本发明提供的该基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，可以完全摆脱对移相器的依赖，并实现镜像干扰的抑制，而且还能对光纤传输中的功率周期性耗散进行补偿。另外，由于光纤的大容量，大带宽优势，整个混频器的工作带宽也将得到大幅度提升，并且具有稳定度好，操作简便，结构简单的优势。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，包括：

一分布式反馈激光器，用于提供光源；

一双平行马赫曾德尔调制器，其输入端与所述分布式反馈激光器的输出端相连，用于对所述分布式反馈激光器输出的光源信号进行调制；

一光功率放大器，其输入端与所述双平行马赫曾德尔调制器的输出端相连，用于对所述光源信号进行功率放大；

一单模光纤，其输入端与所述光功率放大器的输出端相连，用于为不同波长的所述光源信号引入不同程度的色散；

一光电探测器，其输入端与所述单模光纤的输出端相连，用于接收经过所述单模光纤传输的光源信号，并将其转化为电信号；

一参考微波信号源，其输出端与所述双平行马赫曾德尔调制器的第一微波输入端相连，用于提供参考微波信号；

一第一直流电源，输出端与所述双平行马赫曾德尔调制器的第一直流输入端相连并提供直流偏置电压，用于对所述双平行马赫曾德尔调制器中的第一子调制器进行直流偏置，使得所述第一子调制器工作在最小传输点并得到载波抑制双边带信号；

一第二直流电源，输出端与所述双平行马赫曾德尔调制器的第二直流输入端相连并提供的直流偏置电压，用于对第二子调制器进行直流偏置并得到载波抑制双边带信号；

第三直流电源，输出端与所述双平行马赫曾德尔调制器的第三直流输入端相连，用于对所述双平行马赫曾德尔调制器中的主调制器进行直流偏置，其中，通过调整第三直流源的偏置电压可调整由镜像信号和射频信号变频而来的中频信号功率，从而实现镜像抑制的功能和色散补偿的功能；

一功率衰减器，其输出端与所述双平行马赫曾德尔调制器的第二微波输入端相连；以及

一超宽带天线，其接收端面向无线信道，用于接收微波信号，且其输出端与所述功率衰减器的输入端相连，用于将所述微波信号传输至所述功率衰减器进行功率衰减。

2.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述双平行马赫增德尔调制器包括：

多个子调制器，各个所述子调制器设有所述直流输入端、所述第一微波输入端和所述第二微波输入端；

主调制器，设有所述直流输入端。

3.根据权利要求1或2所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述双平行马赫曾德尔调制器是铌酸锂晶体的电光调制器，所述双平行马赫曾德尔调制器的工作波长为1530nm-1610nm，处理微波信号的带宽≥22GHz，消光比≥20dB，半波电压≥4V。

4.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述单模光纤与所述分布式反馈激光器的工作波长相匹配，均为1530nm-1610nm。

5.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述光功率放大器的工作带宽大于所述双平行马赫曾德尔调制器的工作带宽。

6.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述光电探测器为磷化铟材料或者硅基材料制作，所述光电探测器的工作带宽大于所述双平行马赫曾德尔调制器的工作带宽。

7.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，各个所述直流源的电压范围为0V-30V。

8.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述参考微波信号源的信号带宽大于所述双平行马赫曾德尔调制器最大带宽的一半。

9.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述超宽带天线的工作频率>10GHz。

10.根据权利要求1所述的基于光纤色散效应的镜像干扰抑制混频器，其特征在于，所述功率衰减器的工作频率和所述超宽带天线的工作频率相匹配，所述功率衰减器的工作频率>10GHz。

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