CN111106873A - 应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统 - Google Patents

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王天亮
袁牧野
胡永勤
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Abstract

本发明公开一种应用于通信卫星转发系统的本振信号生成方法，包括：激光源、本振信号、偏振控制器、偏振复用‑双平行马赫曾德尔调制器、直流源、相位移相器、偏振分束器、偏振合束器和光电探测器。激光源发出频率为193.1THz的光信号，经偏振控制器旋转π/4后入射到半波电压为4V的偏振复用‑双平行马赫曾德尔调制器中，光信号通过偏振分束器后分成互相垂直的两路，一路入射进双平行马赫增德尔调制器1，另一路入射进双平行马赫增德尔调制器2，两个双平行马赫增德尔调制器都工作在最大偏置点，并设置调制指数为5.517，用以实现4阶和8阶边带的生成，上下两路4阶边带相位相反，耦合后剩下8阶边带，经拍频可获得纯净的十六倍频信号。

Description

应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是能够应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统。
背景技术
在卫星转发系统中，本振信号性能的优劣直接决定了卫星转发的混频效果，也在很大程度上影响以该本振为时钟进行的信号处理能力。因此高性能本振是卫星转发器的关键组件。
微波频段仍然是目前通信应用的主要频段，特别在卫星通信中，微波频段占有绝对的统治份额。但是随着人们对通信容量和带宽的需求越来越大，微波频段通信暴露了很多的不足之处，例如：(1)当前通信卫星所使用的频段主要为C、Ku频段，通信容量有限，且频段越低频率资源就越少，继续开发此频段已经没有太大的潜力；(2)较低频段的微波信号容易受电磁干扰的影响，而高频段的微波信号抗干扰能力会更高[1]；(3)在现有开发使用的频段下，增加人们对通信容量以及业务的需求，就意味着要增加通信卫星的转发器数量，这无疑会增加卫星载荷的体积和重量，也会加大星上设备的设计难度。
为了解决以上通信卫星所面临的频段问题，一个最直接的解决办法就是开发更高频段的频率资源，这也正是当前通信卫星的一大发展趋势——由C、Ku频段向Ka或者EHF频段发展。传统电子学方法在生成这一频段信号上遇到了严重的电子瓶颈，基于微波光子技术的光生微波毫米波信号，具有频率高，相位噪声低，稳定度高等优点，非常适用于卫星转发器的本振产生中。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统。
根据本发明提供的一种应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，包括依次连接的：激光器、偏振分束器、偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器、偏振合束器和光电探测器；
所述偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器包括：
第一双平行马赫曾德尔调制器，包括两个相互平行的子调制器MZM1-a、子调制器MZM1-b和连接在子调制器MZM1-b后的子调制器MZM1-c；
第二双平行马赫曾德尔调制器，包括两个相互平行的子调制器MZM2-a、子调制器MZM2-b和连接在子调制器MZM2-b后的子调制器MZM2-c；
同一射频信号分别通过不同的相位移相后输入子调制器MZM1-a、子调制器MZM1-b、子调制器MZM2-a和子调制器MZM2-b。
优选地，所述射频信号直接输入子调制器MZM1-a，所述射频信号通过π/2相位移相器输入子调制器MZM1-b，所述射频信号通过π/4相位移相器输入子调制器MZM2-a，所述射频信号通过-π/4相位移相器输入子调制器MZM2-b。
优选地，还包括直流源，分别连接所述偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器中的每个子调制器；
所述直流源施加在每个子调制器的上下两臂的电压相等。
优选地，入射进偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器的光波经偏振分束器后分成互相垂直的两路，一路入射进第一双平行马赫增德尔调制器，一路入射进第二双平行马赫增德尔调制器。
优选地，经偏振合束器耦合后得到的正负8阶边带光信号入射到光电探测器进行拍频，输出倍频因子为十六的电信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
a)频率高
本方案倍频因子为十六，通过此倍频结构，对于输入的射频信号，将输出频率为其十六倍的本振信号，所得本振信号频率很高。
b)高稳定性
方案中的关键元件偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器采用集成器件，集成器件中偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器是对称结构，拥有更强的稳定性；且避免使用光/电滤波器，使元件各个参数调整更加灵活，同时避免滤波器的回波对器件造成影响；
c)生成信号纯净
当合理设置偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器的参数，可有效抑制杂散边带，获得纯净的十六倍频信号。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实现应用于地球静止轨道卫星的基于微波光子技术的变频功能的结构原理图。
图2为偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器中各点输出的光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
请参阅图1，一种应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，包括依次连接的：激光器、偏振分束器、偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器、偏振合束器和光电探测器。
激光器，中心频率为193.1THz，线宽10MHz；直流源，输出电压范围为0～25V；偏振控制器包含4个光纤环，插入损耗小于1dB；相位移相器1、相位移相器2和相位移相器3的相位分别设置为π/2、π/4和-π/4；光电探测器的响应度为0.6A/W。偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器调制指数为5.517，消光比为50dB，半波电压设为4V。
具体地，激光器发射出193.1THz的光信号，经过偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器，在内部被等功率一分二分别进入第一、第二双平行马赫曾德尔调制器，经偏压和微波源加载调制后输出，并经过光电二极管拍频，最终产生倍频效果。
以下分别结合图1和图2，对本发明完成应用于通信卫星转发系统的本振信号生成方法进行说明。
如图1所示，初始射频信号分成功率相等的四路，第一路用于驱动子调制器MZM1-a，第二路通过相移器1移相π/2后驱动子调制器MZM1-b，子调制器MZM1-a和子调制器MZM1-b都工作在最大偏置点，如图2(a)、(b)所示分别为子调制器MZM1-a和子调制器MZM1-b的输出光谱图，两个子调制器光谱图中2阶、6阶边带相差π相位。
如图1所示，初始射频信号分成功率相等的四路，第三路通过相移器2移相π/4后驱动子调制器MZM2-a，第四路通过相移器3移相-π/4后驱动子调制器MZM2-b，子调制器MZM2-a和子调制器MZM2-b都工作在最大偏置点，如图2(c)、(d)所示分别为子调制器MZM2-a和子调制器MZM2-b的输出光谱图，两个子调制器光谱图中2阶、6阶边带相差π相位。
如图1所示，子调制MZM1-c工作在最大偏置点，相当于将子调制器MZM1-a、子调制器MZM1-b的输出信号相加，同样子调制器MZM2-c也工作在最大偏置点，相当于将子调制器MZM2-a、子调制器MZM2-b的输出信号相加。如图2(e)、(f)所示，分别为双平行马赫增德尔调制器1和双平行马赫增德尔调制器2的输出光谱图，其4阶边带相差π相位。
如图1和图2(g)所示，双平行马赫增德尔调制器1和双平行马赫增德尔调制器2的输出光谱图经耦合后，正负4阶边带被抵消，剩下纯净的正负8阶边带。
如图1所示，偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器输出的光信号包含纯净的正负8阶边带，将其注入光电探测器进行拍频，可得到纯净的十六倍频信号。
综上所述，与现有技术状态相比，本发明能够提高通信卫星转发系统本振信号的频率和性能，进而提高卫星通信的容量和质量，并且具有节约资源、结构简单、成本低的优点。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，其特征在于，包括依次连接的：激光器、偏振分束器、偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器、偏振合束器和光电探测器；
所述偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器包括：
第一双平行马赫曾德尔调制器，包括两个相互平行的子调制器MZM1-a、子调制器MZM1-b和连接在子调制器MZM1-b后的子调制器MZM1-c；
第二双平行马赫曾德尔调制器，包括两个相互平行的子调制器MZM2-a、子调制器MZM2-b和连接在子调制器MZM2-b后的子调制器MZM2-c；
同一射频信号分别通过不同的相位移相后输入子调制器MZM1-a、子调制器MZM1-b、子调制器MZM2-a和子调制器MZM2-b。
2.根据权利要求1所述的应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，其特征在于，所述射频信号直接输入子调制器MZM1-a，所述射频信号通过π/2相位移相器输入子调制器MZM1-b，所述射频信号通过π/4相位移相器输入子调制器MZM2-a，所述射频信号通过-π/4相位移相器输入子调制器MZM2-b。
3.根据权利要求1所述的应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，其特征在于，还包括直流源，分别连接所述偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器中的每个子调制器；
所述直流源施加在每个子调制器的上下两臂的电压相等。
4.根据权利要求1所述的应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，其特征在于，入射进偏振复用-双平行马赫曾德尔调制器的光波经偏振分束器后分成互相垂直的两路，一路入射进第一双平行马赫增德尔调制器，一路入射进第二双平行马赫增德尔调制器。
5.根据权利要求1所述的应用于通信卫星转发系统的本振信号生成系统，其特征在于，经偏振合束器耦合后得到的正负8阶边带光信号入射到光电探测器进行拍频，输出倍频因子为十六的电信号。
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