CN112291015A - 一种基于stm32处理器的微波稳相传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统及方法，该系统包括激光器模块、马赫‑曾德尔调制器模块、耦合器模块、相位补偿模块、长距离光纤、光电探测器，以及稳相控制模块，其中耦合器模块包括第一耦合器和第二耦合器，稳相控制模块包括第一光探测器、第二光探测器、第一带通滤波模块、第二带通滤波模块、数字鉴相模块和STM32处理器。本发明通过激光器、马赫‑曾德尔调制器、耦合器、长距离光纤、光电探测器以及稳相控制模块等组成的光链路，可以自动对微波射频信号的传输进行相位补偿，结构简单，装置较小，便于实际应用。

Description

一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统及方法
技术领域
本发明涉及长距离稳相传输技术，具体涉及一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统及方法。
背景技术
由于光纤具有低损耗和低本征噪声等特性，通过光纤传输稳定的信号具有传输距离远，低功耗等特点。但在实际应用过程中，光纤传输受到外界环境比如温度，抖动等因素的影响，射频信号在长距离光纤传输过程中容易出现相位抖动或者延迟等现象。目前国内关于长距离稳相传输的方案主要包括基于光相干混频的稳相传输以及基于微波混频的稳相传输等两种方案。
基于微波混频的稳相传输方案的优点为锁相范围大，可支撑长距离稳相传输，但是系统构成复杂，系统的稳定性较低。基于光相干混频的稳相传输方案系统架构简单，但是对稳相传输的系统稳定要求高，并且仅适用于毫米波信号的稳相传输要求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统及方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统，包括激光器模块、马赫-曾德尔调制器模块、耦合器模块、相位补偿模块(即可调延时线模块)、长距离光纤、光电探测器，以及稳相控制模块，其中
耦合器模块包括第一耦合器和第二耦合器，稳相控制模块包括第一光探测器、第二光探测器、第一带通滤波模块、第二带通滤波模块、数字鉴相模块和STM32处理器；
激光器模块产生的光信号进入马赫-曾德尔调制器模块，由马赫-曾德尔调制器模块将微波射频信号调制到光信号上进行传输；第一耦合器将调制后的信号分成两路信号，其中一路信号进入相位补偿模块进行相位补偿，相位补偿后信号经由长距离光纤传输进入第二耦合器，另外一路进入稳相控制模块，经第一光探测器、第一带通滤波模块后进入数字鉴相模块；第二耦合器将长距离光纤传输的信号同样分成两路信号，其中一路信号经过光电探测器将微波射频信号解调出来，另外一路经过长距离光纤回传至相位补偿模块，再进入稳相控制模块，经第二光探测器、第二带通滤波模块后进入数字鉴相模块；数字鉴相模块测量两路输入信号的相位差，由STM32处理器通过PID调节算法实时动态地计算相位补偿量，加载至相位补偿模块实现对微波射频信号的稳相传输。
一种微波稳相传输方法，使用基于STM32处理器的微波稳相传输系统进行数字鉴相和相位补偿，实现对微波射频信号的稳相传输。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：通过激光器、马赫-曾德尔调制器、耦合器、长距离光纤、光电探测器以及稳相控制模块等组成的光链路，可以自动对微波射频信号的传输进行相位补偿，结构简单，装置较小，便于实际应用。
附图说明
图1是基于STM32处理器的微波稳相传输系统的架构框图。
图2是基于STM32处理器的微波稳相传输方法的流程图。
图3是带通滤波的电路图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统，包括激光器模块、马赫-曾德尔调制器模块、耦合器模块、相位补偿模块、长距离光纤、光电探测器，以及稳相控制模块，其中
耦合器模块包括第一耦合器和第二耦合器，稳相控制模块包括第一光探测器、第二光探测器、第一带通滤波模块、第二带通滤波模块、数字鉴相模块和STM32处理器；
激光器模块产生的光信号进入马赫-曾德尔调制器模块，由马赫-曾德尔调制器模块将微波射频信号调制到光信号上进行传输；第一耦合器将调制后的信号分成两路信号，其中一路信号进入相位补偿模块进行相位补偿，相位补偿后信号经由长距离光纤传输进入第二耦合器，另外一路进入稳相控制模块，经第一光探测器、第一带通滤波模块后进入数字鉴相模块；第二耦合器将长距离光纤传输的信号同样分成两路信号，其中一路信号经过光电探测器将微波射频信号解调出来，另外一路经过长距离光纤回传至相位补偿模块，再进入稳相控制模块，经第二光探测器、第二带通滤波模块后进入数字鉴相模块；数字鉴相模块测量两路输入信号的相位差，由STM32处理器通过PID调节算法实时动态地计算相位补偿量，加载至相位补偿模块实现对微波射频信号的稳相传输。
如附图2所示，稳相传输系统软件主要包括数字鉴相模块初始，STM32处理器初始化，相位补偿模块初始化，对相位补偿模块设定初始值，STM32处理器实时读取数字鉴相模块的数值，通过PID控制算法自动调节相位补偿数值。
作为一种优选实施方式，系统还包括远程控制终端和UART通信模块，所述远程控制终端和STM32处理器通过UART通信模块连接，实现处理信号和控制信号的交互。
作为一种优选实施方式，所述马赫-曾德尔调制器模块采用oclaro公司的PowerBit SD-20。
作为一种优选实施方式，所述数字鉴相模块采用ADI公司的AD8302芯片，能够准确检测任意两个2.7GHz以下的输入信号的增益和相位差。
作为一种优选实施方式，所述相位补偿模块采用General Photonics的MDL-002，能够提供高达560ps的连续光延迟，其解码分辨率小于0.3μm(1fs)，回插小于8fs。
作为一种优选实施方式，所述第一带通滤波模块和/或第二带通滤波模块采用二级无限增益多路反馈型带通滤波电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容和运算放大器，其中
第一电阻一端接光探测器，第一电阻另一端接第一电容、第二电容、第三电阻；第一电容另一端接运算放大器的同向输入端和第二电阻，第二电阻的另一端接地；第二电容另一端接地；第三电阻接运算放大器的输出端；运算放大器的反向输入端接第四电阻和第五电阻，第四电阻另一端接运算放大器的输出端，第五电阻另一端接地。
更进一步的，所述运算放大器的采用LM358AD芯片。
本发明还提出一种微波稳相传输方法，使用基于STM32处理器的微波稳相传输系统进行数字鉴相和相位补偿，实现对微波射频信号的稳相传输。
实施例
为了验证本发明方案的有效性，进行如下实验。
本实施例中，激光器模块采用emcore公司的1782DWDM激光器，输出1550nm的光源，调制器模块采用oclaro公司的PowerBit SD-20型号用于微波射频信号的调制，数字鉴相模块采用ADI公司的AD8302芯片，用于采集两路信号的相位差，相位补偿模块采用GeneralPhotonics的MDL-002，用于提供连续光延迟，长距离光纤20km的光纤，带通滤波模块通过运算放大器LM358AD芯片搭建，采用图3所示的结构和参数，运算放大器的正极输入端串联有第一电阻和第波电容，正极输入端还通过第二电阻连接于电路低电平，第一电阻和第一电容之间的连接点通过第二电容连接于电路低电平，连接点还通过第三电容连接于运算放大器的输出端，其中，第一电阻连接于光电探测器；运算放大器的负极输入端通过第五电阻连接于电路低电平；运算放大器的输出端通过第四电阻连接于第五电阻和运算放大器的负极输入端之间
激光器模块产生1550nm的光信号，进入到马赫-曾德尔调制器模块中，同时，微波射频信号也进入马赫-曾德尔调制器中，从而将微波射频信号调制到1550nm的光信号上进行传输，第一耦合器将该信号分成两路信号，其中一路信号进度相位补偿模块即可调延时线模块，通过相位补偿模块后的信号进入到20km的光纤中进行传输，经过20km的长距离光纤后，该信号进入第二耦合器中，经过第二耦合器的信号同样被分成两路信号，其中一路信号经过光电探测器，将该微波射频信号解调出来，另外一路信号经过20km的光纤回传至相位补偿模块，最后回传至数字鉴相模块，同样进入数字鉴相模块的信号还有经过第一耦合器分出的信号，这两路信号在稳相控制模块中实现两路相位差的测量与读取，通过PID调节算法实时动态地计算相位补偿大小，并将补偿量加载至相位补偿模块即可调延时线模块中，最终实现对微波射频信号的稳相传输。
实验证明，本申请方案可以自动对微波射频信号的传输进行相位补偿
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，包括激光器模块、马赫-曾德尔调制器模块、耦合器模块、相位补偿模块、长距离光纤、光电探测器，以及稳相控制模块，其中
耦合器模块包括第一耦合器和第二耦合器，稳相控制模块包括第一光探测器、第二光探测器、第一带通滤波模块、第二带通滤波模块、数字鉴相模块和STM32处理器；
激光器模块产生的光信号进入马赫-曾德尔调制器模块，由马赫-曾德尔调制器模块将微波射频信号调制到光信号上进行传输；第一耦合器将调制后的信号分成两路信号，其中一路信号进入相位补偿模块进行相位补偿，相位补偿后信号经由长距离光纤传输进入第二耦合器，另外一路进入稳相控制模块，经第一光探测器、第一带通滤波模块后进入数字鉴相模块；第二耦合器将长距离光纤传输的信号同样分成两路信号，其中一路信号经过光电探测器将微波射频信号解调出来，另外一路经过长距离光纤回传至相位补偿模块，再进入稳相控制模块，经第二光探测器、第二带通滤波模块后进入数字鉴相模块；数字鉴相模块测量两路输入信号的相位差，由STM32处理器通过PID调节算法实时动态地计算相位补偿量，加载至相位补偿模块实现对微波射频信号的稳相传输。
2.根据权利要求1所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，还包括远程控制终端和UART通信模块，所述远程控制终端和STM32处理器通过UART通信模块实现处理信号和控制信号的交互。
3.根据权利要求1所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，所述马赫-曾德尔调制器模块采用oclaro公司的PowerBit SD-20。
4.根据权利要求1所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，所述数字鉴相模块采用ADI公司的AD8302芯片。
5.根据权利要求1所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，所述相位补偿模块采用General Photonics的MDL-002。
6.根据权利要求1所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，所述第一带通滤波模块和/或第二带通滤波模块采用二级无限增益多路反馈型带通滤波电路，包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电容(C3)和运算放大器，其中
第一电阻(R1)一端接光探测器，第一电阻(R1)另一端接第一电容(C1)、第二电容(C2)、第三电阻(R3)；第一电容(C1)另一端接运算放大器的同向输入端和第二电阻(R2)，第二电阻的另一端接地；第二电容(C2)另一端接地；第三电阻(R3)接运算放大器的输出端；运算放大器的反向输入端接第四电阻(R4)和第五电阻(R5)，第四电阻(R4)另一端接运算放大器的输出端，第五电阻(R5)另一端接地。
7.根据权利要求6所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统，其特征在于，所述运算放大器的采用LM358AD芯片。
8.一种微波稳相传输方法，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的基于STM32处理器的微波稳相传输系统进行数字鉴相和相位补偿，实现对微波射频信号的稳相传输。
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