CN114793137A - 基于光电振荡环路的本振分发方法及系统 - Google Patents

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章志健
潘时龙
蒲一凡
刘熙
倪博阳
张亚梅
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Abstract

本发明公开了一种基于光电振荡环路的本振分发方法，将本地站与远端站通过光纤连接形成光电振荡环路，通过所述光电振荡环路将本地站生成的本振信号向远端站的稳相传输及分发；对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。本发明还公开了一种基于光电振荡环路的本振分发系统。相比现有技术，本发明将光电振荡环路与振荡频率主动补偿相结合，可以实现超低相噪本振信号的产生，还可以实现本振信号在长距离、任意位置的多路稳定分发。

Description

基于光电振荡环路的本振分发方法及系统
技术领域
本发明涉及微波光子技术领域，尤其涉及一种本振分发方法及系统。
背景技术
本振分发与同步技术是射电天文学阵列雷达、分布式雷达与通信系统中的关键技术之一，为了维持大阵列、分布式电子信息系统的性能得益，必须对多路本振抖动加以控制以获得高稳定性的时钟；比如，在分布式相干孔径雷达中，必须实现所有子雷达发射的信号在同一时间以相同的相位到达目标以实现相参叠加，而多路本振信号相位和频率抖动则会严重恶化分布式信息系统的相参合成性能，因此迫切需要高稳定的长距离本振信号分发技术，以满足分布式探测系统对本振信号相位频率一致性的高要求。
由于光纤的低损耗，耐腐蚀，不受电磁干扰等特性，是远距离信号传输重要方式之一，但是光纤在传输至远端的过程中，难以避免受温度、应力等环境因素的影响，导致环路时延发生改变，进而导致远端输出的本振信号频率和相位抖动，影响本振信号分发性能。经过几十年的发展，基于光纤链路的射频传输技术取得了很大的进步，传输距离不断增加，传输稳定性也不断提高。美国喷气推进实验室就采用了光载射频技术来传输射频信号。巴黎大学的O.Lopez等人在2009年实现了基于城市光纤链路远距离射频信号的稳相传输,(High-resolution microwave frequency dissemination on an 86-km urban opticallink)传输信号频率为9.15GHz，传输距离为86km，但是该项技术并没有实现本振信号的多路分发。国内关于光纤射频稳相传输技术也有相关研究，清华大学B.Wang等人采用光纤射频传输技术解决世界上最大的射电望远镜工程中几千台天线之间的时钟分配问题，(Precise and continuous time and frequency synchronization at the 5×10- 19accuracy level)，实现了本振信号的多路分发，但是其并未关注本振信号的相位噪声特性，在本振分发的过程中极易恶化本振信号的相位噪声，影响系统的性能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于光电振荡环路的本振分发方法，利用光电振荡环路并结合振荡频率主动补偿来实现低相噪的本振信号分发。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种基于光电振荡环路的本振分发方法，将本地站与远端站通过光纤连接形成光电振荡环路，通过所述光电振荡环路将本地站生成的本振信号向远端站的稳相传输及分发；对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。
优选地，通过串接在所述光电振荡环路中的电控延时线来进行所述延时量的调整。
基于同一发明构思还可以得到以下技术方案：
一种基于光电振荡环路的本振分发系统，包括通过光纤连接形成光电振荡环路的本地站和远端站；所述本振分发系统还包括：
主动补偿模块，用于对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。
优选地，通过串接在所述光电振荡环路中的电控延时线来进行所述延时量的调整。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明将光电振荡环路与振荡频率主动补偿相结合，可以实现超低相噪本振信号的产生，还可以实现本振信号在长距离、任意位置的多路稳定分发。
附图说明
图1为本发明本振分发系统一个具体实施例的结构原理示意图。
具体实施方式
针对现有技术不足，本发明的解决思路是基于微波光子技术，将光电振荡环路与振荡频率主动补偿相结合，以实现超低相噪本振信号的产生，以及本振信号在长距离、任意位置的多路稳定分发。
本发明所提出的解决方案具体如下：
一种基于光电振荡环路的本振分发方法，将本地站与远端站通过光纤连接形成光电振荡环路，通过所述光电振荡环路将本地站生成的本振信号向远端站的稳相传输及分发；对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。
一种基于光电振荡环路的本振分发系统，包括通过光纤连接形成光电振荡环路的本地站和远端站；所述本振分发系统还包括：
主动补偿模块，用于对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。
优选地，通过串接在所述光电振荡环路中的电控延时线来进行所述延时量的调整。
为了便于公众理解，下面通过一个具体实施例并结合附图来对本发明的技术方案进行详细说明：
本实施例的本振分发系统如图1所示，包括远端站和本地站，两者通过光纤传输模块连接，再结合电光调制器、带通滤波器、电放大器、光电探测器、电控延时线，形成光电振荡环路；在远端站，还通过若干光耦合器与光电探测器的组合将光电振荡环路中传输的本振信号进行多点分发。
首先，为了保证传输信号的相噪足够低，本发明引入了光电振荡环路，光电振荡器的工作频率与振荡环路中滤波器通带形式以及环路相位匹配直接相关，可以根据所需本振频率，调整滤波器的中心频率，以及设置合理的光纤长度，让振荡环路产生低相噪的信号，并将光纤铺设在远端站与本地站之间，作为环路的谐振腔，又作为信号的远距离传输的媒介，在远端利用光耦合器，分出一路信号进行光电转换，为远端站提供时钟，另一路继续在环路中振荡，并在本地输出。
但是由于环境温度，应变的变化，会引起环路时延的抖动，以温度对长光纤储能链路中振荡信号的传输时延抖动影响为例，可以表示为：
Figure BDA0003591852080000031
其中TCD为光纤的热延迟系数，对于常用的SMF-28光纤，其值为7×10-6/℃，ΔTtemp为温度变化量，Lfiber为光纤的长度，nref为光纤的折射率，c表示真空中的光速。对于1km的光纤，温度变化1℃时，时延变化为35ps。
其次偏移频率与时延变化量满足下式：
Figure BDA0003591852080000041
其中fosc与T分别为稳定振荡时的振荡频率和振荡环路的延迟时间，Δfosc与Δτ分别是频率偏移量与时延偏移量。将本地输出的信号送入数字处理单元，通过将其输出的频率与预设的频率比较，利用式(2)我们便知道当前的频率偏移需要多少的时延来补偿，进而产生相应的控制信号控制电控延时线(本实施例采用的是电域延时，当然也可以采用光域延时)来补偿这一时延，使得频率偏移量Δfosc达到最小。
将本地输出的信号送入数字处理单元，通过将其输出的频率与预设的频率比较，得出差值，计算出环路时延的偏移量Δτ，最后通过控制电控延时线的延时量来对环路时延的偏移量Δτ进行主动补偿，便实现了低相噪时钟的远距离传输。

Claims (4)

1.一种基于光电振荡环路的本振分发方法，将本地站与远端站通过光纤连接形成光电振荡环路，通过所述光电振荡环路将本地站生成的本振信号向远端站的稳相传输及分发；其特征在于，对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。
2.如权利要求1所述基于光电振荡环路的本振分发方法，其特征在于，通过串接在所述光电振荡环路中的电控延时线来进行所述延时量的调整。
3.一种基于光电振荡环路的本振分发系统，包括通过光纤连接形成光电振荡环路的本地站和远端站；其特征在于，所述本振分发系统还包括：
主动补偿模块，用于对光电振荡环路的振荡频率偏移进行实时监控，并通过调整所述光电振荡环路的延时量来对所述振荡频率偏移进行主动补偿。
4.如权利要求3所述基于光电振荡环路的本振分发系统，其特征在于，通过串接在所述光电振荡环路中的电控延时线来进行所述延时量的调整。
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