CN114826406A - 一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，包括通过光纤相连稳相前端模块和稳相后端模块，光信号通过光纤可以在稳相前端模块和稳相后端模块之间进行双向传输；该稳相系统采用了基于磁悬浮技术的VODL实现快速响应，利用了磁悬浮电机快速反应的优点，控制光链路中信号的光程，从而实现链路相位的控制。同时该系统采用了微组装技术将参考信号源，晶振、倍频电路、放大电路、鉴相电路均集成在一起，光源、射频激光器、波分复用器等集成在一起，实现产品的小型化，使稳相前端模块和稳相后端模块便于用于雷达阵面，完成多路射频信号的光纤稳相传输，实现微波信号光纤中长距离双向同源相参稳相传输。
Description
技术领域
本发明属于微波传输领域，特别涉及一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统。
背景技术
目前微波光传输系统，信号经过光纤传输后，尤其是长距离光纤传输，微波光信号在光纤中传播受外界温度的影响，经过后端光电转换后的微波信号相位变化较大，尤其是光纤受外界温度变化，其相位变化较大，无法满足微波信号的长距离稳相要求，从而制约了微波光子技术在雷达等传输系统中的应用。为了避免这种由于光纤受外界因素(温度，振动等)影响所引起的相位变化的问题，目前的技术从三个方面进行提高，第一是采用稳相光纤，从光纤自身出发，提高光纤的温漂系数，但是这技术对微波稳相效果较差，跟普通光纤比可以提高微波信号光纤传输后，相位变化较小，但是不能使得相位绝对稳定，并且只能对外界温度变化所产生的相位变化起到作用，其他影响，改善效果有限，不能彻底解决光纤受外界温度等影响说产生的相位变化。第二是利用电移相器对由于光纤受外界影响所产生的相位变化进行补充，而这种移相方法，对于光纤受温度影响所产生的相位变化移相度数有限，不能快速高效的进行相位补偿，而只能在补偿特定的度数，无法实现多周期连续相位补偿，无法实现对由于光纤受温度影响所产生的相位变化；同时该电移相器不能较好得实现宽带稳定的移相。第三是，目前所采用的稳相反馈都是鉴于单向传输，如果传输方向不同需要在不同的位置放置不同的参考源，首先该上下行稳相传输信号无法实现相参，同时使得上下行光端机尺寸较大，同时设计成本也较高，该系统设计上增加了难度，无法实现工程化应用。
现有技术存在以下缺点：(1)稳相光纤只能改善微波信号光纤中传输所引起的相位变化，但是不能使相位稳定，不能解决光纤受除温度以外的其他因素影响所产生的相位变化；(2)电移相器不能实现多周期持续稳相，同时无法实现宽带信号的信号稳定移相；(3)无法实现上下行信号同参稳相，上下行稳相光端机尺寸较大，设计成本较高；(4)现有光纤稳相设备反应速度较慢，不能适应于全温范围，只能在实验室使用。
发明内容
为了克服现有不足，本发明的目的在于提出一种将射频转光与光转射频分离、单独实现参考光信号与被稳相信号的稳相传输的基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，包括稳相前端模块1和稳相后端模块3，稳相前端模块1和稳相后端模块3通过光纤相连，光信号通过光纤可以在稳相前端模块1和稳相后端模块3之间进行双向传输。
进一步的，稳相后端模块2采用集成化设计，包括第二光环形器201和第二波分复用器202，第二光环形器201和第二波分复用器202集成在一根封装的管内。
进一步的，稳相前端模块1采用集成化设计，包括第一光环形器101、第一波分复用器102、移相器103、恒温晶振、倍频电路、功分器、鉴相器、参考射频探测器、参考直调激光器、自动相位识别控制电路板、第一放大器104、第二放大器105，第一波分复用器102用于接收被稳相的射频光信号，第一波分复用器102输出端与移相器103的一个输入端相连，移相器103的输出端与第一光环行器101的第一端相连，被稳相的射频光信号通过第一波分复用器102传输至第一光环行器101、然后再通过光纤与稳相后端模块2相连。
进一步的，光纤远离稳相前端模块1的一端与第二光环形器201的第二端相连，第二光环形器201的第一端与第二波分复用器202相连，第二波分复用器202的一个输出端还与第二光环形器201的第三端相连，通过光纤进入稳相后端模块2的被稳相的射频光信号能通过第二光环形器201进入第二波分复用器202后再返回第二光环形器201、然后再通过光纤返回稳相前端模块1。
进一步的，恒温晶振、移相器103、第一光环行器101、第一波分复用器102均集成在一起，用于实现小型化的要求。
进一步的，恒温晶振输出端与倍频电路输入端相连，倍频电路输出端与第一放大器104的输入端相连，第一放大器104的输出端与功分器的输入端相连，恒温晶振产生的参考射频信号依次通过倍频电路、第一放大器104进入功分器。
进一步的，功分器有两个输出端，其中一个输出端与参考直调激光器的输入端相连，从功分器这个输出端出来的参考射频信号进行电光转换后进入参考直调激光器内，参考直调激光器的输出端与第一波分复用器102相连，参考直调激光器将电光转换后的信号传输至第一波分复用器102内与第一波分复用器102内的被稳相的射频光信号进行波分复用，波分复用后的信号传输至移相器103，移相器103用于判断信号是否发生偏差并对产生偏差的信号进行移相。
进一步的，功分器另一个输出端与鉴相器的一个输入端相连，鉴相器的输出端与自动相位识别控制电路板的输入端相连，自动相位识别控制电路板的输出端与移相器103相连，从功分器这个输出端出来的参考射频信号依次通过鉴相器、自动相位识别控制电路板后进入移相器103。
进一步的，鉴相器远离功分器的一个输入端与第二放大器105的输出端相连，第二放大器105的输入端与参考射频探测器的输出端相连，参考射频探测器的输入端与第一光环形器101的第三端相连，第一光环形器101接收从稳相后端模块3返回的被稳相的射频光信号并将该信号输出，从第一光环形器101输出的被稳相的射频光信号通过参考射频探测器进行光电转换后依次通过第二放大器105、鉴相器、自动相位识别控制电路板后进入移相器103。
进一步的，鉴相器采用ADI8302幅相识别芯片，用于对信号进行相位识别。
借由上述技术方案，本发明的优点是：
1、稳相前端模块和稳相后端模块都为高度集成模块、采用高度集成的设计思路，使得稳相前端模块和稳相后端模块便于用于雷达阵面，完成多路射频信号的光纤稳相传输，实现微波信号光纤中长距离双向同源相参稳相传输。
2、第二光环形器和第二波分复用器集成在一根封装的管内，第二光环形器和第二波分复用器的尺寸和重量都可以成倍数的降低，便于安装在雷达阵面上。
3、稳相前端模块中将参考光源、恒温晶振与、移相器、环形器、波分复用器均集成在一起，实现小型化的要求，便于在雷达系统中使用。
4、稳相前端模块采用集成化设计，可以适用于所有DWDM波长的射频微波光信号光纤中的稳相传输。
5、鉴相器采用ADI8302幅相识别芯片，ADI8302幅相识别芯片可以实现最高2.7GHz射频信号的相位和幅度识别功能，相位精度可达到10mV/度，精度高。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明中信号传输的链路图；
图2是AD8302相位识别电路；
图3是AD采样电路图；
图4是磁悬浮VODL工作原理图；
图5a是稳相前端模块三维外形图；
图5b是稳相前端模块内部集成示意图；
图6a是稳相后端模块三维外形图；
图6b是稳相后端模块内部集成示意图。
【附图标记】
1-稳相前端模块，101-第一光环形器，102-第一波分复用器，103-移相器，104-第一放大器，105-第二放大器，2-稳相后端模块，201-第二光环形器，202-第二波分复用器，3-光信号控制集成模块，4-鉴相控制集成模块。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1至图6，一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，包括稳相前端模块1和稳相后端模块2，稳相前端模块1和稳相后端模块2通过光纤相连，被稳相的射频光信号在光纤的作用下信号可以在稳相前端模块1和稳相后端模块2之间进行双向传输。稳相后端模块2采用无源光路设计，稳相后端模块2包括第二光环形器201和第二波分复用器202，第二光环形器201和第二波分复用器202集成在一根封装的管内，第二光环形器201和第二波分复用器202的尺寸和重量都可以成倍数的降低，集成在管内的第二光环形器201和第二波分复用器202可以直接安装在雷达阵面上。
稳相前端模块1采用集成化设计，可以适用于所有DWDM波长的射频微波光信号光纤中的稳相传输，稳相前端模块1包括光信号控制集成模块3和鉴相控制集成模块4。光信号控制集成模块3包括第一光环形器101、第一波分复用器102、移相器103；鉴相控制集成模块4包括恒温晶振、倍频电路、功分器、鉴相器、参考射频探测器、参考直调激光器、自动相位识别控制电路板、第一放大器104、第二放大器105；参考射频探测器用于将光信号转化为电信号，稳相前端模块1中将本恒温晶振与参考直调激光器集成于一起，同时将射频鉴相放大部分集成于一体，将处理的电信号与光信号分离，射频鉴相放大部分包括参考射频探测器、第二放大器105以及鉴相器。本发明中的移相器103为基于磁悬浮技术的VODL(可调电动延时器)，移相器103用于判断光信号经过长路径的光纤传输后相位是否发生偏差并对产生偏差的光信号进行移相，第一波分复用器102输出端与移相器103的一个输入端相连，移相器103的输出端与第一光环行器101的第一端相连；第一光环行器101的第二端通过光纤与稳相后端模块2中的第二光环形器201的第二端相连，稳相的射频光信号进入第一波分复用器102内，从第一波分复用器102输出的信号依次通过至移相器103、第一光环行器101，然后通过光纤进入稳相后端模块2；第二光环形器201的第一端与第二波分复用器202的输入端相连，第二波分复用器202设置有一个光信号输出端，光信号可以通过该输出端从稳相后端模块输出，第二波分复用器202的一个输出端还与第二光环形器201的第三端相连，通过光纤进入稳相后端模块2的光信号能通过第二波分复用器202后再返回至第二光环形器201、然后再通过光纤返回稳相前端模块1，光纤实现了光信号在稳相前端模块1和稳相后端模块2之间的相互传输。稳相前端模块1中将参考光源、恒温晶振与、移相器103、环形器、波分复用器均集成在一起，实现小型化的要求，便于在雷达系统中使用。
恒温晶振的输出端与倍频电路输入端相连，倍频电路用于参考射频信号进行倍频放大，倍频电路输出端与第一放大器104的输入端相连，第一放大器104的输出端与功分器的输入端相连，恒温晶振产生参考射频信号，恒温晶振产生参考射频信号的频率为100MHz，参考射频信号进入倍频电路中进行频率放大后接着进入第一放大器104中进行信号放大，放大后的参考射频信号进入功分器内；功分器有两个输出端，其中一个输出端与参考直调激光器的输入端相连，功分器将参考射频信号分成两条路径，参考直调激光器的输出端与第一波分复用器102相连，从功分器这个输出端出来的部分参考射频信号进行电光转换，将参考射频信号转换成参考射频光信号，参考射频光信号通过参考直调激光器后进入第一波分复用器102内与第一波分复用器102内被稳相的射频光信号进行波分复用。功分器另一个输出端与鉴相器的一个输入端相连，鉴相器有两个输入端和一个输出端，鉴相器的输出端与自动相位识别控制电路板的输入端相连，自动相位识别控制电路板输出端与移相器103相连，鉴相器另一个输入端与一个第二放大器105的输出端相连，第二放大器105的输入端与参考射频探测器的输出端相连，参考射频探测器的输入端与第一光环形器101的第三端相连；部分参考射频信号通过功分器这个输出端进入鉴相器内，然后通过鉴相器的输出端进入自动相位识别控制电路板内并通过自动相位识别控制电路板后进入移相器103内。
被稳相的射频光信号进入稳相前端模块1内的第一波分复用器102内与参考射频光信号进行波分复用，被稳相的射频光信号与参考射频光信号合波后依次经过移相器103、第一光环行器101，从第一光环行器101出来的合波后的被稳相的射频光信号通过长距离的光纤传输至稳相后端模块2中的第二光环形器201，合波后的被稳相的射频光信号通过第二光环形器201进入第二波分复用器202、然后通过第二波分复用器202重新进入第二光环形器201，从第二光环形器201出来的被稳相的射频光信号通过光纤返回至第一光环行器101内并从第一光环行器101的第三端输出，从第一光环行器101出来的参考射频光信号进入参考射频探测器内并通过参考射频探测器进行光电转换，参考射频探测器将被稳相的射频光信号转化为被稳相的射频信号，被稳相的射频信号为电信号，被稳相的射频信号次通过参考射频探测器进入第二放大器105，通过第二放大器105进行信号放大后的被稳相的射频信号通过鉴相器另一个输入端进入鉴相器内、接着通过鉴相器的输出端进入自动相位识别控制电路板内，从自动相位识别控制电路板出来的被稳相的射频信号进入移相器103内，移相器103能判断经过长距离光纤传输的信号是否发生相位偏差并对信号进行移相。
请参阅图2，本发明中鉴相器为高精度鉴相器，鉴相器采用ADI8302幅相识别芯片，ADI8302幅相识别芯片可以实现最高2.7GHz射频信号的相位和幅度识别功能，相位精度可达到10mV/度，芯片供电电压采用+5V供电，工作电流60mA，ADI8302幅相识别芯片可以对两个同参信号进行相位鉴相，还可以对两个同参的同频信号进行幅度比较，本发明中所采用的是该芯片的相位比较功能。
请参阅3，当鉴相器对相位变化完成识别后，AD采样电路要将对应不同相位差所对应的电压值进行统计，并转换为程序语言，单片机根据不同的采样电压，经过换算与对应的延时进行一一对应，同时进行回归测量，避免控制跑偏。
请参阅图4，利用磁悬浮技术在移相器103中替代现有的步进电机，移相器103用于移动光透镜并完成光程的变化从而达到射频信号在光纤中的快速移相，单片机驱动VODL形式采用12位TTL电平，这种移相器延时330ps时所用时间为160ms，步进为0.08ps，延时量为330ps，可使射频光传系统稳定应用于全温环境中。本发明中移相器103采用电平直接驱动，当移相器工作时磁性基板处于悬浮状态，然后通过控制器给基板发出指令，使其带动透镜移动到指定位置，外部的光信号通过金属化光纤进入移相器的光路传输空间，然后光信号经过透镜再反射回另外一条金属化光纤输入，通过一定透镜的位置，可以改变射频光信号的有效光程，从而实现信号的延时。利用磁悬浮技术在移相器中替代现有的步进电机使成本会大幅度下架，在成本降低的情况下，可以通用于雷达多路信号的射频光传输系统中，为未来光控相控阵雷达全光系统提供了有力的技术支持。
请参阅图5至图6，稳相前端模块1和稳相后端模块1内部均采用集成化、模块化设计，保证产品的高可靠性，本实施例中稳相前端模块1的外形尺寸为：180*120*30mm，稳相后端模块2采用了光路集成，本实施例中稳相后端模块2外形尺寸为：100*20*8mm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：包括稳相前端模块(1)和稳相后端模块(3)，稳相前端模块(1)和稳相后端模块(3)通过光纤相连，光信号通过光纤可以在稳相前端模块(1)和稳相后端模块(3)之间进行双向传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：稳相后端模块(2)采用集成化设计，包括第二光环形器(201)和第二波分复用器(202)，第二光环形器(201)和第二波分复用器(202)集成在一根封装的管内。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：稳相前端模块(1)采用集成化设计，包括第一光环形器(101)、第一波分复用器(102)、移相器(103)、恒温晶振、倍频电路、功分器、鉴相器、参考射频探测器、参考直调激光器、自动相位识别控制电路板、第一放大器(104)、第二放大器(105)，第一波分复用器(102)用于接收被稳相的射频光信号，第一波分复用器(102)输出端与移相器(103)的一个输入端相连，移相器(103)的输出端与第一光环行器(101)的第一端相连，被稳相的射频光信号通过第一波分复用器(102)传输至第一光环行器(101)、然后再通过光纤与稳相后端模块(2)相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：光纤远离稳相前端模块(1)的一端与第二光环形器(201)的第二端相连，第二光环形器(201)的第一端与第二波分复用器(202)相连，第二波分复用器(202)的一个输出端还与第二光环形器(201)的第三端相连，通过光纤进入稳相后端模块2的被稳相的射频光信号能通过第二光环形器(201)进入第二波分复用器(202)后再返回第二光环形器(201)、然后再通过光纤返回稳相前端模块(1)。
5.根据权利要求3所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：恒温晶振、移相器(103)、第一光环行器(101)、第一波分复用器(102)均集成在一起，用于实现小型化的要求。
6.根据权利要求3所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：恒温晶振输出端与倍频电路输入端相连，倍频电路输出端与第一放大器(104)的输入端相连，第一放大器(104)的输出端与功分器的输入端相连，恒温晶振产生的参考射频信号依次通过倍频电路、第一放大器(104)进入功分器。
7.根据权利要求3所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：功分器有两个输出端，其中一个输出端与参考直调激光器的输入端相连，从功分器这个输出端出来的参考射频信号进行电光转换后进入参考直调激光器内，参考直调激光器的输出端与第一波分复用器(102)相连，参考直调激光器将电光转换后的信号传输至第一波分复用器(102)内与第一波分复用器(102)内的被稳相的射频光信号进行波分复用，波分复用后的信号传输至移相器(103)，移相器(103)用于判断信号是否发生偏差并对产生偏差的信号进行移相。
8.根据权利要求3所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：功分器另一个输出端与鉴相器的一个输入端相连，鉴相器的输出端与自动相位识别控制电路板的输入端相连，自动相位识别控制电路板的输出端与移相器(103)相连，从功分器这个输出端出来的参考射频信号依次通过鉴相器、自动相位识别控制电路板后进入移相器(103)。
9.根据权利要求3所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：鉴相器远离功分器的一个输入端与第二放大器(105)的输出端相连，第二放大器(105)的输入端与参考射频探测器的输出端相连，参考射频探测器的输入端与第一光环形器(101)的第三端相连，第一光环形器(101)接收从稳相后端模块(3)返回的被稳相的射频光信号并将该信号输出，从第一光环形器(101)输出的被稳相的射频光信号通过参考射频探测器进行光电转换后依次通过第二放大器(105)、鉴相器、自动相位识别控制电路板后进入移相器(103)。
10.根据权利要求3所述的一种基于磁悬浮技术的超宽带射频光纤稳相传输系统，其特征在于：鉴相器采用ADI8302幅相识别芯片，用于对信号进行相位识别。
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