CN115225158B - 变频系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种变频系统，涉及通信的技术领域，包括分配合路装置，用于将本振信号和第一基带信号整合输出为四路第一电信号；转换合束装置，与所述分配合路装置相连接，用于分别将四路第一电信号转换为四路第一光信号，以及将四路第一光信号合束为第二光信号；光电转换装置，与所述转换合束装置相连接，用于将所述第二光信号转换为第一射频信号并发送。本申请具有能低传输损耗的完成基带和射频之间的转换的效果。

Description

变频系统

技术领域

本申请涉及通信的技术领域，尤其是涉及一种变频系统。

背景技术

在传统的调制解调方式中，无线电信号RF（射频）和基带（I，Q信号）之间不能直接互相转换，而是需要先转换为IF （中频)来过渡。现在发展为零中频技术，通过变频系统能够完成基带和射频之间的直接转换，无需经过中频的过渡。

目前的变频系统通常全程采用电信号的传输来完成基带和射频之间转换，但是，电信号传输损耗高，因此，亟需一种低传输损耗的变频系统。

发明内容

为了能低传输损耗的完成基带和射频之间的转换，本申请提供一种变频系统。

第一方面，本申请提供一种变频系统，采用如下的技术方案：

一种变频系统，包括：

分配合路装置，用于将本振信号和第一基带信号整合输出为四路第一电信号；

转换合束装置，与所述分配合路装置相连接，用于分别将四路第一电信号转换为四路第一光信号，以及将四路第一光信号合束为第二光信号；

光电转换装置，与所述转换合束装置相连接，用于将所述第二光信号转换为第一射频信号并发送。

通过采用上述技术方案，本申请利用第一光信号和第二光信号完成第一基带信号到第一射频信号的转换，因为光比电损耗低，所以相较于传统的全程采用电信号的传输来完成基带和射频之间转换的方法，本申请的传输损耗更低；光信号的传输是通过光纤实现的，光纤可以传输众多种类型的信号，因此，本申请支持多种类型信号传输；电信号之间会互相干扰，但是光信号和电信号不会随意互通，因此，在信号传输过程中，信号之间不会互相干扰，能实现第一基带信号和第一射频信号之间的高隔离度；本振信号是微波信号，本申请充分利用微波光子学宽频带响应、低传输损耗、宽带可调谐、抗电磁干扰、与其他光学系统兼容性好的特性，能够实现传统微波技术难以完成的大带宽和灵活调谐的功能。

优选的，所述本振信号由本振装置产生输出。

优选的，所述第一基带信号是由基带发射装置产生输出的两路差分信号。

优选的，所述分配合路装置包括：

差分放大单元，用于将两路差分信号进行放大，得到四路相位不同的第一信号；

第一分配调相单元，用于将一路本振信号分路为四路第二信号，四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同；

合路单元，分别与所述差分放大单元和所述第一分配调相单元相连接，分别将相位相同的第一信号和第二信号合路为第一电信号。

优选的，所述第一分配调相单元包括：

第一功率分配器，用于将一路本振信号分路为两路相位不同的第一分路信号；

两个第二功率分配器，均与所述第一功率分配器相连接，每个第二功率分配器用于将一路所述第一分路信号分路为两路相位不同的第二信号；得到的四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同。

通过采用上述技术方案，基于第一功率分配器和第二功率分配器，将本振信号分路为四路分别与四路第一信号相位相同的第二信号，使得第一信号和对应的第二信号之间的相位差消除，便于后期第一信号和对应的第二信号合路。

优选的，所述转换合束装置包括：

四个第一激光器，均与所述分配合路单元相连接，每个第一激光器用于将一路第一电信号转换为一路第一光信号；

合束器，分别与四个第一激光器相连接，用于将四路第一光信号合束为第二光信号。

通过采用上述技术方案，合束器分别与四个第一激光器相连接，便于将四个第一激光器和合束器集成化。

优选的，所述变频系统还包括：

微带电路，分别与四个第一激光器的芯片和调整接口相连接，用于将四个第一激光器集成封装；

所述合束器，包括：

第一棱镜，位于微带电路的一侧并且和水平面平行；

第二棱镜，位于第一棱镜远离微带电路的一侧并且和水平面成45°角。

优选的，所述分配合路装置还包括：

第二分配调相单元，用于将一路本振信号分路为两路相位不同的第二电信号；

所述变频系统还包括：

电光转换装置，用于将第二射频信号转换为第三光信号；

解调分束装置，将所述第三光信号分束为两路第四光信号，将所述第四光信号和对应的第二电信号整合输出为第二基带信号并发送。

优选的，所述第二分配调相单元包括：

第三功率分配器，用于将一路本振信号分路为两路第二分路信号；

第四功率分配器，用于将一路所述第二分路信号分路为两路相位不同的第二电信号并发送至所述解调分束装置；

所述第一分配调相单元包括：

第一功率分配器，用于将另一路所述第二分路信号分路为两路相位不同的第一分路信号；

两个第二功率分配器，均与所述第一功率分配器相连接，每个第二功率分配器用于将一路所述第一分路信号分路为两路相位不同的第二信号；得到的四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同。

优选的，所述解调分束装置包括：

分束调制单元，与所述电光转换单元相连接，用于将所述第三光信号分束为两路第四光信号，将每路第四光信号和对应的第二电信号合并为第五光信号，以及将每路第五光信号均转换为第三电信号；

差分单元，与所述分束调制单元相连接，用于将所述第三电信号转换为所述第二基带信号。

附图说明

图1是本申请实施例提供的变频系统的结构框图。

图2是本申请实施例提供的分配合路装置的结构框图。

图3是本申请实施例提供的分配合路装置的另一结构框图。

图4是本申请实施例提供的转换合束装置的结构框图。

图5是本申请实施例提供的光电转换装置的结构框图。

图6是本申请实施例提供的转换合束装置的结构示意图。

图7是本申请实施例提供的合束器的合束原理示意图。

图8是本申请实施例提供的第一分配调相单元和第二分配调相单元的结构框图。

图9是本申请实施例提供的电光转换装置和解调分束装置的结构框图。

图10是本申请实施例提供的测试结果图。

附图说明：1、分配合路装置；11、差分放大单元；111、第一差分放大器；12、第一分配调相单元；121、第一功率分配器；122、第二功率分配器；13、合路单元；131、合路器；14、调整单元；141、压控衰减器；142、可调移相模块；15、第二分配调相单元；151、第三功率分配器；152、第四功率分配器；2、转换合束装置；21、合束器；211、第一棱镜；212、第二棱镜；22、第一激光器；3、光电转换装置；31、第一光电探测器；32、第一滤波器；33、第一放大器；4、本振装置；5、基带发射装置；61、热沉；62、温控元件；63、管壳；64、限位块；7、电光转换装置；71、低噪放大器；72、第二滤波器；73、第二放大器；74、第二激光器；8、解调分束装置；81、分束调制单元；811、分束器；812、第一调制器；813、第二调制器；814、第二光电探测器；82、差分单元；821、第三滤波器；822、第二差分放大器；9、用户天线装置；91、发射端；92、接收端；10、基带接收装置。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例提供一种变频系统，参照图1，变频系统包括：

分配合路装置1，用于将本振信号和第一基带信号整合输出为四路第一电信号。

转换合束装置2，与分配合路装置1相连接，用于分别将四路第一电信号转换为四路第一光信号，以及将四路第一光信号合束为第二光信号。

光电转换装置3，与转换合束装置2相连接，用于将第二光信号转换为第一射频信号并发送。

其中，本振信号LO是由本振装置4产生输出的，第一基带信号是由基带发射装置5产生输出的两路差分信号，两路差分信号分别为L信号和Q信号。

差分信号本身为两路信号，因此，L信号包括L1信号和L2信号，Q信号包括Q1信号和Q2信号。

参照图2，分配合路装置1包括差分放大单元11，差分放大单元11用于将两路差分信号进行放大，得到四路相位不同的第一信号。

差分放大单元11包括两个第一差分放大器111，每个第一差分放大器111用于将一路差分信号放大并输出。具体的，一个第一差分放大器111将L1信号放大后输出为L1’信号，将L2信号放大后输出为L2’信号，另一个第一差分放大器111将Q1信号放大后输出为Q1’信号，将Q2信号放大后输出为Q2’信号。

分配合路装置1还包括第一分配调相单元12，第一分配调相单元12用于将一路本振信号分路为四路第二信号，四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同。

第一分配调相单元12包括第一功率分配器121和两个第二功率分配器122。第一分配调相单元12用于将一路本振信号分路为两路相位不同的第一分路信号；两个第二功率分配器122，均与第一功率分配器121相连接，每个第二功率分配器122用于将一路第一分路信号分路为两路相位不同的第二信号；得到的四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同。

L1信号和L2信号之间相位相差180°，Q1信号和Q2信号之间相位相差180°，L1信号和Q1信号之间相位相差90°，L2信号和Q2信号之间相位相差90°；本振信号的相位为0°。因此，第一功率分配器121为90°电桥，两个第二功率分配器122均为180°电桥，或者，第一功率分配器121为180°电桥，两个第二功率分配器122均为90°电桥。

参照图2，例如，L1信号的相位为0°，L2信号的相位为180°，Q1信号的相位为90°，Q2信号的相位为270°，第一功率分配器121为90°电桥，90°电桥可以将相位调整0°或90°，两个第二功率分配器122均为180°电桥，180°电桥可以将相位调整0°或180°。本振信号经过第一功率分配器121后，得到两路第一分路信号分别为B1和B2，B1信号的相位为0°，B2信号的相位为90°；B1信号经过其中一个第二功率分配器122后，得到两路第二信号分别为C1和C2，C1信号的相位为0°，C2信号的相位为180°；B2信号经过另一个第二功率分配器122后，得到两路第二信号分别为C3和C4，C3信号的相位为90°，C4信号的相位为270°。

分配合路装置1还包括合路单元13，合路单元13分别与差分放大单元11和第一分配调相单元12相连接，分别将相位相同的第一信号和第二信号合路为第一电信号。

合路单元13包括四个合路器131，每个合路器131将相位相同的第一信号和第二信号合路为第一电信号。

最终，得到四个第一电信号，分别为H1、H2、H3和H4。L1’信号和C1信号合并，L2’信号和C2信号合并，能够实现H1信号和H2信号的载波抑制；Q1’信号和C3信号合并，Q 2’信号和C4信号合并，能够实现H3信号和H4信号的载波抑制。

进一步地，参照图3，分配合路装置1还包括调整单元14，调整单元14与四个合路器131均连接，调整单元14包括四个压控衰减器141和四个可调移相模块142。每个压控衰减器141用于对一路第二信号进行幅度微调，每个可调移相模块142用于对一路幅度微调后的第二信号进行相位微调。当然，也可以先利用可调移相模块142对第二信号进行相位微调，然后再利用压控衰减器141对相位微调后的第二信号进行幅度微调。

可调移相模块142至少包括移相器和相位控制器中的一种，如果可调移相模块142既包括移相器，又包括相位控制器，则移相器和相位控制器相连接，但是移相器和相位控制器无论谁先和压控衰减器141相连接均可。

调整单元14用于补偿90°电桥以及电缆长度等器件、电路导致的相位和幅度误差，以提高第一基带信号镜像频率抑制比。

参照图4，转换合束装置2包括合束器21和四个第一激光器22。

四个第一激光器22，分别与四个合路器131相连接，每个第一激光器22用于将一路第一电信号转换为一路第一光信号。

合束器21，分别与四个第一激光器22相连接，用于将四路第一光信号合束为第二光信号。四路第一光信号合束输出，能够消除边带，实现零中频镜像抑制。

值得注意的是，四个第一激光器的型号等是不同的，转换的四路第一光信号的波长不同，合束器将四路第一光信号合并为一路第二光信号（意思就是将四路通道合并为一路通道）。第二光信号虽然是一路，但是拥有四种波长，分别是四个第一光信号的波长。

参照图1和图5，光电转换装置3包括第一光电探测器31。第一光电探测器31，与合束器21相连接，用于将第二光信号转换为第一射频信号并发送。

光电转换装置3还包括第一滤波器32和第一放大器33。

第一滤波器32，与第一光电探测器31相连接，用于对第一射频信号进行滤波。

第一放大器33，与第一滤波器32相连接，用于将滤波后的第一射频信号放大。

最终经过第一放大器33放大的第一射频信号发送给用户天线装置9的发射端91，发射端91将第一射频信号再发送给外界。至此，第一基带信号没有经过中频信号的过度就转换为了第一射频信号，零中频的上变频过程结束。

参照图4和图6，设置一种集成化结构，包括微带电路、热沉61、温控元件62和管壳63。微带电路刻录在热沉61上表面，微带电路分别与四个第一激光器22的芯片和调整接口相连接，进而将四个不同波长的第一激光器22封装在一起，若第一激光器22的频率小于预设值，则调整接口为第一激光器22的管针，若第一激光器22的频率不小于预设值，则调整接口为第一激光器22的射频连接头。热沉61刻录在温控元件62上表面，温控元件62焊锡在管壳63上表面，第一激光器22工作时会产生热量，温控元件62能够通过调控热量，有效降低第一激光器22的功率和波长的漂移。

参照图6和图7，合束器21包括第一棱镜211和第二棱镜212，管壳63上固定有限位块64，限位块64上有卡槽，通过卡槽将第一棱镜211和第二棱镜212分别安装在限位块64上。第一棱镜211位于微带电路的一侧并且和水平面平行，第二棱镜212位于第一棱镜211远离微带电路的一侧并且和水平面成45°角。第一个第一激光器22发射的第一光信号先经过第一棱镜211反射到第二棱镜212上，然后经第二棱镜212再反射到第二棱镜212，经过多次反射后，和第四个第一激光器22发射的第一光信号合束；同理，第二个和第三个第一激光器22发射的第一光信号经过第一棱镜211和第二棱镜212的反射后，也和第四个第一激光器22发射的第一光信号合束，最终，四个第一光信号合束为第二光信号。

微带电路将四个第一激光器22集成封装后，通过管壳63和限位块64等结构将微带电路和合路器131封装在一起，进而将光路尺寸缩小，使得变频系统的结构体积小。

接下来，参照图1和图8，在零中频的上变频的基础上，本申请还实现将第二射频信号不经过中频信号的过度就转换为第二基带信号，具体的，分配合路装置1还包括第二分配调相单元15；变频系统还包括电光转换装置7和解调分束装置8。

第二分配调相单元15，用于将一路本振信号分路为两路相位不同的第二电信号。

电光转换装置7，用于将第二射频信号转换为第三光信号；

解调分束装置8，将第三光信号分束为两路第四光信号，将第四光信号和对应的第二电信号整合输出为第二基带信号并发送。

其中，参照图9，电光转换装置7包括低噪放大器71、第二滤波器72、第二放大器73和第二激光器74。

低噪放大器71，与用户天线装置9的接收端92相连接，用于接收接收端92发送的第二射频信号，并对第二射频信号进行放大。其中，接收端92接收外界发射的第二射频信号并发送给低噪放大器71。

第二滤波器72，与低噪放大器71相连接，用于将第二射频信号进行滤波；接收端92发射的第二射频信号中包含很多无用的信号，第二滤波器72能够去除第二射频信号中的无用信号。

第二放大器73，与第二滤波器72相连接，用于对滤波后的第二射频信号进行再次放大。

第二激光器74，与第二放大器73相连接，用于将第二射频信号转换为第三光信号。

其中，解调分束装置8包括分束调制单元81，分束调制单元81包括分束器811、第一调制器812和第二调制器813。

分束器811，与第二激光器74相连接，用于将第三光信号分束为两路第四光信号。

第一调制器812，与分束器811相连接，用于将一路第四光信号调制为第一初始基带信号。

第二调制器813，与分束器811相连接，用于将另一路第四光信号调制为第二初始基带信号。

参照图8和图9，第一初始基带信号和第二初始基带信号之间的相位不同，因此，分别和第一初始基带信号、第二初始基带信号合并的信号也应该相位不同。因此，第二分配调相单元15包括第三功率分配器151和第四功率分配器152。

第三功率分配器151，用于将一路本振信号分路为两路第二分路信号；其中，两路第二分路信号分别为F1和F2。

第四功率分配器152，用于将一路第二分路信号分路为两路相位不同的第二电信号并发送至解调分束装置8。

此时，第一功率分配器121的功能发生改变，第一功率分配器121，用于将另一路第二分路信号分路为两路相位不同的第一分路信号。

第一初始基带信号和第二初始基带信号之间的相位相差90°，因此，第四功率分配器152为90°电桥，将两路第二电信号的相位调整为分别与两路初始基带信号的相位相同。例如，第一初始基带信号的相位为0°，第二初始基带信号的相位为90°，两路第二分路信号的相位均为0°，其中一路第二分路信号F2经过90°电桥分路和相位调整后，得到两路第二电信号，分别为E1和E2信号，E1信号的相位为0°，E2信号的相位为90°。

第一调制器812，还用于将第一初始基带信号和与第一初始基带信号相位相同的第二电信号合并为一路第五光信号。

第二调制器813，还用于将第二初始基带信号和与第二初始基带信号相位相同的第二电信号合并为另一路第五光信号。

参照图9，分束调制单元81还包括两个第二光电探测器814，每个第二光电探测器814用于将一路第五光信号转换为第三电信号。

解调分束装置8还包括差分单元82，差分单元82与分束调制单元81相连接，用于将第三电信号转换为第二基带信号。具体的，差分单元82包括两个第三滤波器821和两个第二差分放大器822，每个第三滤波器821用于将一路第三电信号进行滤波，每个第二差分放大器822用于将滤波后的一路第三电信号进行放大，得到一路第二基带信号。

至此，第二射频信号没有经过中频信号的过度就转换为了第二基带信号，零中频的下变频过程结束。

本申请按照理想90°电桥设计并得到仿真结果，设置本振信号频率为9.5GHz，第一基带信号的频率即两路差分信号的频率为1GHz，经仿真实验后，可见镜像频率抑制度大于50dB（参照图10）。综上，本申请可以将镜像抑制度大大提高，从而提高信号的信噪比。

本申请实施例一种变频系统的实施原理为：

上变频的过程：第一基带信号为两路差分信号，利用两个第一差分放大器111将两路差分信号进行放大，得到四路相位不同的第一信号。本振信号LO经过第三功率分配器151、第一功率分配器121和两个第二功率分配器122，被分路为四路第二信号，四路第二信号再经压控衰减器141的幅度微调和可调移相模块142的相位微调，得到四路幅度和相位微调后的第二信号，四路第二信号的相位分别和四路第一信号的相位相同。通过四个合路器131，分别将相位相同的第一信号和第二信号合路为第一电信号，再通过四个第一激光器22分别将每路第一电信号均转换为第一光信号，然后通过合束器21将四路第一光信号合束为第二光信号。最后经过光电转换装置3将第二光信号转换为第一射频信号，并将第一射频信号进行滤波和放大，最后发送给用户天线装置9的发射端91。

下变频的过程：本振信号经过第三功率分配器151和第四功率分配器152，被分路为两路相位不同的第二电信号。电光转换装置7接收用户天线装置9的接收端92发射的第二射频信号，并将第二射频信号放大和滤波，然后将第二射频信号转换为第三光信号。分束器811将第三光信号分束为两路第四光信号，两个第一调制器812分别将两路第四光信号调制为第一初始基带信号和第二初始基带信号，第一初始基带信号和第二初始基带信号之间的相位不同。第一调制器812将第一初始基带信号和与第一初始基带信号相位相同的第二电信号合并，第二调制器813将第二初始基带信号和与第二初始基带信号相位相同的第二电信号合并，从而得到两路第五光信号。利用两个第二光电探测器814分别将两路第五光信号转换为第三电信号，第三电信号经过差分单元82的滤波和放大，被转换为第二基带信号，差分单元82将两路第二基带信号发送至基带接收装置。

Claims (6)

1.一种变频系统，其特征在于，包括：

分配合路装置(1)，包括差分放大单元(11)、第一分配调相单元(12)、合路单元(13)，用于将本振信号和第一基带信号整合输出为四路第一电信号，所述第一基带信号是由基带发射装置(5)产生输出的两路差分信号；所述差分放大单元(11)用于将两路差分信号进行放大，得到四路相位不同的第一信号；所述第一分配调相单元(12)用于将一路本振信号分路为四路第二信号，四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同，所述合路单元(13)用于分别与所述差分放大单元(11)和所述第一分配调相单元(12)相连接，分别将相位相同的第一信号和第二信号合路为第一电信号；所述第一分配调相单元(12)包括第一功率分配器(121)和两个第二功率分配器(122)，所述第一功率分配器(121)用于将一路本振信号分路为两路相位不同的第一分路信号；所述两个第二功率分配器(122)均与所述第一功率分配器(121)相连接，每个第二功率分配器(122)用于将一路所述第一分路信号分路为两路相位不同的第二信号，得到的四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同；

转换合束装置(2)，与所述分配合路装置(1)相连接，用于分别将四路第一电信号转换为四路第一光信号，以及将四路第一光信号合束为第二光信号，所述转换合束装置(2)包括合束器(21)和四个第一激光器(22)，所述四个第一激光器(22)均与所述分配合路单元(13)相连接，每个第一激光器(22)用于将一路第一电信号转换为一路第一光信号；所述合束器(21)分别与四个第一激光器(22)相连接，用于将四路第一光信号合束为第二光信号；

光电转换装置(3)，与所述转换合束装置(2)相连接，用于将所述第二光信号转换为第一射频信号并发送。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述本振信号由本振装置(4)产生输出。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述变频系统还包括：

微带电路，分别与四个第一激光器(22)的芯片和调整接口相连接，用于将四个第一激光器(22)集成封装；

所述合束器(21)，包括：

第一棱镜(211)，位于微带电路的一侧并且和水平面平行；

第二棱镜(212)，位于第一棱镜(211)远离微带电路的一侧并且和水平面成45°角。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述分配合路装置(1)还包括：

第二分配调相单元(15)，用于将一路本振信号分路为两路相位不同的第二电信号；

所述变频系统还包括：

电光转换装置(7)，用于将第二射频信号转换为第三光信号；

解调分束装置(8)，将所述第三光信号分束为两路第四光信号，将所述第四光信号和对应的第二电信号整合输出为第二基带信号并发送。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二分配调相单元(15)包括：

第三功率分配器(151)，用于将一路本振信号分路为两路第二分路信号；

第四功率分配器(152)，用于将一路所述第二分路信号分路为两路相位不同的第二电信号并发送至所述解调分束装置(8)；

所述第一分配调相单元(12)包括：

第一功率分配器(121)，用于将另一路所述第二分路信号分路为两路相位不同的第一分路信号；

两个第二功率分配器(122)，均与所述第一功率分配器(121)相连接，每个第二功率分配器(122)用于将一路所述第一分路信号分路为两路相位不同的第二信号；得到的四路第二信号分别与四路第一信号的相位相同。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述解调分束装置(8)包括：分束调制单元(81)，与所述电光转换单元相连接，用于将所述第三光信号分束为两路第四光信号，将每路第四光信号和对应的第二电信号合并为第五光信号，以及将每路第五光信号均转换为第三电信号；

差分单元(82)，与所述分束调制单元(81)相连接，用于将所述第三电信号转换为所述第二基带信号。

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