CN1507163A - 高灵敏度无线接收机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安装在户外的高灵敏度接收机，例如该接收机可以用于移动通信系统的基站。接收带通滤波器RXF3将接收的射频信号转换为期望频带内的信号，然后通过低噪声接收放大器LNA4而低噪声放大到期望电平，并且该放大信号由激光二极管LD5转换为光信号。RXF3、LNA4和LD5被封闭在一个隔热箱中。LD5通过冷却装置冷却到大约临界温度，在此温度下，例如RXF3呈现超导状态，由此增加并稳定动态范围。

Description

高灵敏度无线接收机
技术领域
本发明涉及一种例如用于移动通信基站系统的无线接收机，并特别涉及一种高灵敏度无线接收机，该无线接收机通过冷却射频接收机部分来提高接收灵敏度，并且将接收信号转换成将作为输出的光信号。
背景技术
图1表示一种常规高灵敏度无线接收机的方框图。
常规高灵敏度接收机包括天线1；天线馈线2，用于发送天线1所接收的信号；接收带通滤波器(下文称为“RXF”)3，用于从期望的频带中选择一个信号；低噪声接收放大器(下文称为“LNA”)4，将来自RXF3的输出放大到期望电平；激光二级管(下文称为“LD”)5；输出端6；光缆传输线20；以及光电转换器(下文称为“O/E”)21。RXF3、LNA4和LD5容纳在一单一机壳内。为了实现RXF3和LNA4之间的匹配，可以在它们之间设置一个绝缘体，尽管并没有示出。LD5将LNA4输出的电信号转换成光信号以便从输出端6传送光信号。从输出端6传送的光信号通过传输线20输送并且该信号通过O/E21再次转换成电信号以作为接收信号传送。(参见，例如，文献1：Ta-Shing Chu Fellow，IEEE，以及Michael J.Gans，″Fiber OpticMicrocellular Radio″，IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULARTECHNOLOGY，VOL.40，No.3，AUGUST 1991，pp599-606)。包括LD5、输出端6、传输线20以及O/E21的组件被称为光传输组件。
在上述高灵敏度无线接收机中，LNA4传送的接收信号在光缆上传输之前，即被LD5转换为光信号。因此，与采用同轴电缆传输电信号相比，可以减少加权和损耗并且增加传输线带宽。
将参考图2描述一个常规高灵敏度无线接收机的功能布置，该无线接收机采用阵列天线作为天线1。天线单元的数目配置为n＝4。
所示的常规高灵敏度无线接收机包括：由四个天线单元1a、1b、1c和1d形成的天线1；连接到每一天线单元的单元馈线2(2a、2b、2c和2d)；由接收移相器电路形成的接收移相器14(14a、14b、14c、14d)，这些电路用于调整来自各个单元馈线的接收信号之间的相位差；包括滤波器(3a、3b、3c、3d)的接收带通滤波器装置(RXF3)，用于从来自接收移相器电路14a、14b、14c和14d的输出中选择并传送期望接收频带中的信号；低噪声接收放大器(LNA)4(由放大部分4a、4b、4c、4d构成)，用于为RXF3的各个输出提供期望电平的低噪声放大；合成器15，用于合成LNA4的各个单独部分的输出；LD5，用于将合成器15的输出转换成光信号；接收输出端6，用于传送LD5的输出信号；由光缆形成的传输线20以及O/E 21。接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15以及LD5被容纳在机壳7中。
图3举例说明接收移相器14的构造。在以俯角θ入射的波长为λ的接收信号到达天线时，其在空间以间距d分隔的相邻天线单元之间的相位差为2πdsinθ/λ(在图3所示的例子中，接收信号具有从1d到1a方向增加的滞后相位)。因此，通过连续向天线单元1a的接收信号添加相位滞后ΔΦ＝2πdsinθ/λ，可以对来自天线单元1b、1c以及1d的接收信号进行合成。因此，当信号沿俯角θ所示的方向入射时，将单个天线单元的接收信号合成到一个相同相位上以实现最强接收，从而允许天线波束的中心被控制在俯角θ所指示的方向上。在移动通信基站系统中，可以采用一种方案使得通过相对于地表倾斜天线波束中心来提高基站对位于该基站服务区内的移动站所发送信号的接收灵敏度。尽管图3中未示出，但天线1还用作发射天线，为了减少相邻区域的无线干扰，基站的发射天线波束中心可以相对于地表倾斜。
图2所示的常规接收机的合成器15所传送的接收信号通过如图1中所示的类似方式被LD5转换为光信号，通过传输线20输送该光信号，并且通过O/E21将该信号再次转换为电信号以作为接收信号由放大部分(4a到4D)进行传送，该放大部分被馈送来自电源端50a到50d的负载功率。
如美国专利No.6,480,706所披露，可以通过冷却一个具有阵列天线的高灵敏度无线接收机来提高其接收灵敏度。具体来说，如图2虚线所示，接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15以图1所示的高灵敏度接收机的类似方式容纳在隔热箱8中，通过冷却装置9冷却以使其保持给定温度。冷却装置9包括一个低温顶端，该顶端具有一个由铜板构成的冷却部件9a，并且在该部件上安装接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15。接收移相器14、RXF3等等由一旦冷却就呈现超导状态的超导材料构成，并且冷却装置9将它们冷却到使接收移相器14、和RXF3等等呈现超导状态，并维持这样的温度，这样可以实现电路损耗的大幅度削减。冷却装置9的负载功率由电源端90馈送。
在图1和2所示的常规高灵敏度接收机中，该接收机的光传输组件22具有一个动态范围(下文称为″DR″)，该范围是一个全面反映光传输组件22的增益、噪声和失真响应的参数。该动态范围的确定将参考图4进行描述，其中横坐标表示频率而纵坐标表示输出功率。当具有频率f1和f2并且具有相等电平的两个载波信号Sc1和Sc2通过光传输组件22传输时，动态范围DR被定义为最大C/N比率(载波功率/噪声功率)，在符合2f1-f2和2f2-f1之间的交叉调制失真分量D1和D2的功率PD1和PD2不超过噪声功率PN这一条件时，光传输组件22的输出可实现该最大C/N比率。
如上所述的高灵敏度无线接收机经常被安装在户外并且在该情况下环境温度的变化可能使LD5的E/O响应产生巨大变化。动态范围DR主要受LD5的E/O响应影响，因此当环境温度变化时该动态范围DR会经受巨大变化。
另一方面，可多路复用的信道数目m被认为是表示高灵敏度接收机的接收性能的指标之一。当可多路复用的信道数目m比较大的时候，可多路复用的信道数目m和动态范围DR之间的关系可以由下列近似值表示：
m ≈ 2 3 [ DR prescribedC / Nratio ] 3 / 2 - - - ( 1 )
(参见文献T.Olson，″An RF and Microwave Fiber-Optic Design Guide″，Microwave Journal，1996，39，(8)pp.54-78)。因此，当动态范围DR变化时，可多路复用的信道的所需数目m并不固定。
举例来说，当DFB类型的LD被用于LD5，并当LD5的工作温度从正常温度上升时，例如，从298K(25℃)到318K(45℃)，该动态范围DR有可能降低3.3dB。在这种情况下，假定在298K上可多路复用的信道的数目m等于32个波，相应的根据方程式(1)在318K上可多路复用的信道数目将类似10个波，从而证明响应于LD5的工作温度的增加，可多路复用的信道数目m将大大减少。
有鉴于此，在现有技术中为了使LD5的工作温度稳定通常使用Peltier元件。然而，在环境温度变化很大的户外环境中采用Peltier元件也难以使LD5的温度稳定。为此，很难保证该动态范围DR可以使常规高灵敏度接收机被安装在户外时不管环境温度发生任何变化都能够以稳定方式实现可多路复用的信道的期望数目m。
本发明的一个目的是提供一种对环境温度变化具有较好性能的高灵敏度无线接收机，如果高灵敏度接收机被安装在户外，当光传输组件的动态范围DR相对于现有技术增大时可以提供低损耗/低噪声。
发明内容
根据本发明的高灵敏度无线接收机，接收射频信号通过接收带通滤波器装置被转换为一个期望频带内的信号。接收带通滤波器装置的输出信号通过低噪声接收放大器进行低噪声放大从而获得一个期望电平，然后其输出信号通过LD被转换成光信号进行传送。所述接收带通滤波器装置和低噪声接收放大器容纳在隔热箱中，所述隔热箱通过冷却装置而被冷却到到一个基本恒定的温度。尤其是，LD还被容纳在隔热箱内部以便维持一个低于常温的温度。
由于LD被维持在一个低于常温的温度，结果所述配置具有比现有技术更大的动态范围，同时允许增加可多路复用的信道数目m。如果该接收机如现有技术中所经历的那样经受温度变化，当信道数目相等时，上述做法可以使接收机对温度变化的影响不太敏感。由于所述接收带通滤波器装置和低噪声接收放大器也被冷却，所以热噪声的出现情况被降到最低，从而有助于提供低损耗/低噪声。
附图说明
图1是一个常规高灵敏度接收机的示例功能装置的方框图；
图2是一个常规阵列天线高灵敏度接收机的示例功能装置的方框图；
图3是图2所示的接收移相器14的运行示意图；
图4是一个描述动态范围DR的图表；
图5是一个方框图，表示了本发明的高灵敏度接收机的一个基本实施例的功能配置；
图6用图表表示LD工作温度响应的动态范围DR的实验论证结果；
图7是具有由冷却部件和阻热部件构成的多个冷却单元的一个实施例的方框图；
图8是具有由冷却部件和阻热部件构成的多个冷却单元的另一实施例的方框图；
图9是具有由冷却部件和阻热部件构成的多个冷却装置的一个实施例的方框图；
图10A是另一实施例的基本部分的方框图，其中多个冷却单元由冷却部件和阻热部件构成；
图10B是另一实施例的基本部分的方框图，其中多个冷却单元由冷却部件和阻热部件构成；
图10C是另一实施例的基本部分的方框图，其中多个冷却单元由冷却部件和阻热部件构成；
图10D是另一实施例的基本部分的方框图，其中多个冷却单元由冷却部件和阻热部件构成；
图11是采用多个冷却装置的一个实施例的方框图；
图12是采用多个冷却装置的一个实施例的方框图；
图13是采用多个冷却装置的一个实施例的方框图；
图14是一个实施例的方框图，其中多个冷却单元由具有多个部件的冷却装置构成；
图15是一个实施例的方框图，其中多个冷却单元由具有多个部件的冷却装置构成；
图16是一个实施例的方框图，其中多个冷却单元由具有多个部件的冷却装置构成：
图17是一个实施例的方框图，表示图5所示的实施例在阵列天线高灵敏度接收机上的运用；
图18是一个实施例的方框图，表示图7所示的实施例在阵列天线高灵敏度接收机上的运用；
图19是一个实施例的方框图，表示图10B所示的实施例在阵列天线高灵敏度接收机上的运用；
图20是一个实施例的方框图，表示图11所示的实施例在阵列天线高灵敏度接收机上的运用；
图21是一个实施例的方框图，表示图14所示的实施例在阵列天线高灵敏度接收机上的运用；
图22是阵列天线高灵敏度接收机的另一实施例的方框图；
图23表示图22所示的相移合成器16的另一范例的方框图；
图24是一个实施例的方框图，表示图5所示的实施例在阵列天线高灵敏度接收机上的运用；
图25是高灵敏度接收机采用LD电流控制装置的一个实施例的方框图；
图26A是采用LD将高振幅射频信号转换成光信号的原理图；
图26B是采用LD将低振幅射频信号转换成光信号的原理图；
图27是一个实施例的方框图，其中高灵敏度接收机具有故障监控装置；
图28A是实施例2的一个改进方框图；
图28B是实施例4的一个改进方框图；以及
图29是实施例5中的器件被分成三组进行冷却的实施例的方框图。
具体实施方式
实施例1
图5表示本发明高灵敏度无线接收机的一个实施例，其中与图1所示的内容相应的部分与前面使用的附图标记相同。在接下来的描述中，相应于上述附图中所示的部分具有类似的参考标号，并将省略与其相应的重复描述。与图1所示的配置相比，该实施例的区别在于RXF3、LNA4和LD5被封闭在一个隔热箱8中，该隔热箱可以包括例如一个保温瓶，并且RXF3、LNA4和LD5通过一个冷却装置9被冷却，其中该冷却装置响应于通过电源端90从外部供给的电源而工作。在该范例中，只由一个冷却单元来冷却RXF3、LNA4和LD5。该冷却装置9具有一个低温顶端，该顶端上安装了一个冷却部件9a，而RXF3、LNA4和LD5被安装在冷却部件9a上。这些器件由普通冷却部件9a进行冷却或者由一个单独的冷却单元进行冷却。隔热箱8和冷却装置9均容纳在一个单独的机壳7内。
美国专利引证文件所示的商业上可利用的单元可以用作冷却装置9。这种冷却装置可以通过如氦气的压缩和膨胀这样的方法来进行热传导循环，并且能够冷却到类似几十K的极低温度。该装置包括一个低温冷却器、一个加热器、一个安装在冷却部件9a上检测其温度的温度传感器以及一个温度控制电路。该温度控制电路将温度传感器所测定的冷却部件9a的温度与期望的温度相比较，如果冷却部件9a具有较高的温度则增加冷却器的吸热量，而如果冷却部件的温度较低则增加加热器的发热量。采用这种方法进行调整可以使该冷却部件9a的工作温度在一段持续的时间上以稳定状态维持一个期望的温度。在这种情况下，最好由图5虚线所示的温度传感器Ts检测LD5的温度以便将该温度维持在一个期望值。隔热箱8的内部可被抽为真空状态以便中断来自周围环境的热传导并且减轻冷却器的负荷，同时防止当LD5被冷却到低温时空气中的水蒸气的升华物在LD5上结霜。
当LD5被冷却到低于常温值时，光传输组件22的动态范围DR就增加了。典型实验的结果证明DB类型的LD的工作温度响应如图6所示，其中横坐标表示温度而纵坐标表示动态范围DR。在该范例中，当LD5的工作温度设为213K时，光传输组件的动态范围DR可以在动态范围上提高大约7dB，该效果胜过工作温度为常温298K(25℃)时的效果。假如298K时可多路复用的信道的数目m等于32个波，从方程式(1)中可以看出213K时可多路复用的信道的数目m将增加到差不多360个波。在这种方式下，本发明通过将LD5冷却到低温来大大增加可多路复用的信道的数目m。
依据该实施例，如上所述可以通过将LD5冷却到低于常温值来增加LD5的动态范围，因此，当考虑到相等数目的可多路复用的信道时，与现有技术相比该配置对环境温度变化不太敏感。此外，RXF3和LNA4与LD5通过隔热箱8内部的冷却装置9被冷却并维持在一个期望的温度。换句话说，大于企图通过Peltier元件使LD稳定的热容的一个热容就被控制到一个期望的温度，并且因此，LD5的动态范围对环境温度变化的影响更不敏感。
该技术还可以应用于如下所述的其他实施例。
当RXF3和LNA4同样通过冷却装置9被冷却以便维持在一个恒定的冷却温度时，可以防止RXF3和LNA4的电学反应响应于环境温度变化而发生波动，从而增加了这些器件的动态范围，并减少了在此产生的热噪声。当选择了这种具有一个E/O响应的LD5时，可以使用这种由超导材料或者较高温度超导材料构成的RXF3，其中该E/O响应使光传输组件的动态范围DR在超导材料的临界温度(几十K)或者较高温度的超导材料的临界温度(例如，77.4K)上或附近最大，并且当冷却装置9将RXF3、LNA4和LD5冷却到一个低于临界温度的值时，可以提高接收灵敏度。在这种情况下，如果采用多级谐振器来构造RXF3，由于RXF3呈现超导状态因此损失仍然很小，从而获得一个陡峭的RXF3衰减响应。
因而，根据该实施例所示的高灵敏度无线接收机可以从低电平接收信号中获得一个具有规定C/N率的接收信号同时使光传输组件22获得足够的动态范围DR。从图6所示的响应曲线可以注意到在温度等于或者低于270K时动态范围DR急剧增加，由此可见最好维持LD5等于或低于270K。显然在240K到200K之间的温度范围，动态范围DR变得更大并且随温度变化比较小，并且最好维持LD5在该范围之内。通过将LD5维持在大约213K的温度可以获得最大动态范围DR。
该LD5的动态范围DR-工作温度响应曲线不局限于图6所示的内容，但是它最好将LD5维持在一个低于常温的温度上，并且该温度处于一个使动态范围DR相对于温度变化影响不敏感的范围内。考虑到这些因素，应该根据期望的动态范围DR以及期望的接收灵敏度来设置目标高灵敏度接收机以便即使其他因素没有达到其最佳状态也可以使这些因素中的一个达到最佳状态。冷却装置9所使用的温度传感器可以位于类似于现有技术的位置，例如可以被定位用于检测冷却部件9a的温度以便保持在动态范围DR上的变化，并使工作温度与现有技术相比足够低。然而，当温度传感器Ts被用于检测如上所述的LD5的温度时，可以进一步减少动态范围DR上的变化以及工作温度的变化。所有这些应用于任一实施例的情况将在下文中进行描述。
实施例2
在实施例2中，RXF3、LNA4和LD5被分成两组，其中一组由第一冷却单元进行冷却而另一组由第二冷却单元进行冷却。
图7表示一个实施例，其中RXF3和LNA4在一组而LD5在另一组，他们分别被冷却到不同温度。
与图5所示的装置相比，该实施例的区别在于RXF3和LNA4直接安装在冷却部件9a上而LD5通过一个插入在冷却部件9a和LD5之间的阻热部件10-1安装在冷却部件9a上。这意味着RXF3和LNA4通过冷却部件9a被直接冷却，但是LD5通过阻热部件10-1由冷却部件9a进行冷却。该阻热部件10-1具有一个相对较差的导热性，例如可以采用一个具有比铜板的导热性较差的铝板或者陶瓷板。
采用该装置，将RXF3在一段持续的时间上以稳定状态维持在第一温度。该阻热部件10-1将由LD5的运行所产生的热量传导到冷却部件9a，并且将LD5在一段持续的时间上以稳定状态维持在第二温度。因而，采用阻热部件10-1提供在第一温度和第二温度之间的所需温度偏移量。
例如，第一温度选定为构成RXF3的超导材料的临界温度。在该温度上，RXF3呈现超导状态。因此，如果采用多级谐振器构造RXF3，就会减少损耗，并且可以获得陡的衰减响应曲线，同时减少RXF3内部产生的热噪声。
另一方面，第二温度选定为采用最佳E/O响应曲线操作LD5的温度。例如，在图6所示的典型实验数据中，按照LD5处于213K温度的E/O响应曲线，光传输组件22的动态范围DR为最大。因此，为了使光传输组件22的可多路复用的信道数目m最大，LD5的第二温度最好设置为213K。
第一和第二温度的范例已经如上所述。然而，RXF3的最佳第一温度并非通常与LD5的最佳第二温度一致。因此，在目前的实施例中，冷却装置所进行的温度控制用于将RXF3维持在具有稳定状态的第一温度，并且阻热部件10-1被插入LD5与冷却部件9a之间以便LD5稳定在比第一温度更高的第二温度。第二和第一温度之间的所需温度偏移量可以通过适当选择用于构造阻热部件10-1的热传导率以及材料结构来实现。
可见冷却装置9可以包括：一个冷却单元91，通过与冷却部件9a直接的热连接执行冷却操作；以及另一冷却单元92，通过与阻热部件10-1的热连接执行冷却操作。在该实施例中，RXF3和LNA4构成一组而LD5构成另一组，并且这两组通过冷却单元91以及冷却单元92分别被冷却。
图8表示一个实施例，其中RXF3构成一组，而LNA4和LD5构成另一组，并且这两组被冷却到不同温度。
与图5所示的配置相比，该实施例的区别在于RXF3通过插入的阻热部件10-2安装在冷却部件9a上以便由该冷却单元92将其冷却，而LNA4和LD5直接安装在冷却部件9a上以便由该冷却单元91将其冷却。RXF3通过插入阻热部件10-2被冷却部件9a冷却并且在一段持续时间上以稳定状态维持在第一温度。LD5通过冷却部件9a被直接冷却，并且在一段持续的时间上以稳定状态维持在低于第一温度的第二温度。这是因为根据LD5的特性，当动态范围DR最大时的工作温度有可能低于RXF3的临界温度，相反地，可能存在临界温度等于或者高于77.4K的较高温度超导材料，因此，图8所示的配置可能非常有效。
图9表示一个RXF3、LNA4和LD5分别被冷却到不同温度的实施例。
该实施例与图7的配置相比区别在于冷却部件9a通过插入在冷却部件9a和RXF3之间的阻热部件10-2冷却RXF3。在图9所示的配置中，RXF3、LD5和LNA4分别在一段持续的时间上以稳定状态被维持在第一温度、第二温度以及第三温度。阻热部件10-2和10-1允许在第一和第三温度之间设置一个期望温度的偏移量，而在第二和第三温度之间设置一个期望温度的偏移量。就特定的第一、第二和第三温度范例来说，对于采用较高温度超导材料构造的RXF3来说第一温度可以设置在77K上或者附近；对于图6所示的典型实验数据所示的LD5来说第二温度可以设置在213K，以及为了使LNA4内部产生的热噪声最小第三温度可以设置为大约几十K。
图9的实施例中所使用的冷却装置9可以包括：一个冷却单元91，由冷却部件9a直接冷却；以及两个其他的冷却单元92-1和92-2，分别通过阻热部件10-1和10-2冷却。
由上述几个实施例所述可以理解，冷却装置9使隔热箱8内部冷却到一给定的温度。然而，RXF3、LNA4和LD5全部被控制在常温或者一个器件被维持在不同于其他的两个器件的恒定温度或者所有的器件被维持在相互不同的恒定温度。在这些状态中，最好利用温度传感器检测一个器件的温度，并且根据接收机的性能要求将其控制在一个期望值，并且控制其他器件基本上处于他们的计划温度。该技术还可以应用于如下所述的其他实施例。
其他采用冷却装置9的实施例大致如图10A到10D所示，其中冷却装置9包括多个冷却单元，该冷却单元使用一个冷却部件9a和一个阻热部件或者多个组件冷却RXF3，LNA4和LD5。在图10A中，冷却单元91冷却RXF3而冷却单元92冷却LNA4和LD5。在图10B中，冷却单元91冷却LD5而冷却单元92冷却RXF3和LNA4。在图10C中，冷却单元91冷却LD5，冷却单元92-1冷却RXF3而冷却单元92-2冷却LNA4。在图10D中，冷却单元91冷却RXF3，冷却单元92-1冷却LNA4而冷却单元92-2冷却LD5。
实施例3
实施例3使用作为冷却装置9的多个冷却单元的多个冷却装置。这些实施例如图11所示。
该实施例与图1所示的配置相比区别在于RXF3和LNA4由第一冷却装置9-1冷却，而LD5由第二冷却装置9-2冷却。具体来说，RXF3和LNA4安装在第一冷却装置9-1中的冷却部件9a1上以便冷却并且在一段持续的时间上以稳定状态维持在第一温度。LD5安装在第二冷却装置9-2的冷却部件9a2上以便冷却并且在一段持续的时间上以稳定状态维持在第二温度。第一冷却装置9-1和第二冷却装置9-2的用途在于独立地设置RXF3的第一温度和LD5的第二温度。冷却装置9-1和9-2共同构成冷却装置9，可以认为该冷却装置9包括两个冷却单元，即由冷却装置9-1构成的冷却单元91和由冷却装置9-2构成的冷却单元92。
图12表示采用多个冷却装置的另一实施例。
在该实施例中，RXF3、LNA4和LD5分别安装在第一冷却部件9-1的冷却部件9a1、第二冷却装置9-2的冷却部件9a2以及第三冷却装置9-3的冷却部件9a3上以进行冷却。利用这些配置，RXF3、LNA4和LD5分别在一段持续的时间上以稳定状态维持在第一温度、第二温度以及第三温度。对于第一、第二和第三温度的特定范例而言，对于由较高温度超导材料构成的RXF3来说第一温度可以设置在77K上或者附近，为了使LNA4内部产生的热噪声最小第二温度可以设置到大约几十K，而对于图6所示的实验数据所示的LD5来说第三温度可以设置在213K。
第一冷却装置9-1、第二冷却装置9-2以及第三冷却装置9-3共同构成冷却装置9，可以认为该冷却装置9包括三个冷却单元，即一个由第一冷却装置9-1构成的冷却单元91，由第二冷却装置9-2构成的冷却单元92以及由第三冷却装置9-3构成的冷却单元93。图13表示冷却装置9的另一范例，该冷却装置9含有多个冷却单元，并且每个冷却单元包括冷却装置。RXF3安装在冷却装置9-1的冷却部件9a1上，该冷却装置9-1用作冷却单元91；而LNA4和LD5安装在冷却装置9-2的冷却部件9a2上，冷却装置9-2用作冷却单元92。
实施例4
实施例4表示具有多个冷却单元的冷却装置9，这些冷却单元由具有多个部件的冷却装置的每一级冷却装置提供服务。该实施例如图14所示。
该实施例与图5所示配置的区别在于采用两级冷却装置9′作为冷却装置9。RXF3和LNA4安装在两级冷却装置9′的第一冷却部件9s1上以便进行冷却，而LD5安装在两级冷却装置9′的第二冷却部件9s2上以便进行冷却。两级冷却装置9′具有第一冷却部件9s1和第二冷却部件9s2，它们的温度可以独立地设置。可以独立地设置冷却温度的冷却部件在下文中被称为″级″。两级冷却装置9′可以得到一种商业产品。RXF3和LNA4在一段持续的时间上以稳定状态被维持在第一温度，该温度是为第一级9s1设置的。LD5在一段持续的时间上以稳定状态被维持在第二温度，该温度是为第二级9s2设置的。
如图15所示，只有RXF3可以安装在第一级9s1上，而LNA4和LD5可以都安装在第二级9s2上。
可见第一级9s1和第二级9s2构成冷却装置9的冷却单元91和92。
图16表示采用具有多个部件的冷却装置的另一实施例。
该实施例与图15所示配置的区别在于采用三级冷却装置9″作为冷却装置9。RXF3、LNA4和LD5分别安装在三级冷却装置9″的第一级9s1、第二级9s2和第三级9s3上。在三级冷却装置9″中，三级的温度可以独立设置。RXF3、LNA4和LD5在一段持续的时间上以稳定状态分别被维持在第一、第二和第三温度，所述温度是分别为第一、第二和第三级9s1、9s2和9s3设置的。对于第一、第二和第三温度的特定范例而言，对由较高温度超导材料构成的RXF3来说第一温度可以设置在77K上或者附近，为了使LNA4内部产生的热噪声最小第二温度可以设置为大约几十K，并且对图6所示的实验数据所示的LD5来说第三温度可以设置在213K。
这些器件可以分成两组，一组包括RXF3和LD5，而另一组包括LNA4，并且一组可以由冷却单元91冷却，而另一组可以由冷却单元92冷却。在使用阻热部件的情况下，LNA4可以直接安装在冷却部件9a上以便由冷却单元91进行冷却，而RXF3和LD5可以通过一个插入的阻热部件10-1安装在冷却部件9a上以便由该冷却单元92进行冷却，如图28A所示。反之，RXF3和LD5可以直接安装在冷却部件9a上，而LNA4可以通过插入的阻热部件10-1安装在冷却部件9a上。在使用两级冷却装置9′的情况下，RXF3和LD5可以由包括第一级冷却部件9s1的冷却单元91进行冷却，而LNA4可以由包括第二级冷却部件9s2的冷却单元92进行冷却。反之，LNA4可以由第一级冷却部件9s1进行冷却而RXF3和LD5可以由第二级冷却部件9s2进行冷却。这同样适用于当使用第一冷却装置13和第二冷却装置14的情况。总而言之，从图5、7到16、28A和28B所示的实施例可理解，RXF3、LNA4和LD5可被分为s组，由s个冷却单元进行冷却，其中s为1、2和3中的一个。
实施例5
实施例5表示本发明用于包括阵列天线的高灵敏度接收机。
图17表示将实施例1应用于阵列天线高灵敏度无线接收机的一个实施例。
天线1由四个天线单元1a到1d构成，类似于图2所示的常规接收机所示。然而，类似于如图2中所示，在该实施例中接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15和LD5被封闭在隔热箱8中，该隔热箱提供真空隔热以便断绝来自外部的热量流入该隔热箱内，并且接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15和LD5由冷却装置9进行冷却，该冷却装置能够在一段持续的时间上以稳定状态维持极低的温度，例如可能是几十K。因此，在该实施例中，类似于图5所示的实施例中所使用的冷却装置9，以及接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15和LD5安装在冷却装置9的冷却部件9a上，从而由一个单独的冷却单元进行冷却。
当接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15和LD5在一段持续的时间上以稳定状态被冷却到低温时，这些器件内部产生的热噪声可以减到最少并且由于接收移相器14和RXF3呈现超导状态，因此他们的插入损耗可以减到最少。结果，阵列天线高灵敏度无线接收机的噪声系数以及接收灵敏度显著提高了。因此，当使用该高灵敏度接收机时，可以从低电平接收信号获得一个具有规定C/N率的接收输出，并且可以减少要求获得具有规定C/N率的接收输出的发送侧的发送功率。此外，当抽空隔热箱8时，就可以防止LD5被冷却到低温时，在LD5上形成由于空气中的水蒸气升华所造成的霜。
图18表示用于阵列天线高灵敏度接收机的采用阻热部件的冷却装置9的另一实施例，该冷却装置类似于图7所示的结构。因此，该实施例与图17所示的配置相比区别在于该接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15由冷却部件9a直接冷却到第一温度，而LD5通过冷却部件9a和阻热部件10-1冷却到第二温度。
因而，采用阻热部件10-1提供在第一温度和第二温度之间的所需温度偏移量。例如，当RXF 3由超导材料构成时，第一温度设置为一个等于或者低于RXF3的临界温度的值。在该温度，RXF3呈超导状态，从而如果采用多级谐振器构造RXF3就会减少损耗，并且可以获得陡的衰减响应曲线，同时使热噪声最小。例如，当超导材料包括较高温度超导材料时，临界温度可以超过100K，而希望的温度可以设置在液氮的沸点77.4K上或者附近。
另一方面，第二温度用于LD5使之具有优选电响应。例如，参照图6所示的实验数据，LD5的动态范围DR在温度为213K时最大。与常温例如298K(25℃)时的DR相比在温度为213K时的DR提高了7dB。根据方程式(1)，这样的改进可以有效地将光传输组件22的可多路复用的信道数目m乘以系数11.2。举例来说，光传输组件22在298K时的可多路复用的信道数目m假设为32个波，在213K的m值将为360个波。因此，为了使光传输组件22的m值最大，LD5的第二温度设置在213K。
LD5的优选温度也许不同于如上所述的接收移相器14、RXF3、LNA4以及合成器15的优选温度。因此，在该实施例中，由冷却装置9实现接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15稳定在第一温度上的条件，而由在LD5和冷却部件9a之间插入阻热部件10-1实现LD5稳定在高于第一温度的第二温度上的条件。在这种情况下，可以通过适当选择构成阻热部件10-1的部件的热传导率和结构来实现第一和第二温度之间的期望偏移量。可以考虑当前实施例将这些器件分成二组，一组包括接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15，而另一组包括LD5，第一组由冷却单元91进行冷却，而第二组由冷却单元92进行冷却。
图19表示一个实施例，其中用于阵列天线高灵敏度接收机的冷却装置9的结构类似于图10B所示。
该实施例与图17所示装置的区别在于LD5由冷却部件9a(冷却单元91)直接冷却到第二温度，而接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15由冷却单元92或者通过阻热部件10-2被冷却到高于第二温度的第一温度。
图20表示一个实施例，其中用于阵列天线高灵敏度接收机的冷却装置9的结构类似于图11所示的多个冷却装置。
该实施例与图18所示装置的区别在于接收移相器14、RXF3、LAN4和合成器15被第一冷却装置9-1冷却到第一温度，而LD5被第二冷却装置9-2冷却到第二温度。
图21表示一个实施例，其中用于阵列天线高灵敏度接收机的冷却装置9的结构类似于图14所示的包括多个部件的冷却装置。
该实施例与图20所示装置的区别在于该实施例采用两级冷却装置9′。具体来说，接收移相器14、RXF3、LNA4和合成器15包含地安装在两级冷却装置9′的第一级9s1上，而LD5安装在两级冷却装置9′的第二级9s2上以便冷却到第二温度。
用于阵列天线高灵敏度接收机的不同形式的冷却装置9已经被示出，包括阻热部件用于定义多个冷却单元91、92的一个范例，多个冷却装置用于定义多个冷却单元91、92的另一个范例，以及具有多个部件的冷却装置用于定义多个冷却单元91、92的另一个范例。包括多个冷却单元91和92或91、92和93的冷却装置9一方面冷却接收移相器14和RXF3，另一方面冷却LNA4、合成器15以及LD5到彼此不同的温度，其中这些冷却单元采用不同的技术构成，并不局限于以图8、10A、13和15中的实施例所表示的类似方式所实现的上述例子。此外，将接收移相器14和RXF3的组合装置以及LNA4和合成器15以及LD5的组合装置冷却到彼此不同的温度也可以采用如图9、10C、10D、12和16中实施例所示的类似方法。如通常所述，接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15和LD5被分为两组，分别由不同的冷却单元进行冷却，或者分成三组分别由三个冷却单元进行冷却，或者分成四组分别由四个冷却单元进行冷却，或者分成5组分别由五个冷却单元进行冷却。总而言之，在这些实施例和图17所示的实施例中，信号通道上包含在隔热箱8中的器件，即接收移相器14、RXF3、LNA4、合成器15和LD5可以被分成s组，由s个冷却单元进行冷却，其中s表示1、2、3、4和5中的一个，包括这些器件被单独冷却的例子在内。这里所述的隔热箱8内部的器件涉及上述器件。
举例来说，图29用示意图表示一个采用阻热部件分三组来冷却隔热箱8内部器件的范例。接收移相器14和合成器15通过阻热部件10-1安装在冷却部件9a上以便由冷却单元92将其冷却，RXF3和LNA4直接安装在冷却部件9a上以便由冷却单元91将其冷却，而LD5通过插入的阻热部件10-2安装在冷却部件9a上由冷却单元93将其冷却。阻热部件10-1包括阻热部分10-1a、阻热部分10-1b、以及阻热部分10-1c，阻热部分10-1c连接在阻热部分10-1a和10-1b之间，这三个部分共同构成完整的阻热部件，其中接收移相器14安装在阻热部分10-1a上，合成器15安装在阻热部分10-1b上。如此，接收移相器14和合成器15的组合装置，RXF3和LNA4和LD5的组合装置可以被冷却到互不相同的温度。很容易理解这些器件可以被分成其他的组合装置或者组，上述所示的配置不仅仅可应用于由一个阻热部件或者多个阻热部件构成的多个冷却单元的配置，而且还可应用于由多个冷却级或者多个冷却装置所构成的多个冷却单元的配置。
图22表示阵列天线高灵敏度接收机的另一实施例。
与图17所示的配置相比，该实施例的区别在于天线单元1a、1b、1c和1d的接收信号被输入RXF3(3a、3b、3c和3d)，而3a、3b、3c和3d的输出通过LNA4上的四个放大器(4a、4b、4c、4d)进行放大，并且放大后的信号在被合成器15合成之前，它们之间的相位差在接收移相器14的四个移相器电路14a、14b、14c和14d中经过调整，使它们具有相同相位，然后合成后的输出信号传送给LD，注意接收移相器14和合成器15布置在隔热箱8的外面。
冷却装置9将RXF3和LNA4维持在低温，因此RXF3和LNA4的相位响应不发生变化。因此，移相器14可以位于LNA4之后。当接收移相器14和合成器15布置在隔热箱8的外面时，可以减少冷却装置9的热负荷。然而，如图22虚线所示，可以采用一种配置来减少接收移相器14和合成器15内部产生的热噪声，从而进一步提高接收灵敏度。
在图17到22所示的实施例中，接收移相器14包括四个移相器电路14a、14b、14c和14d，但是由于需要接收移相器14传送来自四个天线单元的具有相同相位的接收信号，因此移相器电路14a、14b、14c和14d中的一个可以被忽略。通常，当天线单元的数目为n时，接收移相器14可以具有n或者(n-1)个移相器电路。
在图22所示的实施例中，接收移相器14和合成器15组合构成一个可以执行相位调整以及合成的移相器合成器16。然而，移相器合成器16可以构造成如图23中所示的结构。具体来说，LNA4的放大器4a所输出的信号被输入到移相器电路14a，然后从该移相器电路14a输出的信号和放大器4b的输出信号通过合成器15a进行合成。然后合成器15输出的信号被输入到移相器电路14b，然后该移相器电路14b输出的信号和放大器4c的输出信号通过合成器15b进行合成。合成器15b输出的信号被输入到移相器电路14c，然后该移相器电路14c输出的信号和放大器4d的输出信号通过合成器15c进行合成并将合成后的信号传送到LD5。引证的美国专利附图的图2所举例说明的其他配置还可用于移相器合成器16。在图22所示的实施例中，信号通道上容纳在隔热箱8中的器件，即RXF3、LNA4、LD5以及接收移相器14和合成器15，如果这些器件也被使用的话，可以被分成s组，这些器件可以由s个冷却单元进行冷却，其中当接收移相器14和合成器15被安排于隔热箱8内时，s为1到3的整数，当接收移相器14和合成器15被安排于隔热箱8外时，s为1到5的整数。根据例如图29中所示的技术可以很容易明白这些。
图24表示将本发明应用到美国专利引证文件所公开的配置中的一个实施例，其中单个天线单元的接收信号在他们被馈送到LNA4之前就初始经过相位调整和合成。单个天线单元1a到1d所接收的射频信号初始就通过移相器合成器16对单个信号之间的相位差进行调整和合成，由此四个接收射频信号被合成为具有相同相位的一个单一射频信号，该信号被馈送给具有单个滤波器的RXF3。随后的信号处理具有与图5所示的实施例类似的情况。移相器合成器16被容纳在隔热箱8内部并且冷却装置9对其进行冷却。在该范例中，移相器合成器16和RXF3、LNA 4和LD5一起安装在冷却部件9a上，以由单一冷却单元将它们冷却到常温。
在图7到16所示的每一采用包括多个冷却单元的冷却装置9的实施例中，任一冷却单元可以将移相器合成器16冷却到与其他器件相同的常温或者可以冷却到与其他器件不同的温度。必须认识到并不总是必需将移相器合成器16冷却到与RXF3一样的常温。如图24中虚线所示，移相器合成器16可以布置在隔热箱8的外面，从而减少冷却装置9的负荷。
一旦接收移相器14、合成器15或者移相器合成器16被容纳在隔热箱8中，他们就被冷却到如隔热箱8中的其他器件一样的常温，例如被冷却到与RXF3和LNA4一样的常温。一旦它们被冷却到一个不同于LD5的温度，该接收移相器14或者移相器合成器16被冷却到RXF3的常温。一旦合成器15被冷却到与LNA4和/或LD5一样的常温，移相器合成器16被冷却到LNA4和/或LD5的常温。一旦它被冷却一个不同于RXF3的温度，冷却单元91到93中的对应一个根据需求对其进行冷却。也在图24所示的实施例中，通常将隔热箱8内部的器件被分成s组，由s个冷却单元对这些器件进行冷却，其中在使用移相器合成器16时，s为1、2、3和4之一，在使用接收移相器14和合成器15时，s为1、2、3、4和5之一。
对于图5到24所示的任一实施例，当该高灵敏度接收机被用于移动通信系统的基站时，例如，为了能使基站装备的结构紧凑而经济，高灵敏度接收机的天线1最好用于接收和传输。这可以通过在天线馈线2和RXF3之间或者在天线单元的每一馈线2a、2b、2c和2d与移相器电路14a、14b、14c和14d之一之间或者移相器合成器和RXF3之间提供一个天线双工器来实现。
阵列天线的双工器可以采用美国专利引证文件中所公开的类似方法构造。
其他实施例
图25表示应用到如图7所示的实施例的，根据输入到LD5的信号功率大小对LD5的偏流控制。LNA4的输出信号通过分配器被分流，该分配器将要输入的功率分配到LD5以及偏流控制装置12。偏流控制装置12在输入信号具有高功率电平时，通过增加提供给LD5的偏流，并且当输入信号具有低功率电平时，通过降低提供给LD5的偏流，而起控制作用。
参见图26，现在将描述一个采用LD5将射频信号转换到光信号的偏流控制。
图26A是当射频信号s(t)具有很多可多路复用信道的示意图。在这种情况下，s(t)具有高功率电平，并且因此具有一个很大的最大振幅。例如，为了防止将射频信号s(t)转换成光信号p(t)时发生削波(clipping)，选择一个足够大的LD5的偏流，如I1所示。此时，LD5的平均光输出功率P1呈现一个很高的值。可以通过高灵敏度接收机多路复用的许多接收射频信号信道随着通信量随时间的变化而波动，从而导致射频信号s(t)的最大振幅发生变化。例如，当射频信号s(t)的最大振幅象图26B所示的一样小的时候，选择LD5的偏流为小的电流值I2。在这种情况下，LD5的平均光输出功率可以减少到P2。如此，可以减少LD5的发热值，从而减少冷却装置9的负荷，同时，可以相对于LD5总是运行在高偏流和高平均光输出功率时的情况而延迟LD5的老化效应。LD5的偏流控制适用于图5、8到16以及24所示的实施例，并且它还适用于图17到22所示的实施例。在这种情况下，如图25中的虚线所示，分配器11被插入到合成器15和LD5之间以便允许将合成器15的一个输出信号输入到分配器11。
图27表示使用一个导频信号的监控装置，被应用于如图5所示的实施例中。应当注意监控装置还适用于图7到16以及24所示的任一实施例。
可以产生一个位于RXF3的衰减频带内的导频信号的导频信号发生器30布置在隔热箱8的外面，并且在RXF3和LNA4之间的信号通路上提供一个导频信号注入器31，用于注入导频信号发生器30所产生的导频信号。在O/E21的输出侧提供：用于分离接收信号和导频信号的分路滤波器32，其中O/E21布置在传输线20上与LD5相反的一端，上述传输线20为一条用于传输来自输出端6的光信号的光缆；电平检测器33，用于检测所分离的导频信号的电平；以及监控器34，将电平检测器33检测到的导频信号的电平与预置门限值进行比较。为了减轻冷却装置9的负荷，导频信号发生器30没有布置在隔热箱8内。电平检测器33可以利用用于选择具有导频信号频率的分量并且检测该电平的选择电平表。监控器34可以包括一个产生预置电压的基准电压发生器以及一个比较器，或者可以采用包括模-数转换器、微处理器、ROM、RAM等等的基本线路来进行构造。
导频信号发生器30产生的导频信号通过导频信号注入器31注入LNA4。由于导频信号的频率被设置到RXF3的衰减频带内，因此该注入的导频信号输入到LNA4而不会从天线辐射出去干扰其他系统。加入导频信号的接收信号通过LNA4进行放大，并且通过LD5被转换为光信号以便通过输出端6传送。分路滤波器32在室内分离接收信号和导频信号，导频信号的电平由电平检测器33进行检测。监控器34将电平检测器33检测的导频信号的电平与预置门限值进行比较，看看该导频信号的电平是否低于该门限值，从而立即并以可靠方式检测安装在户外的高灵敏度接收机内部的LNA4或者LD5是否出现任何故障。在这种情况下，在高灵敏度接收机内部可能发生切换到备用LNA4或者LD5的情况。
应当注意导频信号注入器31可以布置在隔热箱8外面。
当高灵敏度接收机被安装在户外时，一个发光冲击电压保护器被插入机壳7内部，并位于天线馈线2或者2a到2b与RXF3之间，或者天线馈线2a到2b与接收移相器14或者移相器合成器16之间以及任一馈送各个器件的电力馈线(未示出)上，以免产生由发光放电所引起的故障。
如果根据本发明的高灵敏度接收机安装在户外，该接收机充分抵御环境温度变化并且保持低损耗和低噪声，同时具有一个光传输组件的足够大的动态范围DR。通过将用于阵列天线配置的接收带通滤波器、低噪声接收放大器和LD、以及任一移相器、合成器或者移相器合成器封闭在一个单一隔热箱内部以便进行冷却，那么将省略准备在隔热箱之间用于信号连接的电缆，若这些器件限定于分离的隔热箱时则可能需要电缆，同时避免热量通过这种电缆流入每一隔热箱内从而增加冷却装置的负荷，由此使整个高灵敏度接收机的结构紧凑且经济。

Claims (13)

1、一种高灵敏度接收机，包括：
接收带通滤波装置，用于接收一个射频信号作为输入，并且通过一个位于期望频带内的信号；
低噪声接收放大器，用于将来自该接收带通滤波装置的输出信号低噪声放大到期望电平；
激光二极管，用于将来自该低噪声接收放大器的输出信号转换为光信号以便传送；
隔热箱，用于将所述接收带通滤波装置、低噪声接收放大器以及激光二极管封闭在其中；
以及冷却装置，用于冷却该隔热箱的内部。
2、按照权利要求1的高灵敏度接收机，其特征在于：所述接收带通滤波装置、低噪声接收放大器以及激光二极管被分成s组，并且该冷却装置包括s个冷却单元，每一冷却单元冷却所述组中的一组，其中s为1、2或者3中的一个。
3、按照权利要求1的高灵敏度接收机，其特征在于：
由n个天线单元构成的阵列天线，其中n为等于或者大于2的整数；
以及移相器合成器，用于接收来自n个天线单元的接收信号，调整所述接收信号之间的相位差，并且将它们进行合成以便传送一个合成输出作为所述射频信号。
4、按照权利要求3的高灵敏度接收机，其特征在于：移相器合成器布置在隔热箱内部以便被冷却。
5、按照权利要求1的高灵敏度接收机，其特征在于：
由n个天线单元构成的阵列天线，其中n为等于以及大于2的整数；
以及移相器，用于接收来自n个天线单元的接收信号作为输入，并且调整这些接收信号之间的相位差以便传送n个信号；
所述射频信号是来自所述移相器的n个输出信号，所述输出信号被输入到包括n个滤波器的接收带通滤波装置以便通过期望频带内的信号；
所述低噪声接收放大器包括n个放大器，所述n个滤波器输出信号分别被输入所述n个放大器；
以及合成器，用于将来自所述n个放大器的输出信号进行合成，从而向该激光二极管提供一个输入；
所述移相器以及所述合成器布置在该隔热箱内部以便进行冷却。
6、按照权利要求5的高灵敏度接收机，其特征在于：所述接收移相器、接收带通滤波装置、低噪声接收放大器、合成器以及激光二极管被分成s组，并且该冷却装置包括s个冷却单元，每一冷却单元冷却所述组中的一组，其中s为1、2、3、4或者5中的一个。
7、按照权利要求1的高灵敏度接收机，其特征在于：
由n个天线单元构成的阵列天线，其中n为等于或者大于2的整数；
所述射频信号是所述n个天线单元接收的信号，所述接收带通滤波装置包括n个滤波器，每一滤波器接收由n个天线单元中的一个所接收到的射频信号用于通过一个期望频带内的信号，n个滤波器的输出被馈送到包括n个放大器的低噪声接收放大器；
以及移相器合成器，用于接收来自所述n个放大器的输出信号作为输入并且调整这些输出信号之间的相位差以及将这些输出信号进行合成以便输入到激光二极管。
8、按照权利要求7的高灵敏度接收机，其特征在于：所述接收带通滤波装置、低噪声接收放大器、移相器合成器以及激光二极管被分成s组，并且该冷却装置包括s个冷却单元，每一冷却单元冷却所述组中的一组，其中s为1、2、3或者4中的一个。
9、按照权利要求1到8中任一个的高灵敏度接收机，其特征在于：该冷却装置包括一个由冷却板构成的冷却单元，和至少一个另外的冷却单元，它由冷却板和阻热部件共同构成，用于将所述接收带通滤波装置、低噪声放大器以及激光二极管的一个或多个冷却到彼此不同的温度。
10、按照权利要求1到8中任一个的高灵敏度接收机，其特征在于：该冷却装置包括多个冷却装置，用于将位于隔热箱内的信号通路上的器件的一个或两个冷却到彼此不同的温度。
11、按照权利要求1到8中任一个的高灵敏度接收机，其特征在于：所述冷却装置包括由冷却部件形成的多个冷却单元，每一冷却单元将所述接收带通滤波装置、低噪声接收放大器以及激光二极管的一个或多个冷却到彼此不同的温度。
12、按照权利要求1到8中任一个的高灵敏度接收机，其特征在于：
连接在所述低噪声接收放大器和激光二极管之间的功率分配器，用于分流输入到激光二极管的信号的一部分；
以及偏流控制装置，用于根据该功率分配器分流的信号功率电平而控制提供给该激光二极管的偏流。
13、按照权利要求1到8中任一个的高灵敏度接收机，其特征在于：
位于激光二极管之前的导频信号发生器，用于产生将被加入所述射频信号的导频信号；
光/电转换器，用于将该光信号转换为电信号；
分路滤波器，用于从来自该光/电转换器的电输出信号中选择该导频信号；
电平检测器，用于检测该分路滤波器所滤波的导频信号的电平；
以及监控器，用于将检测的导频信号电平与预置门限值进行比较，从而检测至少该激光二极管的故障情况。
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