CN203896334U - 一种基于光电振荡器的锁相环 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于光电振荡器的锁相环，包括鉴相器1、低通滤波器2、分频器3和光电振荡器，光电振荡器由耦合器6、激光器7、可调光衰减器8、电光调制器9、窄带滤波器10、压控移相器11、可调衰减器12、微波放大器13、光电探测器14和光滤波器15和光延时线16组成；光滤波器15由一根长度为4.84-5.1cm的短光纤环和一根长度为7.23-8.62cm的长光纤环组成。本实用新型锁相环中的光滤波器中的短光纤的无频谱谱线范围可以消除或减小长光纤中波模的影响，从而可以达到很高的品质因数。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于光电振荡器的锁相环。
背景技术
目前，公知的微波模拟锁相环基本构造如图1所示，它由鉴相器1、低通滤波器2、分频器3和压控振荡器4组成。工作时，待锁相源5通过鉴相器1与压控振荡器4输出信号进行鉴相，当压控振荡器4信号与待锁相源5相位一致时，鉴相器1输出电压为0，压控振荡器4保持原来的工作状态，通过分频器3的反馈信号不变；当压控振荡4信号与待锁相源5相位不一致时，鉴相器1输出电压不为0，能够提供一个反馈电压给压控振荡器4，反馈信号通过分频器3后再次与待锁相源5进行鉴相，直至两振荡源相位在一定范围内实现“同步”。其中，压控振荡器4是锁相环的重要组成部分，其相位噪声影响整个锁相环的工作性能，如果其相位噪声大于待锁相源5的相噪，该锁相环将无法对待锁相源5进行同步锁相。
传统的振荡器在频率较高时，会产生较大噪声，而且随着频率的增加，噪声会越发严重。振荡器是现代电子仪器设备的关键部分 ，用来提供参考信号以建立或选择特殊的传输通道，也用来产生时钟信号，广泛应用于电子系统中，如微处理器、无线基站、雷达、卫星通信链路。在过去20 年里，微波振荡器得到了快速的发展，随着各种应用需求不断增加，微波系统对振荡器输出信号的相位噪声特性要求也越来越高。任何振荡器产生的信号的质量取决于振荡电路的能量存储时间。高Q即低损耗储能元件是产生高频谱纯度、高稳定微波信号的关键。在光电振荡器问世以前，几乎所有的高性能微波振荡器都是采用以下两种元件制作的：微波储能元件(如介质谐振器 )和声波储能元件(如石英谐振器)。但这些元件的频率范围有限，只适于产生数M Hz(石英谐振器)到数 GHz(介质谐振器)频率范围的信号。在超过频段的较高频率上，这类元件的储能时间大大减小，因而在数十GH z频率上产生低相位噪声微波信号成了一项困难的工作。
1994年，美国喷气动力实验室 (JPL )研究出光电振荡器，可以产生高质量的微波信号。光电振荡器利用光电混合的方法，采用光纤延迟线作储能元件，可以实现在微波频段相位噪声与频率无关。目前普通的光电振荡器包括一个激光源、一个光电调制(EOM )、一条长光纤、一个光检波器，后接一个电信号放大器和滤波器，并与调制器上的反馈环相连。光纤环路的作用是延迟，以获得产生低噪声高质量信号所需的品质因素(质量因素)Q。因为所有的波都在环路中传播，并且同相相加维持振荡，所以这种多模光电振荡器需要滤波器来选择所需频率的波模，同时抑制不需要的波。
但是，目前这种光电振荡器仍然存在一定的噪声，通用的做法是增加光纤延时线的长度来减少噪声，随着光纤长度的增加，波模数量也会增加，波模之间的频率间隔(无频谱谱线的区间范围)就会变小。这就意味着需要非常窄带的滤波器来消除不需要的波模。而微波高Q滤波器是极难实现的，所以应用长光纤延迟的光电振荡器会产生不需要的波模。
发明内容
为了克服背景技术的上述不足，本实用新型提出了一种基于光电振荡器的锁相环，其既能达到超低噪声，又能限制光电振荡器中光纤延时线带来的不必要波模的锁相环。
本实用新型的技术方案是：一种基于光电振荡器的锁相环，其特征是包括鉴相器、低通滤波器、分频器和光电振荡器，光电振荡器由耦合器、激光器、可调光衰减器、电光调制器、窄带滤波器、压控移相器、可调衰减器、微波放大器、光电探测器和光滤波器构成，待锁相源与分频器输出端和鉴相器的输入端连接，鉴相器输出端连接低通滤波器，通过低通滤波后与光电振荡器中压控移相器的压控输入端连接，通过窄带滤波器的处理后，信号通过耦合器的耦合输出端连接分频器的输入端，其输出端信号再次与待锁相源进行鉴相。
本实用新型进一步的技术方案是：光滤波器由一根长4.91cm的短光纤环和一根长度为7.89cm的长光纤环组成。
本实用新型由于采用如上技术方案，锁相环中的光滤波器中的短光纤的无频谱谱线范围可以消除或减小长光纤中波模的影响，从而可以达到很高的品质因数。
附图说明
图1是传统微波模拟锁相环结构示意图；
图2是实用新型的结构示意图。
图中：鉴相器1、低通滤波器2、分频器3、压控振荡器4、待锁相源5、耦合器6、激光器7、可调光衰减器8、电光调制器9、窄带滤波器10、压控移相器11、可调衰减器12、微波放大器13、光电探测器14和光滤波器15，光延时线16。
具体实施方式
如图2所示，一种基于光电振荡器的锁相环，包括鉴相器1、低通滤波器2、分频器3和光电振荡器，光电振荡器由耦合器6、激光器7、可调光衰减器8、电光调制器9、窄带滤波器10、压控移相器11、可调衰减器12、微波放大器13、光电探测器14和光滤波器15构成光电振荡器，待锁相源5与分频器3输出端与鉴相器1的输入端连接，鉴相器1输出端连接低通滤波器2，通过低通滤波后与光电振荡器中压控移相器11的压控输入端连接，通过窄带滤波器10的处理后，信号通过耦合器6的耦合输出端连接分频器3的输入端，其输出端信号再次与待锁相源5进行鉴相。
光电振荡器的工作原理为：激光器7所发送的光载波通过可调光衰减器8后进入电光调制器9被系统噪声调制后通过光滤波器15，然后通过光延时线16进行延时，延时后的光信号通过光电探测器14还原成电信号，该电信号再经过微波放大器13、可调衰减器12后进入压控移相器11实现移相功能，最后通过窄带滤波器10进行滤波后再经过耦合器6反馈给电光调制器9的电输入端进行下一次循环。对于某些特定频点信号，如果其满足巴克豪森条件（开环增益大于1，相位差为2π的整数倍），该频点的信号就能实现正反馈振荡，且能够通过改变压控移相器11的控制电压来改变振荡信号的相位。
待锁相源5与分频器3反馈输出信号通过鉴相器1实现鉴相，鉴相器1输出信号通过低通滤波器2后连接到光电振荡器的压控移相器11，实现反馈电压对光电振荡器振荡信号的相位控制。当光电振荡器的振荡信号相位通过分频器3后与待锁相源5一致时，鉴相后信号电压为0，此时，光电振荡器的振荡信号的相位将得到保持；当光电振荡器振荡信号通过分频器3后与待锁相源5相位不一致时，其相位差将与鉴相后的信号电压成正比，该反馈电压将通过光电振荡器的压控移相器11来调整振荡信号的相位，直到鉴相器1输出电压为0，通过上述过程实现了光电振荡器振荡信号与待锁相源5的相位同步。
通过实验证明，光滤波器15由一根长度为4.84-5.1cm的短光纤环和一根长度为7.23-8.62cm的长光纤环组成时，能减小长光纤中波模的影响，从而可以达到很高的品质因数。
特别是当光滤波器由一根长4.91cm的短光纤环和一根长度为7.89cm的长光纤环组成，效果更佳。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本领域普通技术人员来说，在本发明的原理下，还可以做出若干的改进。
Claims (3)
1.一种基于光电振荡器的锁相环，其特征是包括鉴相器、低通滤波器、分频器和光电振荡器，光电振荡器由耦合器、激光器、可调光衰减器、电光调制器、窄带滤波器、压控移相器、可调衰减器、微波放大器、光电探测器和光滤波器构成，待锁相源与分频器输出端和鉴相器的输入端连接，鉴相器输出端连接低通滤波器，通过低通滤波后与光电振荡器中压控移相器的压控输入端连接，通过窄带滤波器的处理后，信号通过耦合器的耦合输出端连接分频器的输入端，其输出端信号再次与待锁相源进行鉴相。
2.根据权利要求1所述的基于光电振荡器的锁相环，其特征是光滤波器由一根长度为4.84-5.1cm的短光纤环和一根长度为7.23-8.62cm的长光纤环组成。
3.根据权利要求2所述的基于光电振荡器的锁相环，其特征是光滤波器由一根长4.91cm的短光纤环和一根长度为7.89cm的长光纤环组成。
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