CN205545277U - 一种新型的微波信号光接收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型的微波信号光接收系统，包括基站和中心站，中心站内设有光致下变频系统，基站通过光纤拉远传输系统与光致下变频系统相连。本实用新型基于光纤拉远技术将繁杂的数字信号处理部分拉远到中心站处理，进而简化了基站结构，不但降低了成本而且增强了系统的可靠性；采用低相噪的微波光电振荡器代替传统的微波源，降低了下变频过程中本振源的相噪对中频信号的影响；采用光纤代替传统的同轴电缆，极大地降低从基站到中心站的传输损耗。

Description

一种新型的微波信号光接收系统

技术领域

本实用新型涉及一种微波光通信技术，通过该技术能够接收微波信号并进行下变频处理，实现中频输出，属于光通信技术领域。

背景技术

微波通讯是国家通信网的一种重要通信手段，利用微波进行通信具有容量大、质量好并可实现远距离传输，普遍适用于各种专用通信网。微波站的主要设备包括天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等。接收机作为微波通信系统的重要组成部分，其性能的高低将直接决定通信系统性能的好坏。

对于传统的接收机，由于微波传输采用空对空传输或是采用同轴电缆传输，使得传输损耗较大，所以，大部分信号处理功能均在基站实现，不仅加大了基站的负担，而且增加了建设成本与维护成本；传统接收机中一般采用电振荡器作为本振，由于普通电振荡器的相噪指标较低，这就使得本振的相噪混频后对中频信号的质量造成了一定的影响。

实用新型内容

为了克服传统微波接收机的弊端，本实用新型提出了一种基于光纤通信技术的新型微波接收机。本实用新型采用光纤拉远技术，利用光纤传输低损耗的特点，将接收到的微波信号通过放大、滤波后直接传送到中心站，将繁杂的数字信号处理过程搬移到中心站，减轻了基站的负担，同时降低了成本；本实用新型涉及的接收机采用光电振荡器作为本振，与微波信号混频后实现下变频，基于光电振荡器的低相噪特征，极低地降低了本振相噪对混频后中频信号的干扰，进而提高了接收机的性能。

为达到上述技术效果，本实用新型的技术方案是：

一种新型的微波信号光接收系统，包括基站和中心站，中心站内设有光致下变频系统，基站通过光纤拉远传输系统与光致下变频系统相连。

进一步的改进，所述基站包括天线，天线依次连接滤波器Ⅰ、放大器Ⅰ和光纤拉远传输系统。

进一步的改进，所述滤波器Ⅰ为带通型窄带滤波器。

进一步的改进，所述光纤拉远传输系统包括与放大器Ⅰ相连的电光调制器Ⅰ，电光调制器Ⅰ连接有激光器Ⅰ和长光纤延时卷，长光纤延时卷连接有光电探测器Ⅰ，光电探测器Ⅰ连接光致下变频系统。

进一步的改进，所光致下变频系统包括与光纤拉远传输系统相连的放大器Ⅱ，放大器Ⅱ连接滤波器Ⅱ，滤波器Ⅱ连接混频器，混频器连接有光电振荡器，混频器对光电振荡器产生的光电振荡信号进行混频实现中频输出。

进一步的改进，所述光电振荡器包括电光调制器Ⅱ，电光调制器Ⅱ依次连接光纤延时线、光电探测器Ⅱ、放大器Ⅲ和窄带滤波器，窄带滤波器再与电光调制器Ⅱ相连形成循环连接；电光调制器Ⅱ连接有激光器Ⅱ，光电探测器Ⅱ与混频器相连。

本实用新型的有益效果是：基于光纤拉远技术能够将繁杂的数字信号处理部分拉远到中心站处理，进而简化了基站结构，不但降低了成本而且增强了系统的可靠性；采用光电混合结构形成低相噪的微波光电振荡器代替传统的微波源，降低了下变频过程本振源的相噪对中频信号的影响，提高了接收机的性能指标。

附图说明

图1为本实用新型整体连接结构示意图；

图2为光纤拉远传输系统的结构示意图；

图3为光致下变频系统的结构示意图；

图4为光电振荡器与商用微波源的相噪测试图；

图5为光纤拉远传输系统与同轴线传输系统的相噪测试图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式并且结合附图对本实用新型的技术方案作具体说明。

实施例1

如图1所示的一种新型的微波信号光接收系统，待接收的微波信号通过天线1接收，耦合至基站接收系统；由于接收的微波信号含有干扰噪声与其它寄生频谱，需要在天线1接收的后端加一滤波器Ⅰ2进行噪声抑制与滤波；滤波后的信号非常微弱，利用放大器Ⅰ3对其放大；放大后的信号通过光纤拉远传输系统进行传输，该系统将“预处理”好的微波信号从基站传送到中心站的光致下变频系统；光致下变频系统将接收到的微波信号进行下变频处理，便于后期的二次下变频或是直接A\D C。

光纤拉远传输系统的主要功能在于将“预处理”好的微波信号从基站传送到中心站的光致下变频系统。如图2所示，输入电信号进入到电光调制器Ⅰ4的电输入端口，对激光器Ⅰ5发射的光载波进行强度调制(需说明的是，本实用新型不限于强度调制，其他调制-解调方式均可行)，已调的光信号通过长光纤延时卷6连接光电探测器Ⅰ7，最终实现电信号的还原。

微波信号通过光纤拉远传输系统从基站传送到中心站后，连接到光致下变频系统。进入中心站的信号首先通过放大器Ⅱ8对其传输损耗进行补偿；然后通过滤波器Ⅱ9进行噪声抑制与频率选择；最终在混频器10与光电振荡器产生的光电振荡信号进行混频，下变频后实现中频输出。

本实用新型所涉光电振荡器产生低相噪振荡信号，作为本振源与微波信号进行混频，实现微波信号频率的下变频。如图3所示，光电振荡器结构中，电光调制器Ⅱ11、光纤延时线12、光电探测器Ⅱ13、放大器Ⅲ14与窄带滤波器15循环连接，激光器Ⅱ16连接至电光调制器Ⅱ11，构成一光电混合循环回路。

该循环回路的工作原理为：激光器Ⅱ16发射的激光信号在电光调制器Ⅱ11被噪声进行强度调制；已调光信号通过光纤延时线12进行延时后到达光电探测器Ⅱ13；通过光电探测器Ⅱ13，已调光信号经过直接探测后被还原成电信号；然后通过放大器Ⅲ14进行放大；通过窄带滤波器15实现频率选择后连接至电光调制器Ⅱ11的电输入端口，对光载波进行强度调制，最终进行下一次循环。振荡信号源于系统的起振噪声，主要包含电阻的热噪声、激光器的相对强度噪声、探测器的散弹噪声等。根据巴克豪森原理，循环信号只要满足开环增益大于1，相移为2π的整数倍就能产生振荡，基于“增益压缩”效应最终实现稳定输出。由于系统的起振源于噪声，能有多个频点噪声能够满足巴克豪森条件，产生多模振荡，通过环内窄带滤波器能够抑制其他杂散模式，最终实现振荡信号的单模输出。

为说明光电振荡器能够产生低相噪的振荡信号，在实验室搭建光电振荡器系统。采用Convega公司(型号：LN058)的低半波电压马赫-增德尔型强度调制器、Optilab公司(型号：PD-30)高输出电流的高速PIN型探测器，EM4公司(型号：AA1401)高功率输出DFB激光器，其它配件均采用国产系列。调节放大器的增益，使之满足巴克豪森条件，振荡器产生振荡信号，对其信号的相噪进行测量，数据如图4所示。图4给出了振荡频率为10GHz商用振荡器与光电振荡器的相噪数据，从图中不难看出，光电振荡器的相噪要明显优于商用振荡器指标，说明了本发明的可行性。如图5所示，为说明采用“光纤拉远传输系统”的优越性，对比了该系统与传统“同轴线传输系统”的相位噪声数据。同样采用了LN058低半波电压电光调制器、PD-30探测器、AA1401激光器，以及Coring公司的单模通信光纤(损耗为0.2dB/km)和Agilent公司的同轴线(损耗为16dB/km)，传输单频点信号频率为10GHz、距离为2km。实验数据如图5所示，采用“光纤拉远传输系统”作为传输线时，传输信号在频偏1kHz处要低于同轴线7dB，在10kHz处要低10dB。传输系统的低相噪能够最低程度地避免系统对传输信号的噪声污染，保证信号的频率稳定性。

本实用新型所涉微波接收系统主要包括天线1、滤波器Ⅰ2、放大器Ⅰ3、光纤拉远传输系统与光致下变频系统，以上五个部分依次连接。天线1用于接收自由空间的微波信号，根据待接收信号的频段应选取不同工作频率的天线；滤波器Ⅰ2一般为带通型窄带滤波器，用于对待接收微波信号进行二次选择，抑制杂散与噪声；放大器Ⅰ3用于对滤波后的信号进行放大处理；光纤拉远传输系统主要包括电光调制器Ⅰ4、长光纤延时卷6以及光电探测器Ⅰ7三部分，分别实现微波信号的电光调制、已调信号的长途传输与解调三个功能；光致下变频系统包括一个混频器10与光电振荡器，光电振荡器用于产生低相噪振荡信号，与微波信号通过混频器实现混频，实现微波信号的下变频，最终实现中频输出。

具体而言，上文所述天线1、滤波器Ⅰ2、放大器Ⅰ3构成微波接收系统基站的主要构成部分，根据实际应用需要，该主体部分可适当扩充功能与结构；光致下变频系统位于中心站，是中心站的重要组成部分，对接收信号实现下变频处理；光纤拉远传输系统用于连接基站与中心站。整个系统实现了对微波信号的处理功能，最终输出的中频信号通过模数转换(Analog/Digital Change，A/D C)变成数字信号，进行后续的数字信号处理部分。

光纤拉远传输系统主要由激光器Ⅰ5、电光调制器Ⅰ4、长光纤延时卷6与光电探测器Ⅰ7组成，激光器Ⅰ5产生待调制光载波，连接至电光调制器Ⅰ4的光输入端口；电光调制器Ⅰ4、长光纤延时卷6与光电探测器Ⅰ7依次连接，长光纤延时卷6用于连接电光调制器Ⅰ4与光电探测器Ⅰ7。电光调制器的作用在于实现输入电信号对光载波信号的调制；已调光信号通过长光纤延时卷6传输至光电探测器Ⅰ7端，通过光电探测器Ⅰ7还原成电信号，输出信号连接至中心站的光致下变频系统进行下变频处理。

光致下变频系统主要包括放大器Ⅱ8、滤波器Ⅱ9、混频器10与光电振荡器，放大器Ⅱ8与滤波器Ⅱ9连接，然后与光电振荡器的输出信号在混频器10进行混频。光电振荡器主要由激光器Ⅱ16、电光调制器Ⅱ11、光纤延时线12、光电探测器Ⅱ13、放大器Ⅲ14以及窄带滤波器15组成，用于产生低相噪振荡信号，在此作为本振与信号实现混频。长途传输的信号通过放大器Ⅱ8进行放大后进入滤波器Ⅱ9实现选频，通过混频器10与光电振荡器混频实现中频输出，输出信号最终进行二次下变频或是直接A\D C。

上述仅为本实用新型的一个具体导向实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型的保护范围的行为。

Claims (6)

1.一种新型的微波信号光接收系统，包括基站和中心站，其特征在于，中心站内设有光致下变频系统，基站通过光纤拉远传输系统与光致下变频系统相连。

2.如权利要求1所述的新型的微波信号光接收系统，其特征在于，所述基站包括天线(1)，天线(1)依次连接滤波器Ⅰ(2)、放大器Ⅰ(3)和光纤拉远传输系统。

3.如权利要求2所述的新型的微波信号光接收系统，其特征在于，所述滤波器Ⅰ(2)为带通型窄带滤波器。

4.如权利要求1所述的新型的微波信号光接收系统，其特征在于，所述光纤拉远传输系统包括与放大器Ⅰ(3)相连的电光调制器Ⅰ(4)，电光调制器Ⅰ(4)连接有激光器Ⅰ(5)和长光纤延时卷(6)，长光纤延时卷(6)连接有光电探测器Ⅰ(7)，光电探测器Ⅰ(7)连接光致下变频系统。

5.如权利要求1所述的新型的微波信号光接收系统，其特征在于，所述光致下变频系统包括与光纤拉远传输系统相连的放大器Ⅱ(8)，放大器Ⅱ(8)连接滤波器Ⅱ(9)，滤波器Ⅱ(9)连接混频器(10)，混频器(10)连接有光电振荡器，混频器(10)对光电振荡器产生的光电振荡信号进行混频实现中频输出。

6.如权利要求5所述的新型的微波信号光接收系统，其特征在于，所述光电振荡器包括电光调制器Ⅱ(11)，电光调制器Ⅱ(11)依次连接光纤延时线(12)、光电探测器Ⅱ(13)、放大器Ⅲ(14)和窄带滤波器(15)，窄带滤波器(15)再与电光调制器Ⅱ(11)相连形成循环连接；电光调制器Ⅱ(11)连接有激光器Ⅱ(16)，光电探测器Ⅱ(13)与混频器(10)相连。