CN210518334U - 一种多路射频光传输信号幅相测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，包括光选模块和与光选模块连接的光发模块、测量模块及一组规格一致的光收模块组，光发模块和测量模块在测量验证与校准时均电连接频谱仪和矢量网络分析仪。这种装置成本低、组网方便、使用灵活、测量速度快。

Description

一种多路射频光传输信号幅相测量装置

技术领域

本实用新型涉及光通信技术，具体是一种多路射频光传输信号幅相测量装置。

背景技术

目前，很多探测雷达需要建设在电磁环境比较优良的高山、草原或者人迹罕至的地区，这些雷达信号的传输基本上使用光缆传输，并且要保证传输到信号终端的信号幅度和相位的一致性。为了保证一致性，首先要保证光缆尽量等长，但是随着外部环境的变化，光纤热胀冷缩，风力扰动等会使传递到各个终端的信号产生畸变。如果是很多个光路和多个雷达组网协同工作，信号畸变会大大降低雷达网的性能，这就要求对传输到终端的信号进行实时监测。

为了保证短波通信的通信质量，需要对高空电离层进行探测，需要几个甚至几十个短波天线同时发信号到高空电离层，然后反射回来进行分析。这些天线发射的信号必须是同幅同相的，并且天线之间的距离相距几百米到几公里不等。这时候就需要监测和调整天线终端的信号幅度相位差。

在某些雷达的应用中，发射端和接收端分布有很多个天线，天线之间的距离有数百米到几公里不等。发射天线发送的信号也有幅相一致性的要求；接收端为了保证各个接收通道的一致性，往往用同幅同相的小信号进行校正，而这些信号之间的传输介质往往是光缆。

因此对于设计一种能嵌入到系统中的，能够实时对远端信号的幅相一致性进行测量的是很有必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，而提供一种多路射频光传输信号幅相测量装置。这种装置成本低、组网方便、使用灵活、测量速度快。

实现本实用新型目的的技术方案是：

一种多路射频光传输信号幅相测量装置，包括光选模块和与光选模块连接的光发模块、测量模块及一组规格一致的光收模块组，在进行系统本身测量验证与校准时，光发模块和测量模块均电连接频谱仪和矢量网络分析仪，频谱仪用于测幅度，矢量网络分析仪用于测相位。

所述光选模块实现光路的分配与选择，光选模块接口型号为DLC-A-01，包括顺序连接的1:N光分路器、一组规格一致的波分复用器组、拉锥型1:2光分路器和N:1型MEMS光开关，其中波分复用器组设有波分复用器1至波分复用器N N个波分复用器，N为自然整数，1:N光分路器与光发模块连接，将光发模块发送过来的光信号分成N路光输出，1:N光分路器接收到光发模块发送过来的光信号以后，分成N路输出连接到波分复用器组的1550发射端口，N路光收模块回传的光信号连接波分复用器组的1310接收端口，第一路输出到拉锥型1:2光分路器分成两路光输出，其中一路作为基准信号连接测量模块，另外一路和其余波分复用器的输出端均对应连接N:1型MEMS光开关的输入口，N:1型MEMS光开关的输出口作为被选择的测量信号连接测量模块，测量模块的控制接口和光选模块的N:1型MEMS光开关相连。

所述波分复用器的发送光波长为1550nm、接收光波长为1310nm。

所述N:1型MEMS光开关波长为1310nm。

所述光发模块电输入接口型号为SMA-KFK-1、输出光接口型号为FC-A-03，设有大功率激光器组成的光发单元，能将射频电信号转化成光信号输出，输出光波长为1550nm、光功率为10dBm，输出的光信号连接光选模块中的1:N光分路器。

所述光收模块组设有光收模块1至光收模块N N个光收模块，N为自然整数，每一个光收模块电输出接口型号为SMA-KFK-1、光接口型号为FC-A-03，设有接收光波长为1550nm、发送光波长为1310nm波分复用单元和与波分复用单元连接的第一光收单元及光发单元，波分复用单元接收到1550nm的光信号输入到第一光收单元，第一光收单元将光信号变成电信号输入到光发单元，光发单元通过光纤连接到波分复用的1310nm发射端，回传给光选模块中的波分复用器。

所述测量模块电输出接口型号为SMA-KFK-1，光接口型号为FC-A-03，测量模块实现信号的幅相测量，包括幅相测量单元和与幅相测量单元连接的第二光收单元、第三光收单元及上报单元，其中，第三光收单元中设有1分2电功分器，两个光收单元负责将接收到的两路光信号变成电信号，第二光收单元与光选模块中的1:2光分路器连接，1:2光分路器输出的基准光信号连接到第二光收单元，第三光收单元输入端与光选模块中的N:1型MEMS光开关连接，输出端输出两路同幅同相的电信号，一路输入到幅相测量单元，另一路输出接网分频谱仪用来进行测量校准，幅相测量单元输出一路信号到上报单元进行测量数据上报。

幅度、相位测量精度的测量由幅相测量单元完成，幅相测量单元包括AD8302芯片和型号TMS320F2808的DSP芯片组成，AD8302负责幅相的检测，DSP负责数据A/D变换和控制、处理、发送业务，幅相检测电路主要由AD8302芯片实现，DSP处理器集成了一个12位A/D转换器，原理为：

幅相检测电路将测量结果以模拟电压的形式输出，输出电压范围为0～1.8V，相位测量输出电压精度为10mV/度（°）；幅度测量输出模拟电压精度为30mV/dB，通过DSP中集成的12bitA/D对前一级输出的模拟电压进行采样，得出测量精度为：

相位精度：

，

幅度精度：

，

在实际使用的过程中，由于噪声和采样误差影响，与标准仪器比较得出相位测量精度≤0.5°，幅度测量精度≤0.1dB。

利用测量模块分别测试各通道间信号的幅度差与相位差，得到的结果与仪器测量结果的进行比较就能得出测量模块的测量准确度和测量精度。

使用上述多路射频光传输信号幅相测量装置的测量与验证过程如下：

1）定义测试参数：测试点M0信号为第二光收单元输出的光收信号，来自于光收模块组中光收光收模块1的回传光信号，作为测量基准的信号，幅度记为A0，相位记为P0，因为光收模块1回传的光信号的幅度和相位一直保持不变，所以A0与P0是恒定不变的，测试点M1信号和M2信号为由第三光收单元同一路信号功分而成的同幅同相的信号，来自于光收模块组中光收模块1到光收模块N的信号回传，经过N:1型MEMS光开关切换选择后输出，测试点M3信号是由信号源或网分发出的射频信号，相位记为P，光收模块回传信号S1～Sn的幅度记为A1～An，相位记为P1～Pn；

2）将M2信号接入频谱仪，光收模块组中光收模块1到光收模块N回传的信号依次从N:1型MEMS光开关切换输出，光收模块N-1回传到M2处的信号幅度设为An-1，光收模块N回传到M2处的信号幅度设为An，这两路信号的幅度差用频谱仪测出来的值记为ΔAYQ，那么ΔAYQ=An-1-An。因为M2和M1两信号之间是同幅同相的，所以光收模块N-1回传到M1处的信号幅度同样为An-1，光收模块N回传到M2处的信号幅度同样为An，假设光收模块1回传至M0处的幅度值为A0，使用幅相测量模块可以测量M1信号和M0测试信号两路信号的幅度差，第一次测An-1与A0间的差值，记为ΔA1，即ΔA1= An-1- A0；第二次测An与A0间的差值，记为ΔA2，即ΔA2= An- A0，设两次测量结果的差值为ΔAFX，那么ΔAFX=ΔA1-ΔA2=（An-1- A0）-（An- A0）= An-1-An，由此可得ΔAYQ=ΔAFX，说明幅相测量模块测量幅度的结果跟频谱仪测得的结果是一致的；

3）将M3信号和M2信号接入到矢量网络分析仪中，光收模块组中光收模块1到光收模块N回传的信号依次从N:1型MEMS光开关切换输出，M3处信号相位记为P，光收模块N-1回传到M2处的信号相位设为Pn-1，光收模块N回传到M2处的信号相位设为Pn，使用频谱仪，第一次测量Pn-1和P的差值，记为ΔP1，即ΔP1=Pn-1-P；第二次测量第n路和P的差值，记为ΔP2，ΔP2=Pn-P；设两次测量结果的差值为ΔPYQ，那么ΔPYQ=ΔP1-ΔP2=（Pn-1- P）-（Pn-P）= Pn-1-Pn，同样，使用幅相测量模块可以测量M1信号和M0信号两路信号的相位差，假设光收模块1回传至M0处的相位值为A0，因为M2和M1两信号之间是同幅同相的，所以光收模块N-1回传到M1处的信号相位同样为Pn-1，光收模块N回传到M1处的信号相位同样为Pn，第一次测Pn-1与P0间的，记为ΔP1，即ΔP1= Pn-1- P0；第二次测Pn与P0间的，记为ΔP2，即ΔP2= Pn- P0，设两次测量结果的差值为ΔPFX，那么ΔPFX=ΔP1-ΔP2=（Pn-1- P0）-（Pn- P0）=Pn-1-Pn，由此可得ΔPYQ=ΔPFX，说明幅相测量模块测量相位的结果跟频谱仪测得的结果是一致的。

本技术方案中，只要对光选模块中拉锥型1:2光分路器和N:1型MEMS光开关的路数进行改变理论上就可以无限添加测量路数，利用控制电路控制光开关的选择可以实现多路数据之间的自动测量，光信号使用波分复用的方法，可以同在一根光纤中传递发送和接收两种不同的信号，这两种信号路径相同不受外部环境的干扰，提高了测量精度和稳定性。

本技术方案具有以下优点：

1.测量路数可控测量数据稳定：能够对多路信号进行自动测试，可根据需要扩张到无限多路，不受外部环境的干扰；

2. 幅度频率测量范围广、精度高。

这种装置成本低、组网方便、使用灵活、测量速度快。

附图说明

图1为实施例的结构和示意图；

图2为实施例中幅相测量的实现原理示意图；

图3为实施例中装置的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的内容作进一步的阐述，但不是对本实用新型的限定。

实施例：

参照图1，一种多路射频光传输信号幅相测量装置，包括光选模块和与光选模块连接的光发模块、测量模块及一组规格一致的光收模块组，在进行系统本身测量验证与校准时，光发模块和测量模块均电连接频谱仪和矢量网络分析仪，频谱仪用于测幅度，矢量网络分析仪用于测相位。

所述光选模块实现光路的分配与选择，光选模块接口型号为DLC-A-01，包括顺序连接的1:N光分路器、一组规格一致的波分复用器组、拉锥型1:2光分路器和N:1型MEMS光开关，本例中，1:N光分路器型号为PLC- 1-N，其中波分复用器组设有波分复用器1至波分复用器N N个波分复用器，N为自然整数，1:N光分路器与光发模块连接，将光发模块发送过来的光信号分成N路光输出，1:N光分路器接收到光发模块发送过来的光信号以后，分成N路输出连接到波分复用器组的1550发射端口，N路光收模块回传的光信号连接波分复用器组的1310接收端口，第一路输出到拉锥型1:2光分路器分成两路光输出，其中一路作为基准信号连接测量模块，另外一路和其余波分复用器的输出端均对应连接N:1型MEMS光开关的输入口，N:1型MEMS光开关的输出口作为被选择的测量信号连接测量模块，测量模块的控制接口和光选模块的N:1型MEMS光开关相连。

所述波分复用器的发送光波长为1550nm、接收光波长为1310nm。

所述N:1型MEMS光开关波长为1310nm。

所述光发模块电输入接口型号为SMA-KFK-1、输出光接口型号为FC-A-03，设有大功率激光器组成的光发单元，本例中，激光器型号为DFB-1550-BF，能将射频电信号转化成光信号输出，输出光波长为1550nm、光功率为10dBm，输出的光信号连接光选模块中的1:N光分路器。

所述光收模块组设有光收模块1至光收模块N N个光收模块，N为自然整数，每一个光收模块电输出接口型号为SMA-KFK-1、光接口型号为FC-A-03，设有接收光波长为1550nm、发送光波长为1310nm波分复用单元和与波分复用单元连接的第一光收单元及光发单元，波分复用单元接收到1550nm的光信号输入到第一光收单元，第一光收单元将光信号变成电信号输入到光发单元，光发单元通过光纤连接到波分复用的1310nm发射端，回传给光选模块中的波分复用器，本例中，第一光收单元PD3000型光探测器，光发单元型号为DFB-1310-BF的激光器，输出光波长为1310nm，光功率为5dBm。

所述测量模块电输出接口型号为SMA-KFK-1，光接口型号为FC-A-03，测量模块实现信号的幅相测量，包括幅相测量单元和与幅相测量单元连接的第二光收单元、第三光收单元及上报单元，其中，第三光收单元中设有1分2电功分器，两个光收单元负责将接收到的两路光信号变成电信号，第二光收单元与光选模块中的1:2光分路器连接，1:2光分路器输出的基准光信号连接到第二光收单元，第三光收单元输入端与光选模块中的N:1型MEMS光开关连接，输出端输出两路同幅同相的电信号，一路输入到幅相测量单元，另一路输出接网分频谱仪用来进行测量校准，幅相测量单元输出一路信号到上报单元进行测量数据上报。

本例中，第二光收单元、第三光收单元均为PD3000光探测器，上报单元由W5500芯片组成，负责将DSP处理的测量结果以太网的形式发送给上位机，DSP测量结束后将测量数据结果通过以太网芯片发送到上位机的功能单元，可以使用TCP/IP协议或者是UDP协议通过10M/100M自适应网口实现上传，上位机也可以通过这个网口实现对测量系统的控制。

幅度、相位测量精度的大小是由测量模块中的幅相测量单元决定的，幅相测量单元主要由AD8302芯片和型号为TMS320F2808的DSP芯片组成，AD8302负责幅相的检测，DSP负责数据A/D变换和控制、处理、发送业务，DSP处理器集成了一个12位A/D转换器，芯片主频达到200MHz，自带SPI通信接口，使用12位A/D采样测量输出的模拟电压，使幅度测量精度理论上达到0.076dB，相位测量精度理论上达到0.228°，原理如图2所示：

幅相检测电路将测量结果以模拟电压的形式输出，输出电压范围为0～1.8V，相位测量输出电压分辨率为10mV/度（°）；幅度测量输出模拟电压精度为30mV/dB，通过DSP中集成的12bitA/D对前一级输出的模拟电压进行采样，得出测量精度为：

相位精度：

，

幅度精度：

，

在实际使用的过程中，由于噪声和采样误差影响，与标准仪器比较得出相位测量精度≤0.5°，幅度测量精度≤0.1dB。

利用测量模块分别测试各通道间信号的幅度差与相位差，得到的结果与仪器测量结果的进行比较就能得出测量模块的测量准确度和测量精度。

参照图3，使用上述多路射频光传输信号幅相测量装置的测量与验证过程为：

1）定义测试参数：测试点M0信号为第二光收单元输出的光收信号，来自于光收模块组中光收光收模块1的回传光信号，作为测量基准的信号，幅度记为A0，相位记为P0，因为光收模块1回传的光信号的幅度和相位一直保持不变，所以A0与P0是恒定不变的，测试点M1信号和M2信号为由第三光收单元同一路信号功分而成的同幅同相的信号，来自于光收模块组中光收模块1到光收模块N的信号回传，经过N:1型MEMS光开关切换选择后输出，测试点M3信号是由信号源或网分发出的射频信号，相位记为P，光收模块回传信号S1～Sn的幅度记为A1～An，相位记为P1～Pn；

2）将M2信号接入频谱仪，光收模块组中光收模块1到光收模块N回传的信号依次从N:1型MEMS光开关切换输出，光收模块N-1回传到M2处的信号幅度设为An-1，光收模块N回传到M2处的信号幅度设为An，这两路信号的幅度差用频谱仪测出来的值记为ΔAYQ，那么ΔAYQ=An-1-An，因为M2和M1两信号之间是同幅同相的，所以光收模块N-1回传到M1处的信号幅度同样为An-1，光收模块N回传到M2处的信号幅度同样为An，假设光收模块1回传至M0处的幅度值为A0，使用幅相测量模块可以测量M1信号和M0测试信号两路信号的幅度差，第一次测An-1与A0间的差值，记为ΔA1，即ΔA1= An-1- A0；第二次测An与A0间的差值，记为ΔA2，即ΔA2= An- A0，设两次测量结果的差值为ΔAFX，那么ΔAFX=ΔA1-ΔA2=（An-1- A0）-（An- A0）= An-1-An，由此可得ΔAYQ=ΔAFX，说明幅相测量模块测量幅度的结果跟频谱仪测得的结果是一致的；

3）将M3信号和M2信号接入到矢量网络分析仪中，光收模块组中光收模块1到光收模块N回传的信号依次从N:1型MEMS光开关切换输出，M3处信号相位记为P，光收模块N-1回传到M2处的信号相位设为Pn-1，光收模块N回传到M2处的信号相位设为Pn，使用频谱仪，第一次测量Pn-1和P的差值，记为ΔP1，即ΔP1=Pn-1-P；第二次测量第n路和P的差值，记为ΔP2，ΔP2=Pn-P；设两次测量结果的差值为ΔPYQ，那么ΔPYQ=ΔP1-ΔP2=（Pn-1- P）-（Pn-P）= Pn-1-Pn，同样，使用幅相测量模块可以测量M1信号和M0信号两路信号的相位差，假设光收模块1回传至M0处的相位值为A0，因为M2和M1两信号之间是同幅同相的，所以光收模块N-1回传到M1处的信号相位同样为Pn-1，光收模块N回传到M1处的信号相位同样为Pn，第一次测Pn-1与P0间的，记为ΔP1，即ΔP1= Pn-1- P0；第二次测Pn与P0间的，记为ΔP2，即ΔP2= Pn- P0，设两次测量结果的差值为ΔPFX，那么ΔPFX=ΔP1-ΔP2=（Pn-1- P0）-（Pn- P0）=Pn-1-Pn，由此可得ΔPYQ=ΔPFX，说明幅相测量模块测量相位的结果跟频谱仪测得的结果是一致的。

本例中，只要对光选模块中拉锥型1:2光分路器和N:1型MEMS光开关的路数进行改变理论上就可以无限添加测量路数，利用控制电路控制光开关的选择可以实现多路数据之间的自动测量，光信号使用波分复用的方法，可以同在一根光纤中传递发送和接收两种不同的信号，这两种信号路径相同不受外部环境的干扰，提高了测量精度和稳定性。

采用本例技术方案，测量频率范围0～2.7GHz，测量幅度范围-60dBm～0dBm，这是由AD8302幅相测量芯片的输入范围要求决定的；相位测量精度≤0.5°，幅度测量精度≤0.1dB，这是由AD8302的输出电压分辨率和A/D采样的位数所决定的，理论上求得的相位测量精度为0.228°，幅度测量精度为0.076dB，实际应用当中相位精度≤0.5°，幅度精度≤0.1dB。

Claims (7)

1.一种多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，包括光选模块和与光选模块连接的光发模块、测量模块及一组规格一致的光收模块组，光发模块和测量模块在测量验证与校准时均电连接频谱仪和矢量网络分析仪。

2. 根据权利要求1所述的多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，所述光选模块接口型号为DLC-A-01，包括顺序连接的1:N光分路器、一组规格一致的波分复用器组、拉锥型1:2光分路器和N:1型MEMS光开关，其中波分复用器组设有波分复用器1至波分复用器N N个波分复用器，N为自然整数，1:N光分路器与光发模块连接，将光发模块发送过来的光信号分成N路光输出，1:N光分路器接收到光发模块发送过来的光信号以后，分成N路输出连接到波分复用器组的1550发射端口，N路光收模块回传的光信号连接波分复用器组的1310接收端口，第一路输出到拉锥型1:2光分路器分成两路光输出，其中一路作为基准信号连接测量模块，另外一路和其余波分复用器的输出端均对应连接N:1型MEMS光开关的输入口，N:1型MEMS光开关的输出口作为被选择的测量信号连接测量模块，测量模块的控制接口和光选模块的N:1型MEMS光开关相连。

3.根据权利要求2所述的多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，所述波分复用器的发送光波长为1550nm、接收光波长为1310nm。

4.根据权利要求2所述的多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，所述N:1型MEMS光开关波长为1310nm。

5.根据权利要求1所述的多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，所述光发模块电输入接口型号为SMA-KFK-1、输出光接口型号为FC-A-03，设有大功率激光器组成的光发单元，能将射频电信号转化成光信号输出，输出光波长为1550nm、光功率为10dBm，输出的光信号连接光选模块中的1:N光分路器。

6. 根据权利要求1所述的多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，所述光收模块组设有光收模块1至光收模块N N个光收模块，N为自然整数，每一个光收模块电输出接口型号为SMA-KFK-1、光接口型号为FC-A-03，设有接收光波长为1550nm、发送光波长为1310nm波分复用单元和与波分复用单元连接的第一光收单元及光发单元，波分复用单元接收到1550nm的光信号输入到第一光收单元，第一光收单元将光信号变成电信号输入到光发单元，光发单元通过光纤连接到波分复用的1310nm发射端，回传给光选模块中的波分复用器。

7.根据权利要求1所述的多路射频光传输信号幅相测量装置，其特征在于，所述测量模块电输出接口型号为SMA-KFK-1，光接口型号为FC-A-03，包括幅相测量单元和与幅相测量单元连接的第二光收单元、第三光收单元及上报单元，其中，第三光收单元中设有1分2电功分器，两个光收单元负责将接收到的两路光信号变成电信号，第二光收单元与光选模块中的1:2光分路器连接，1:2光分路器输出的基准光信号连接到第二光收单元，第三光收单元与光选模块中的N:1型MEMS光开关连接，第三光收单元输出两路同幅同相的电信号，一路输入到幅相测量单元，另一路输出接网分或频谱仪用来进行测量校准，幅相测量单元输出一路信号到上报单元进行测量数据上报。

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