[发明专利]一种基于双向利用相位调制器的微波光子下变频方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现微波光子频率下变化的方法，更具体地说，涉及光纤光栅和光电相位调制器的利用。

背景技术

微波通信能够在任意方向上发射、易于构建和重构，实现与移动设备的互联；蜂窝式系统的出现，使微波通信具备高的频谱利用率。但目前微波频段的有限带宽成为严重问题，人们开始考虑在更高的微波频段甚至毫米波实现无线通信。然而毫米波波段在大气中的损耗很大如60GHz信号在大气中的传输损耗高达14dB/km，这意味着在蜂窝移动通信中信道频率可更加频繁地重复使用。但传统的微波传输介质在长距离传输时具有很大损耗，而在接收端，采用传统的微波混频器存在：插入损耗大、线性度差等缺点。光纤系统具有低损耗、高带宽特性，对于微波信号处理充满吸引力。由此，微波光子下变频技术应运而生。

微波光子频率下变换最早于1993年被美国马里兰大学的Gopalakrishnan教授提出。它利用两个串联的光电强度调制器，一个强度调制器加载射频信号，另一个强度调制器上加载本振信号。然后经过光电探测器拍平产生频率为射频和本振频率之差的中频信号。光纤和微波两者的优势，可以将无线微波信号的传输距离大大增加的同时将微波频率变换到较低。总的来说，微波频率下变换技术与传统的微波混频器相比插入损耗小、可以传输的距离长。与目前研究的微波光子链路相比它具有频率变换能力，从而降低了系统对光电探测器的频率要求同时使得在电域的数字信号处理芯片的速率降低了。

衡量微波光子下变频性能优越性的主要品质因素有增益、噪声系数、交调失真以及动态范围。其中增益是最重要的一个指标，因为增益直接关系到这种光子下变频方案的实用意义。因此，系统增益逐渐成为人们关注的重要指标。近年来，人们以提高系统增益为目的对微波光子链路的系统结构进行了深入的研究其中包括双平行的强度调制结合偏置点的控制来实现抑制载波的方案、用耦合环路结合两个相位调制器来实现载波抑制的方法以及采用两个相位调制器结合光纤光栅来滤除载波的方案。在这些方法中，后两张方法要利用两个光电调制器从而大大增加了系统的成本。而第一个采用双平行强度调制器的方案虽然只是用了一个光电调制器，但是它的载波抑制需要控制在强度调制器的最小偏置点。这是一个比较敏感的偏置点。很容易受到光电调制器直流漂移的影响。因此系统的稳定性无法保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用单一的相位调制器实现微波光子下变频的方法。该方法可用于光载无线（ROF）系统和微波雷达系统中。

根据本发明，提供一种双向利用相位调制器的方法。双向利用相位调制器指的是在利用相位调制器的速率适配特性，使得正向传输的光波被调制器的第一个电端口调制，反向传输的光波被调制器的第二个端口调制。在相位调制器的两端加上两个布拉格光纤光栅（FBG）。光载波将在两个光纤光栅中间来回震荡。从而实现了双向的调制的效果。由于光载波被反射回去，没有占用探测器的功率容忍门限。因此可以外加后放大器来放大信号。从而提高了系统的增益。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其他目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出系统结构框图

图2示出本振功率变化的情况下的增益改善图

图3示出系统增益改善图

图4示出射频功率变化的情况下的增益改善图

图5示出系统的频率响应图

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

图1中描述了基于双向利用相位调制器微波光子下变频总体系统结构图，其中S101为输入的激光器，经过光电光学隔离器S102，光路通过一个1:99的保偏耦合器S103将光波注入到相位调制器S104中。将射频信号S103加载到S104的第一个电端口上，来调制光信号。调制后的光波经过S105：布拉格光纤光栅，具有射频频率的光学边带被透射出去，光载波被反射回来反向注入S104。此时本振微波信号S108发挥作用，调制此光载波。由于S103发光比为1:99，绝大部分光功率都被注入到第二个布拉格光纤光栅S106中。这时，具有本振频率的光学边带被透射出来。S105和S106透射出来的光学边带在一个50:50的保偏光耦合器S109中混合并且经过S110和S111两个掺铒光纤放大器光信号放大进后进入平衡探测器S112将差频的下变频信号探测出来。在通过S113频谱分析仪进行信号分析。

系统的理论分析如下：经过1:99的光耦合器S103后，连续光波经过相位调制器被S107调制后的表达式如下：