[發明專利]基于延遲鎖相環的微波信號遠距離穩相光纖傳輸裝置

無效

• 申請號: 201110143716.3
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102215104A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發明（設計）人: 常樂;董毅;章璐敏;何浩;胡衛生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04L7/033
• 分類號: H04L7/033;H04B10/12
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理

技術領域

本發明涉及的是一種微波光子學領域的通過光纖穩相傳輸微波本振信號的裝置，具體是一種基于延遲鎖相環的微波信號遠距離穩相光纖傳輸裝置。

背景技術

目前許多精確測量均需要微波信號的遠距離穩相傳輸，例如原子時鐘分發、用于天文探測的毫米波干涉天線陣中本振信號的分發等。傳統的微波信號傳輸采用穩相的同軸電纜，但是由于電纜損耗大，不能支持數十公里以上的遠距離傳輸。光纖以其低損耗、抗電磁干擾等特點被認為是可支持微波信號遠距離傳輸的最佳介質，然而，由于外界環境(如溫度、應變、振動等)變化會引起光纖傳輸延遲的改變，導致經光纖傳送的微波信號的相位發生抖動。目前，消除相位抖動的基本理論是往返延遲校正，即認為光纖中相向傳輸的光信號是相互獨立的，經歷了相同的相位擾動。因此如果將遠端信號沿原光路返傳回來(返回信號將經歷兩倍的相位擾動)，通過比較返回信號與本地信號的相位差，即可得到傳輸鏈路的延遲變化信息。利用相位差信號反饋控制光纖延遲或微波信號的相位，即可實現遠端微波信號與本地信號的相位同步，即實現相位穩定傳輸。

實現往返校正的關鍵技術是鑒相(測量返回信號與本地信號的相位差)和移相(控制光纖延遲或微波信號相位)。經對現有技術文獻檢索發現，實現這一思路的方法可歸納為兩類：其一，基于光波的鑒相和移相；其二，基于微波的鑒相和移相。由于前者需要光相干混頻鑒相，所以又稱為相干校正；而后者需要是微波混頻鑒相，所以又稱為非相干校正。相干校正的基本結構為邁克爾遜光纖干涉，在光域內返回信號與本地信號外差干涉，獲得相位差信息反饋補償光纖延遲。發表在OPTICS?LETTERS(2009)，vol，34，3050-3052(2009年光學學報，34卷，3050-3052頁)中Russell?Wilcox等人的文章“Stable?transmission?of?radio?frequency?signals?onfiber?links?using?interferometric?delay?sensing(基于延遲干涉的光纖穩定傳輸射頻信號)”，系統利用外差干涉的方式精確地測量傳送的射頻信號的相位抖動，通過校正光纖延遲實現遠端射頻信號相位穩定。相干校正的特點是由于在光域內外差干涉，可以獲得光波長量級的長度校準精度，但由于鑒相范圍有限，能支持的傳輸距離較短。非相干校正是基于微波的相位差檢測，通過直接測量調制在光載波上的微波信號返回后的相位變化，獲得相位差信息，校正微波信號相位實現相位補償。發表在IEEE?Transactions?on?Instrumentation?and?Measurement(2009)，vol58，1223-1228(2009年電機及電子學工程師聯合會，儀表與測量學報，58卷，1223-1228頁)中Mibo?Fujieda等人的文章“Ultrastable?Frequency?Dissemination?via?Optical?Fiber?at?NICT(日本情報通信研究機構的基于光纖的超穩定頻率分發)”，系統將微波信號調制到光信號上，利用鎖相環結構將攜帶了兩倍相位抖動信息的返回光信號經接收與本地微波信號鑒相，環路濾波器根據環路需求對相位差信號進行處理，產生環路控制信號，反饋控制壓控振蕩器。環路濾波器穩定時，壓控振蕩器產生的再生信號與本地信號同頻同相，達到微波信號穩相傳輸的目的，補償傳輸鏈路的延遲變化。非相干校正的優勢在于傳輸距離長，但精度在微波波長量級。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種基于延遲鎖相環的微波信號遠距離穩相光纖傳輸裝置，利用延遲鎖相環使本地端和遠端微波信號相位同步。本發明利用電光調制器的非線性效應實現光電外差混頻進行相位檢測，通過反饋相位差信號驅動控制微波延遲器，對微波信號進行相位改變，補償傳輸鏈路延遲變化導致的微波信號相位擾動，保持本地端和遠端微波信號的相位同步關系，解決本地端和遠端微波信號相位不同步的問題，達到微波信號穩相傳輸的目的。本系統采用非相干校正，除具有穩相傳輸距離長的優點外，還擁有動態范圍大、穩定性高等優點。

本發明通過以下技術方案實現，本發明包括：本地端、遠端和連接于其間傳輸光信號的光纖傳輸鏈路，其中：