[發明專利]頻帶可調諧的光載超寬帶無線電信號發生器

有效

• 申請號: 201210015339.X
• 申請日: 2012-01-17
• 公開（公告）號: CN102571145A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 鄭建宇;祝寧華;劉建國;王禮賢
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H04B1/7163
• 分類號: H04B1/7163;H04B10/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明屬于微波光子學領域，更具體的說是一種基于高非線性光電器件的非線性偏振旋轉效應的頻譜可塑的光載超寬帶無線電信號發生器。

背景技術

相對于傳統的窄帶通信，超寬帶(UWB：Ultra-Wideband)技術具有諸多的優異性能，如：低功率消耗、抗干擾、抗多徑衰落、高分辨率、強穿透性探測性能等。2002年2月，美國聯邦通信委員會(FCC：Federal?Communications?Commission)FCC通過了一項認可超寬帶技術用于民用用途的最終規定。FCC規定了超寬帶技術的三個用途分別是：成像系統、汽車防沖撞傳感器以及無線數據通信及測量系統。根據FCC的規定，3.1GHz至10.6GHz頻帶以及22GHz至31GHz頻帶的超寬帶無線電信號用于無線通信以及汽車防撞雷達領域開放。2004年，歐洲委員會(EC)在超寬帶技術在汽車雷達方面的應用做出規定：自2013年起，原工作于24GHz頻段的UWB汽車雷達將全部由77GHz至81GHz頻帶的超寬帶雷達代替。可見，工作于各頻段的超寬帶系統有著非常廣泛的應用前景。然而，UWB技術的進一步應用面臨兩大問題。

1.傳輸距離過短。由于超寬帶無線電信號的發射功率限制(功率譜密度小于-41dBm)以及高速率下的信道間干擾問題，超寬帶系統的傳輸距離一般被限制于幾米的范圍內。為了克服超寬帶無線電信號的這一傳輸距離限制，近年來人們提出了光載超寬帶無線電(UWB-over-fiber)的概念，即利用光纖傳輸超寬帶無線電信號。研究人員同時也嘗試著在光域直接產生超寬帶無線電信號，這種技術可以克服電域產生超寬帶無線電信號的諸多缺點，比如減少了多余的電光轉換環節、克服電子器件的帶寬限制等。產生脈沖超寬帶無線電信號的光子技術主要有以下幾類：1)利用光調制器的非線性調制特性將基帶高斯脈沖直接轉換為光域的一階或二階高斯脈沖；2)利用光相位調制器以及光鑒頻器對經過基帶高斯脈沖調制后的光信號進行微分運算，從而得到光域的一階或二階高斯脈沖；3)對鎖模激光器的輸出光譜進行整形，然后利用頻率-時間映射關系得到脈沖超寬帶無線電信號；4)利用直接調制半導體激光器的弛豫振蕩效應產生較高階的脈沖超寬帶無線電信號。上述方法共同的不足在于：無法在光域直接實現UWB信號的動態的譜形控制。

2.與傳統窄帶通信系統的共存問題。由于UWB信號所占頻帶過寬，導致與窄帶通信系統的工作頻帶重疊。尤其地，UWB信號將與目前被廣泛應用的工作于5GHz頻段的無線局域網(WLAN)系統存在頻譜重疊。因此，UWB系統與傳統窄帶系統之間的干擾問題不可忽略。為了避免上述的UWB系統與WLAN系統之間的共存問題，人們設計了一系列的擁有5-GHz陷波特性的特殊結構的UWB濾波器和天線。然而，此類天線或濾波器固定的陷波位置使得它無法避免UWB系統與其他窄帶通信系統的干擾。另一個完美的解決方案為感知超寬帶無線電技術，然而此技術實現的關鍵問題在于生成動態譜形控制的UWB信號。受限于電子瓶頸，目前的模數/數模轉換器的速度無法為生成動態譜形控制的UWB信號提供技術支持。

綜上所述，為了解決上述面臨的技術瓶頸，為光載無線電技術與感知無線電技術的技術融合、性能提升提供可能，目前迫切需要一種頻譜符合美國通信聯邦委員會的輻射掩膜規定、譜形靈活可塑的光載超寬帶無線電信號的發生器。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種頻帶可調諧的光載超寬帶無線電信號發生器，其可解決現有光載超寬帶無線電信號發生器譜形難于控制、頻譜不滿足美國通信聯邦委員會的輻射掩膜規定以及難于實現特定頻帶陷波的技術問題。

本發明的一種頻譜可塑的光載超寬帶無線電信號發生器，包括：

一窄脈沖激光光源；

一光放大器，其輸入端與窄脈沖光源的輸出端連接；

一第一偏振控制器，其一端與光放大器的輸出端連接；

一第一光耦合器，其端口與第一偏振控制器的另一端連接；

一連續光半導體激光器；

一第二偏振控制器，其一端與連續半導體激光器連接，另一端與光耦合器的端口2連接；

一非線性光電器件，其輸入端與第一光耦合器的端口3連接；

一第三偏振控制器，其一端與非線性光電器件的輸出端連接；

一光帶通濾波器，其輸入端與第三偏振控制器的另一端連接；

一偏振分束器，其端口與光帶通濾波器的輸出端連接；

一可調光延遲線，其一端與偏振分束器的端口2連接；

一可調光衰減器，其輸入端與偏振分束器的端口3連接；