[發明專利]基于電帶通濾波器的超寬帶信號發生器

有效

• 申請號: 201210137368.3
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102694576A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 董建績;張新亮;楊婷;羅博文
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04B1/7163
• 分類號: H04B1/7163;H04B1/7176;H04B10/155;H04B10/158
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及一種超寬帶信號發生器，特別涉及一種基于電帶通濾波器的高功效光學超寬帶信號發生器。

背景技術

超寬帶（UWB：Ultra-Wideband）是一種新型的無線通信技術，它通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進行直接調制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術解決了困擾傳統無線技術多年的有關傳播方面的重大難題，它具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統復雜度低、能提供數厘米的定位精度等優點。有人稱它為無線電領域的一次革命性進展，認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術。作為室內通信用途，美國聯邦通信委員會（FCC：Federal?Communications?Commission）已經將3.1～10.6GHz頻帶段向UWB通信開放。

UWB系統由于具有抗干擾性能強、數據傳輸率高、功耗低以及在短距離無線通信中抗多徑衰減等多方面的優勢，近年來已經得到了人們極大的關注。然而，由于極低的輻射功率（小于-43.3dBm/MHz），UWB信號只能傳輸很短的距離（小于幾十米）。一個可行的辦法則是采用光纖傳輸UWB技術，它利用極低損耗的光纖長距離地傳輸UWB信號。因此對UWB信號的光學操縱（包括產生、傳輸和調制）是非常有吸引力的，因為它可以很容易地被融入到光纖傳輸UWB網絡中去。

光學UWB系統的關鍵性挑戰之一是UWB射頻（RF：Radio?Frequency）頻譜的功率效率。根據FCC頻譜模板規定，在3.1～10.6GHz頻段內最大輻射功率要低于-41.3dBm/MHz，而在全球定位系統（GPS）頻段（0.91～1.63GHz）內最大輻射功率要低于-75dBm/MHz。傳統的UWB脈沖，例如高斯脈沖的一階導數和二階導數（monocycle和doublet），大多數都違反標準FCC模板在GPS頻段的規定，除非其總功率被大大衰減。但降低發射功率將會極大地降低其性能。為了獲得一個無需衰減總功率的高功效的UWB波形，大多數研究人員試圖根據傅里葉變換理論來設計特定的UWB波形，以使其RF頻譜能量可以高功率效率地充分填充到標準FCC模板上。

目前最流行的方法之一是通過不同步地結合幾個時域的monocycle波形（基本單元）以獲得高功效的UWB波形。如使用一個非線性的半導體光放大器將三個不同權重的monocycle波形結合得到高功效的UWB波形（J.Dong,B.Luo,D.Huang,and?X.Zhang,“Photonic?Generation?of?Power-Efficient?FCC-Compliant?Ultra-wideband?Waveforms?using?SOAs:Theoretical?Analysis?and?Experiment?Verifications,”Chinese?physics?B,2012）。又如香港大學的學者采用高非線性光纖產生兩個不對稱的monocycle波形，然后將其結合成一個高功效的UWB波形。也可使用兩個相位調制器代替高非線性光纖的辦法（P.Li,H.Chen,M.Chen,and?S.Xie,“A?power-efficient?photonic?OOK?and?BPSK?modulated?Gigabit/s?IR-UWB?over?fiber?system,”in?Asia-Pacific,MWP/APMP，254-257,2011）。這些方案都能產生很高功效的UWB波形，但由于需要用到很多激光器和非線性光電器件使得這些系統都非常的昂貴。而且，每一路monocycle波形的延遲時間和權重都需要精確的調整，因此，系統對外界環境不穩定。也有較低成本的解決方案（S.T.Abraha,C.M.Okonkwo,E.Tangdiongga,and?A.M.J.Koonen,″Power-efficient?impulse?radio?ultrawideband?pulse?generator?based?on?the?linear?sum?of?modified?doublet?pulses,″Opt.Lett.,vol?36,pp.2363-2365,2011），通過使用一個均衡探測器（BPD）對經調整過的doublet脈沖相加。然而，經過BPD檢測后產生的高功效脈沖實際上是一個電信號，它并不能使用光纖傳輸。

另外一種流行的方法則是使用一個切趾光纖布拉格光柵（FBG）在頻域設計一個高功效的形狀，然后再采用頻時映射技術。因為操縱頻域形狀要比操縱時域形狀容易的多，但是由于FBG是熱敏感器件，且整個系統仍然非常體積龐大，所以依然存在一些問題。