[發明專利]一種抑制信號傳輸過程中畸變的色散媒質及方法

在審

• 申請號: 201710035920.0
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106911391A
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 王春;朱忠博;葉德信
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04B10/2513
• 分類號: H04B10/2513;G02B27/01
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種抑制信號傳輸過程中畸變的色散媒質及方法。包括主要由正常色散媒質和反常色散媒質構成的補償色散媒質，反常色散媒質在沿電磁波的傳輸方向連接在正常色散媒質靠近傳輸出口的一側上，正常色散媒質主要由正常色散電磁諧振單元排列構成，反常色散媒質主要由反常色散電磁諧振單元排列構成，利用正常色散媒質構造信號的正常色散，利用反常色散媒質構造信號的反常色散，利用反常色散的負群速度(超光速)現象補償信號經過正常色散媒質導致的包絡畸變。本發明利用人工介電材料實現在微波頻段內，對信號在媒質傳播中產生包絡畸變從本質上進行補償，具有高精度、小尺寸特點，實現了信號色散補償，應用廣泛。

技術領域

本發明涉及信號傳輸領域，尤其是涉及了一種抑制信號傳輸過程中畸變的色散媒質及方法。

背景技術

信號傳輸時不可避免的產生畸變。無論是在電子電路、射頻微波電路、光纖通信，還是在空間信號傳輸中，只要信號有帶寬，就一定會受到不同程度的畸變。畸變是信號傳輸過程中抑制傳輸距離、傳輸精度、傳輸品質的主要原因。在眾多畸變種類中，最常見同時也最重要的就是群延時畸變。在信號傳輸中，群延時是指對給定的頻率表現為負斜率的相位響應(在電磁學領域中，相位響應通常由折射率表示，其由傳輸媒質本身參數決定，不受頻率影響)，從而產生相對原始信號波形包絡的時延。而當信號中不同的頻率分量受到非線性響應時(色散)，會導致信號的包絡產生波形畸變，這被稱為群延時畸變。而群延時畸變在媒質傳輸中不可避免，因為工作頻率都處在正常色散帶寬內(折射率的實部對頻率變化表現為正斜率)，所以群延時畸變往往表現為落后的群延時。群時延畸變會導致信號帶寬展寬、誤碼率變大、信道噪聲增大、同步性變差、傳輸距離變短等影響，嚴重的畸變甚至會導致信號無法被解調。因此抑制群時延畸變在信號傳輸領域有重要意義。

科學界對群延時畸變的研究已有很長的歷史，群延時畸變的本質是因為信號的傳輸速度(波前速度)和群速度不相等。當群速度小于波前速度時，信號包絡表現為后向畸變；反之，當群速度大于波前速度時(負群速度)，信號包絡表現為前向畸變。早在1914年，Brillouin和Sommerfeld提出波前速度才是信號傳輸的速度，并且始終等于光速。在1960年，Brillouin指出，群速度并不總是代表信息或能量的傳播速度，因此超光速的群速度(負群速度)不會與相對論矛盾。本課題組在2015年，通過Drude-Lorentz色散模型的反常色散(Anomalous dispersion)區域，即位于Lorentz色散的吸收諧振頻帶內，首次實驗驗證波前速度是信號的傳輸速度，并且通過負群速度的前向畸變、正群速度的后向畸變論證包絡畸變的本質。因此當群速度等于波前速度，即光速時，信號包絡就可以沒有畸變。

到目前為止，在光纖通信領域已有多種方法對群延時畸變進行補償，如光柵補償器、啁啾補償器、數字補償等等。這些方法的基本原理都是利用反常色散獲得負的群延時效應。但是在微波領域，受限于材料的反常色散帶幾乎處于光學頻段的現實，目前對于信號的群延時補償方法僅有數字補償。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于構造一種抑制信號傳輸過程中畸變的色散媒質及方法，反常色散媒質低損耗、寬帶寬，能獲得較理想的負群速度現象，利用負群速度現象在抑制信號傳輸過程中進行畸變，實現了微波頻段對群延時色散進行直接補償。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種抑制信號傳輸過程中畸變的色散媒質：

包括主要由正常色散媒質和反常色散媒質構成的補償色散媒質，反常色散媒質沿電磁波的傳輸方向連接在正常色散媒質靠近傳輸出口的側邊，正常色散媒質主要由正常色散電磁諧振單元排列構成，反常色散媒質主要由反常色散電磁諧振單元排列構成。

所述正常和反常色散媒質均主要由至少一層諧振層上下層疊而成，每層諧振層由多排諧振組平行間隔陣列在同一平面而成。