[發明專利]高隔離度的微波光子環形器

有效

• 申請號: 201710281808.5
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN106950727B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 張羽;蔣煒;譚慶貴;孫力軍;蔣城;梁旭;梁棟
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所;西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G02F1/03
• 分類號: G02F1/03
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

本發明涉及一種通信系統收發雙工技術，尤其涉及一種高隔離度的微波光子環形器。

背景技術

收發雙工功能是通信系統的重要功能之一，體現在實際應用中時，即要求通信系統既能將大功率的發射信號饋送至天線向外發送、又能將天線接收到的微弱信號耦合進來；為實現前述目的，就需要相應裝置在發射大功率信號的同時，能夠不受干擾地對微弱信號進行接收，也即要求通信系統具有較好的收發隔離度，如果收發隔離度不夠好，發射的信號串入接收通道中，就可能會增加接收信號的誤碼率，影響整個通信系統的工作性能。

現有技術中，用于實現收發雙工功能的裝置主要是基于電子技術的微波環形器，這種裝置是利用鐵氧體旋磁材料制成的，當微波信號通過旋磁材料時，會與旋磁材料中的自旋電子之間有充分的相互作用，在外加偏置磁場的誘導下會出現張量磁導率，從而發生偏振面旋轉的現象，產生旋磁效應和各項異性；現有技術條件下制作出的微波環形器的隔離度指標有限，通常在20dB左右，并且現有微波環形器很難在較寬的工作帶寬條件下獲得較高的收發隔離度指標，無法滿足工程界對通信系統日益嚴苛的應用需求。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種高隔離度的微波光子環形器，其創新在于：所述微波光子環形器由激光器、鈮酸鋰單向相位調制器、三端口微波環形器、阻抗匹配單元、相位解調單元、光電探測器和微波放大器組成；

所述鈮酸鋰單向相位調制器包括基底、條形波導和行波電極，所述條形波導和行波電極均形成在基底上，條形波導從行波電極上的調制區域穿過；所述行波電極的兩個端口分別記為A端口和B端口，其中，A端口和條形波導的輸入端均位于基底的左側，B端口和條形波導的輸出端均位于基底的右側；

所述激光器的輸出端與條形波導的輸入端連接，條形波導的輸出端與相位解調單元的輸入端連接；所述A端口形成微波光子環形器的信號收發端，所述B端口與三端口微波環形器的收發復用端連接；

所述相位解調單元的輸出端與光電探測器的輸入端連接，光電探測器的輸出端與微波放大器的輸入端連接，微波放大器的輸出端形成微波光子環形器的接收信號輸出端；

所述三端口微波環形器的輸入端形成微波光子環形器的發射信號輸入端，三端口微波環形器的輸出端與阻抗匹配單元連接。

具體使用時，微波光子環形器的信號收發端與天線連接，微波光子環形器的發射信號輸入端與前置處理裝置連接，微波光子環形器的接收信號輸出端與后級處理裝置連接；本發明的原理是：

裝置工作過程中，激光器為鈮酸鋰單向相位調制器提供連續的光載波，基于現有理論可知，基于鈮酸鋰晶體的單向相位調制器能夠利用鈮酸鋰晶體的電光效應，通過向行波電極施加微波信號來對光波導中的光信號的相位進行調制，但這種調制作用只有在微波場傳輸方向與光波導中光波傳輸方向相同的條件下才能起效，當微波場傳輸方向與光波導中光波傳輸方向相反時，微波場與光場的相速度失配嚴重，這時微波信號就無法對光波進行有效的調制，前述方案中限定了“A端口和條形波導的輸入端均位于基底的左側，B端口和條形波導的輸出端均位于基底的右側”以及“激光器的輸出端與條形波導的輸入端連接”，再結合鈮酸鋰單向相位調制器的典型結構可知，在本發明的鈮酸鋰單向相位調制器中，微波信號只有從A端口進入時，相應的微波場傳輸方向才與光波傳輸方向相同，當微波信號從B端口進入時，相應的微波場傳輸方向與光波傳輸方向相反，也即是說，只有從A端口進入的微波信號才能在鈮酸鋰單向相位調制器中對激光器輸出的光載波起到調制作用，從B端口進入的微波信號不能在鈮酸鋰單向相位調制器中對激光器輸出的光載波起到有效的調制作用；

工作過程中，當需要向外發送信號時，由前置處理裝置生成的發射信號通過發射信號輸入端進入微波光子環形器中的三端口微波環形器，三端口微波環形器將發射信號傳輸至B端口，發射信號經行波電極傳輸后通過信號收發端(即A端口)輸出至天線并向外發送，在此過程中，發射信號不會對光波起到調制作用；接收信號時，天線接收到的微弱信號通過信號收發端(即A端口)進入行波電極，進入到行波電極的微弱信號就會對光載波起到調制作用，從而使條形波導的輸出端能夠輸出調制后的光信號，相位解調單元對條形波導輸出的光信號進行解調處理，然后由光電探測器和微波放大器進行光電轉換和放大處理，最后傳輸給后級處理裝置進行處理；