技术领域
[0001] 本
发明涉及
射频信号光纤传输的微波
光子学领域，具体涉及一种基于微波光子链路的宽带信号稳相传输系统。
背景技术
[0002] 宽带射频信号的稳相传输技术在射电天文学探测、雷达无线电技术、
电子信息对抗等领域应用广泛。当今的诸多领域已经对传输射频信号的带宽、
相位稳定
精度、杂散抑制等指标提出了越来越高的要求，但传统的射频信号通常采用射频
电缆进行传输，其系统通常比较庞大，而且整体
质量重、
信号传输损耗大、带宽有限、成本高等。
[0003] 相对于射频电缆传输，光纤具有重量轻、抗
电磁干扰性好、损耗极低、带宽极大、价格低廉等优点；因而利用光纤进行信号传输尤其适合用于进行射频信号的长距离传输领域，在近些年取得了广泛的发展。但是由于光纤为光
波导，其容易受到所处环境因素如
温度、振动、压
力的影响，使得其内部光的光程发生变化，进而影响了所传输信号的相位，特别是进行长距离射频信号的传输。
[0004] 目前的射频信号光纤传输方案通常只能传输有限带宽的信号，对于更高频信号的传输通常会带来较大的相位误差，现有的光纤稳相传输技术通常会在所传输的信号中引入一个低频的
导频信号，通过该导频信号来解算出相应的光纤传输中的光程的
波动，然后通过反馈控制技术来补偿光纤受到的外界干扰所引起的光程的变化。但是，由于在所传输的信号中加入了低频导频信号，其通常在接收端也会有相应的导频信号被一起接收到，致使有些情况下信号传输质量差，尤其是所传输的信号本身包含有低频信号成分。而且导频信号相位稳定控制精度与导频
频率成正比，同时由于要避免导频信号干扰传输信号，所以导频信号的频率一般都很低，从而限制了相位控制精度。
发明内容
[0005] 为解决上述技术
缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种基于微波光子链路的宽带信号稳相传输系统包括发射端、接收端和长光纤；所述发射端和所述接收端通过所述长光纤相连；所述接收端包括第二光纤
耦合器、声光移频器模
块、法拉第旋转镜、第二光纤环形器模块、啁啾光栅、高频光电探测器，所述接收端包括第二光纤耦合器、声光移频器模块、法拉第旋转镜、第二光纤环形器模块、啁啾光栅、高频光电探测器；所述
激光器模块的光输出端与所述第一光纤耦合器的A端口相连接，所述第一光纤耦合器的B端口与所述光电调
制模块的光输入端相连接，所述第一光纤耦合器的C端口与所述第三光纤耦合器的J端口相连，所述光电调制模块的输出端与所述第一光纤环形器模块的D端口相连接；所述第一光纤环形器模块的E端口依次与所述快速调节模块、所述慢速调节模块、所述长光纤相
串联，所述长光纤和所述第二光纤耦合器的G端口连接，所述第二光纤耦合器的H端口与所述第二光纤环形器模块的M端口相连，所述声光移频器的两端分别与所述法拉第旋镜和所述第二光纤耦合器的I端口相连；所述第二光纤环形器模块的N端口连接所述啁啾光栅，所述第二光纤环形器模块的O端口连接所述高频光电探测器；所述第三光纤耦合器的J端口与所述第一光纤耦合器的C端口相连接，所述第三光纤耦合器的K端口与所述第一光纤环形器模块的F端口相连接，所述第三光纤耦合器的L端口与所述低频光电探测器的输入端相连接，所述低频光电探测器的
输出信号接入所述信号解调处理及反馈
控制模块，所述信号解调处理及反馈控制模块的输出端接入所述快速调节模块和所述慢速调节模块的电输入端进行反馈控制。
[0006] 较佳的，所述啁啾光栅为线性啁啾率的光纤光栅，用于校正所述长光纤中传输宽带信号的群延时。
[0007] 较佳的，所述啁啾光栅啁啾率∧的计算式为；
[0008]
[0009] 其中，δ为所述长光纤位于所述激光器模块中心
波长处的色散系数，L为所需稳相控制的光纤长度，c为
真空中的光速，n为光纤折射率。
[0010] 较佳的，所述第一光纤环形器模块从所述D端口输入的光从所述E端口输出，从所述E端口输入的光从所述F端口输出；所述第二光纤环形器模块从所述M端口输入的光从所述N端口输出，从所述N端口输入的光从所述O端口输出。
[0011] 较佳的，所述激光器模块设置为窄线宽激光器，用于为所述基于微波光子链路的宽带射频信号稳相传输系统提供光载波。
[0012] 较佳的，所述光电调制模块设置为
马赫增德尔型
相位调制器。
[0013] 较佳的，所述高频光电探测器为射频信号光电探测器，用于将射频信号从光域还原到电域。
[0014] 较佳的，所述低频光电探测器的截止频率高于两倍所述声光移频器模块的声光移频频率，用于将包含光纤链路相位波动信息的信号转变为可处理的
电信号。
[0015] 较佳的，所述慢速调节模块采用光纤拉伸器。
[0016] 较佳的，所述快速调节模块采用压电陶瓷驱动的空气室结构。
[0017] 与
现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明对
光信号进行移频处理，利用法拉第旋镜将调制光返回以避免干扰所传输的信号，使用在光域干涉的方法将光纤中的相位波动解调出来进行反馈控制处理，致使本发明具有极高的稳相精度，且避免导频信号干扰问题；2，本发明通过采用快速调节模块和慢速调节模块两部分分别进行相位波动中高速小幅度和低速大幅度的相位补偿，可扩大宽带信号稳相传输系统的反馈深度，提高宽带信号稳相传输系统的响应速度和环境适应性；3，本发明通过采用啁啾光栅来修正宽带信号的色散问题，避免激光器波长的微弱漂移会在长距离传输中带来极大的相位跳变；同时采用啁啾光栅降低了
光源的波长
稳定性要求，进一步提高宽带信号稳相传输系统稳相精度，降低光源波长稳定性的要求及系统成本。
附图说明
[0018] 图1为本发明所述基于微波光子链路的宽带射频信号稳相传输系统的
电路图。
[0019] 图中数字表示：
[0020] 1-激光器模块；2-第一光纤耦合器；3-光电调制模块；4-第一光纤环形器模块；5-快速调节模块；6-慢速调节模块；7-长光纤；8-第二光纤耦合器；9-声光移频器模块；10-法拉第旋转镜；11-第二光纤环形器模块；12-啁啾光栅；13-高频光电探测器；14-第三光纤耦合器；15-低频光电探测器；16-信号解调处理及反馈控制模块。
具体实施方式
[0021] 以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0022] 如图1所示，图1为本发明所述基于微波光子链路的宽带射频信号稳相传输系统的电路图；本发明所述基于微波光子链路的宽带射频信号稳相传输系统包括发射端、接收端和长光纤7；所述发射端和所述接收端通过所述长光纤7相连。
[0023] 所述发射端包括激光器模块1、第一光纤耦合器2、光电调制模块3、第一光纤环形器模块4、快速调节模块5、慢速调节模块6、第三光纤耦合器14、低频光电探测器15、信号解调处理及反馈控制模块16；所述接收端包括第二光纤耦合器8、声光移频器模块9、法拉第旋转镜10、第二光纤环形器模块11、啁啾光栅12、高频光电探测器13。
[0024] 具体的，所述激光器模块1的光输出端与所述第一光纤耦合器2的A端口相连接，所述第一光纤耦合器2的B端口与所述光电调制模块3的光输入端相连接，所述第一光纤耦合器2的C端口与所述第三光纤耦合器14的J端口相连，所述光电调制模块3的输出端与所述第一光纤环形器模块4的D端口相连接。所述第一光纤环形器模块4的E端口依次与所述快速调节模块5、所述慢速调节模块6、所述长光纤7相串联，所述长光纤7接所述第二光纤耦合器8的G端口，所述第二光纤耦合器8的H端口与所述第二光纤环形器模块11的M端口相连，所述声光移频器9的两端分别与所述法拉第旋镜10和所述第二光纤耦合器8的I端口相连。所述第二光纤环形器模块11的O端口接所述高频光电探测器13，N端口接所述啁啾光栅12。所述第三光纤耦合器14的J端口与所述第一光纤耦合器2的C端口相连接，所述第三光纤耦合器14的K端口与所述第一光纤环形器模块4的F端口相连接，所述第三光纤耦合器14的L端口与所述低频光电探测器15的输入端相连接，所述低频光电探测器15的输出信号接入所述信号解调处理及反馈控制模块16，所述信号解调处理及反馈控制模块16的输出端接入所述快速调节模块5和所述慢速调节模块6的电输入端进行反馈控制。
[0025] 所述激光器模块1设置为窄线宽激光器，用于为所述基于微波光子链路的宽带射频信号稳相传输系统提供光载波。
[0026] 所述光电调制模块3优选设置为马赫增德尔型相位调制器。
[0027] 所述慢速调节模块6为提供慢速光纤扰动调节的模块，能够校正光纤中大幅度的低频相位波动，所述慢速调节模块5优选采用光纤拉伸器。
[0028] 所述快速调节模块5为提供快速光纤扰动调节的模块，具有较小的惯性，能够校正光纤中小幅度的高频相位波动，所述快速调节模块6可采用将光纤粘贴在压电陶瓷片上或采用压电陶瓷驱动的空气室等结构。
[0029] 所述第一光纤环形器模块4的D端口输入光会从E端口输出，E端口输入光会从F端口输出。
[0030] 所述第二光纤环形器模块11的M端口输入光会从N端口输出，N端口输入光会从O端口输出。
[0031] 所述声光移频器模块9将光信号进行移频，用于形成
拍频信号以进行相位信号的解调。
[0032] 所述啁啾光栅12为线性啁啾率的光纤光栅，所述啁啾率∧与所述长光纤长度及所述长光纤色散系数相匹配，能够校正所述长光纤7中传输宽带信号的群延时。
[0033] 较佳的，所述啁啾光栅12啁啾率Λ的计算式为；
[0034]
[0035] 其中，δ为所述长光纤位于所述激光器模块中心波长处的色散系数，L为所需稳相控制的光纤长度，c为真空中的光速，n为光纤折射率。
[0036] 所需稳相控制的光纤长度一般为所述长光纤7的长度尺寸；所述光纤折射率n为所述长光纤7的光纤折射率。
[0037] 利用所述啁啾率∧的计算式可实现所述啁啾光栅12对光源波长漂移及光纤色散导致相位变化的精确补偿。由于所述信号解调处理及反馈控制模块16、所述快速调节模块5和所述慢速调节模块6主要功能是稳定相位值，使所述相位值不波动，通过所述啁啾光栅12校正激光器波长变化引起的相位变化，降低光源波长变化造成的链路光相位变化，从而保证链路光相位变化在所述信号解调处理及反馈控制模块16的鉴相范围，以实现所述基于微波光子链路的宽带信号稳相传输系统的正常工作。
[0038] 所述高频光电探测器13为射频信号光电探测器，用于将射频信号从光域还原到电域。
[0039] 所述低频光电探测器15为低频光电探测器，其截止频率高于两倍声光移频频率，用于将包含光纤链路相位波动信息的信号转变为可处理的电信号。
[0040] 所述
信号处理及反馈控制模块16完成实时相位信息的解调及反馈
控制信号的产生。
[0041] 所述信号处理及反馈控制模块16中的信号处理单元优选采用FPGA电路、DSP电路、专用ASIC电路中的一种或几种，所述信号处理单元完成实时信号的处理以将所述实时信号中的相位信号解调出来，并将所述相位信号中的低频扰动和高频扰动通过滤波分离开来，分别应用相应的反馈控制
算法产生反馈控制信号，并通过D/A转换输出分别送给所述快速调节模块5和所述慢速调节模块6。
[0042] 本发明所述基于微波光子链路的宽带信号稳相传输系统具体的工作过程为：所述激光器模块1发出的光经过所述第一个光纤耦合器2被分为第一支光和第二支光，所述第一支光进入所述光电调制模块3并在所述光电调制模块3中被射频信号调制形成调制光并输出；所述第二支光进入所述第三光纤耦合器14的一个输入端，所述光电调制模块3输出的所述调制光进入所述第一光纤环形器模块4；所述第一光纤环形器模块4的输出光依次进入所述快速调节模块5、所述慢速调节模块6、所述长光纤7后进入所述第二光纤耦合器8，所述第二光纤耦合器8的输出光分为第三支光和第四支光；所述第三支光进入所述第二光纤环形器模块11，然后通过所述啁啾光栅12反射后进入所述高频光电探测器13将调制在光上的射频信号还原出来；所述第四支光进入所述声光移频器模块9，然后再经过所述法拉第旋镜10反射后又经过所述声光移频模块9，回到所述第二光纤耦合器8，再依次通过所述慢速调节模块6、所述快速调节模块5、所述第一光纤环形器模块4，然后进入所述第三光纤耦合器14，与所述第二支光在所述第三光纤耦合器14中干涉输出，进入所述低频光电探测器15，所述信号解调处理及反馈控制模块16将所述低频探测器15输出电信号中包含的光纤高速相位波动信息解调出来并反馈给所述快速调节模块5进行反馈控制，将输出电信号中包含的光纤低速相位波动信息解调出来并反馈给慢速调节模块6进行反馈控制，最终实现所述基于微波光子链路的宽带信号稳相传输系统对射频信号的精确稳定传输。
[0043] 以上所述仅为本发明的较佳
实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明
权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，
修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
