[发明专利]一种基于相位共轭的四倍频信号光纤任意点稳相分配系统

说明书

本发明提供一种基于相位共轭的四倍频信号光纤任意点稳相分配系统，属于光纤稳相分配技术领域，包括主要由1个本地端、n个远端站、n+1段光纤链路和n个光纤耦合器构成的环形光纤链路结构；本地站包括微波源、双载波光信号产生模块、相位共轭光信号产生模块、光纤耦合器、第一光电探测器和光纤环形器；各远端站均分别包括电光混频模块、光放大器、第二光电探测器、电放大器和电滤波器。本系统所使用的主要器件为光子器件，由于光子器件的高频宽带特性，本系统可以实现更高频率信号的光纤远距离稳定相位分配，且有效避免使用电混频器时引入的本振泄露和谐波干扰对相位稳定精度的恶化。

技术领域

本发明属于光纤稳相分配技术领域，具体涉及一种基于相位共轭的四倍频信号光纤任意点稳相分配系统。

背景技术

在高能粒子加速器，甚长基线干涉(VLBI)天线阵列等对时频精度要求较高的应用系统中，超稳定射频信号光纤分配系统因更低的传输损耗、更大的带宽、更高的可靠性和抗电磁干扰等优点而逐渐成为一种更有竞争力的射频信号分配系统。然而，由于光纤所处周围环境的温度变化和机械扰动，会引起光纤时延的波动，进而导致所分配射频信号的相位抖动，恶化远端接收信号的质量。光纤稳相分配系统主要研究如何消除、补偿因光纤时延抖动导致的相位抖动。目前，光纤稳相分配系统主要的补偿技术包括：主动相位补偿技术和被动相位补偿技术。主动相位补偿技术利用反馈环路控制补偿器来实现相位稳定。这种技术可以实现很高的补偿精度，但其响应速度较慢且相位恢复时间较长。另一种补偿技术——基于频率混频的被动相位补偿技术，可以实现快速和大动态范围的相位波动补偿，同时可以避免复杂的相位误差检测和反馈电路。

被动相位补偿技术已经被广泛地研究，其中在点到多点的分支型或环形拓扑时频分配系统中得到了应用。在分支型系统中，普遍采用多波长技术来区分不同的接入站，但随着接入站数量的增加，本地站和接入站之间的波长间隔将增大，这样温度变化引起的群延时波动将不可避免地影响系统的稳定性能。而利用环形光纤分配系统可以避免因温度导致的群延时波动。如图1所示，为一个已有的环形光纤稳相分配系统，该分配系统主要包括由1个本地端、n个远端站、n+1段光纤链路和n个2x2型光纤耦合器105构成的环形光纤链路结构，现以本地站将倍频信号分配至远端站n为例对该分配系统进行说明。微波源112产生的微波信号分两路，一路进入三倍频器110产生三倍频信号，另一路经电耦合器111被调制器102调制在激光器101产生的光载波上；调制后产生的光信号进入光纤耦合器103被分为两分支：一个分支经第一段光纤104逆时针传输到远端站，并沿第二段光纤106返回到本地站。返回到本地站的光信号经光纤环形器107进入光电探测器108，得到的电信号与三倍频器110产生的三倍频信号通过电混频器109进行混频得到二倍频信号，该二倍频信号被调制器102调制到光载波上经光纤104传输到远端站，在远端站被探测器113探测和电滤波器115滤波后得到相位共轭二倍频信号；而另一个分支的光信号经光纤环形器107后沿顺时针方向通过光纤106、第一光纤耦合器119到达远端站1，再经光纤120、第二光纤耦合器105到达远端站n，在远端站n经探测器114和电滤波器116后得到前向传输的二倍频电信号。该二倍频信号与相位共轭二倍频信号经电混频器117混频后进入四分频器118得到稳定传输的射频信号。

在上述的环形光纤任意点分配系统中，为了实现频率混频，需要使用电混频器109、117以及电倍频器110，这些器件在实际使用中会产生本振泄露、谐波以及镜像干扰，降低了相位稳定的精度。

发明内容

针对目前基于被动相位补偿的光纤射频稳相分配系统中电混频器引入的本振泄露和谐波干扰会降低相位稳定精度的问题，本发明提出一种基于相位共轭的四倍频信号光纤任意点稳相分配系统。

为实现本发明目的，采用如下技术方案：