專利名稱：一種基于相移法產(chǎn)生光載ssb調(diào)制的毫米波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖無(wú)線通信、微波光子技術(shù)和頻率上轉(zhuǎn)換技術(shù)，適用于光纖-無(wú)線 通信系統(tǒng)技術(shù)、微波光子、光纖通信以及雷達(dá)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信在經(jīng)過(guò)第一代模擬制式手機(jī)(IG)和第二代GSM、TDMA等數(shù)字手機(jī)(2G) 的發(fā)展后，現(xiàn)在正向著寬帶寬、高速接入的第三代移動(dòng)通信技術(shù)(3G)或具有多媒體無(wú)線傳 輸?shù)牡谒拇苿?dòng)通信技術(shù)(4G)發(fā)展。然而，當(dāng)前的無(wú)線通信系統(tǒng)中，微波以下的頻段均被 占用，為了提高通信容量，避免信道擁擠和相互干擾，就要求無(wú)線通信能突破低頻波段，從 微波波段向更高頻率的毫米波段擴(kuò)展。但是，毫米波的頻率較高，比較容易受大氣環(huán)境的影 響，不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的傳輸?；诠饫w通信技術(shù)的低損耗、不受電磁干擾和海量傳輸?shù)奶?點(diǎn)，利用光纖代替大氣作為傳輸媒質(zhì)來(lái)傳輸毫米波信號(hào)，將使目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)達(dá)到更 高的傳輸容量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的傳輸。因此，將光纖通信技術(shù)融合到無(wú)線通信網(wǎng)中就構(gòu) 成了光纖毫米波系統(tǒng)，即ROF(Radio over Fiber)系統(tǒng)。ROF系統(tǒng)其實(shí)就是利用光纖代替大氣作為傳輸媒質(zhì)來(lái)傳輸信號(hào)(如基帶、中頻或 射頻信號(hào))的一種光纖通信與無(wú)線通信相結(jié)合的傳輸系統(tǒng)。在ROF系統(tǒng)中，用光纖通信代 替?zhèn)鹘y(tǒng)無(wú)線通信中從中心站(CS，Central Station)到基站(BS，BaseStation)的一段微 波傳輸，中心站通過(guò)光纖與多個(gè)功能簡(jiǎn)單的基站相連。調(diào)制解調(diào)、編解碼、路由等功能在中 心站完成，基站的主要功能是實(shí)現(xiàn)光信號(hào)和微波信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在中心站，基帶電信號(hào)經(jīng)過(guò)電 調(diào)制器調(diào)制到毫米波發(fā)生器產(chǎn)生的毫米波上，再送入光調(diào)制器，將該復(fù)合電信號(hào)調(diào)制到從 毫米波發(fā)生器處得到的可再用光載波上，以適用于光纖信道傳輸。以上這些都在中心站完 成。毫米波發(fā)生技術(shù)是ROF技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，在目前已有的毫米波發(fā)生技術(shù)中，光外差法以 其優(yōu)異的性能成為被人們認(rèn)為是最成熟的方法。所謂光外差法就是在光纖中傳輸兩個(gè)頻率不同的光載波，在發(fā)射端由這兩個(gè) 光載波進(jìn)行差頻，產(chǎn)生毫米波。光外差法中最為簡(jiǎn)單的調(diào)制方式是利用外部調(diào)制器進(jìn) 行雙邊帶(Double-sideband =DSB)調(diào)制，然后利用邊帶與載波進(jìn)行差頻產(chǎn)生毫米波， 但是利用這種方法生成的毫米波會(huì)隨傳輸距離而產(chǎn)生周期性的衰減。如果采用單邊帶 (Single-sideband =SSB)調(diào)制會(huì)避免這種衰減的產(chǎn)生。但是單純的使用SSB調(diào)制會(huì)產(chǎn)生一 個(gè)邊帶和一個(gè)載波，在傳輸?shù)桨l(fā)射端時(shí)只能由邊帶跟載波進(jìn)行差頻產(chǎn)生毫米波，由于載波 跟邊帶的功率相差太大，會(huì)在產(chǎn)生目標(biāo)頻率的毫米波時(shí)產(chǎn)生其他不必要的頻率分量，濾除 這些不必要的頻率分量對(duì)濾波器的性能要求很高嗎，無(wú)疑增加了毫米波發(fā)生器的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服SSB調(diào)制技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于相 移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器。本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案
3
提供一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器，該發(fā)生器包括激光器， 3dB耦合器，正弦波信號(hào)發(fā)生器，光電強(qiáng)度調(diào)制器，馬赫_曾德?tīng)柛缮嫫?，相移器，光纖布拉 格光柵(FBG)，光電探測(cè)器，發(fā)射天線組成。構(gòu)成該毫米波發(fā)生器的器件間的連接激光器的輸出端連接第一 3dB耦合器的第一端口，第一 3dB耦合器的第二端連接 第二 3dB耦合器的第一端口，第一 3dB耦合器的第三端口連接第三3dB耦合器的第一端口。第二 3dB耦合器的第二端口連接第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x的一端，第二 3dB耦合器 的第三端口連接第一光電調(diào)制器的光輸入端。第三3dB耦合器的第二端口連接第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x的一端，第三3dB耦合器 的第三端口連接第二光電調(diào)制器的光輸入端。第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x的另一端連接第三光電調(diào)制器的光輸入端；第二馬赫曾德 爾干涉儀的另一端連接第四光電調(diào)制器的光輸入端。正弦波信號(hào)發(fā)生器的輸出分別連接第一光電調(diào)制器的電輸入端、第二光電調(diào)制器 的電輸入端和相移器的輸入端。相移器的輸出端分別連接第三光電調(diào)制器的電輸入端和第四光電調(diào)制器的電輸 入端。第一光電調(diào)制器的輸出端連接第四3dB耦合器的第一端口，第三光電調(diào)制器的輸 出端連接第四3dB耦合器的第二端口 ；第二光電調(diào)制器的輸出端連接第五3dB耦合器的第 一端口，第四光電調(diào)制器的輸出端連接第五3dB耦合器的第二端口。第四3dB耦合器的第三端口連接第六3dB耦合器的第一端口，第五3dB耦合器的 第三端口連接第六3dB耦合器的第二端口。第六3dB耦合器的第三端口連接光纖布拉格光柵的一端，光纖布拉格光柵的另一 端連接光電探測(cè)器的輸入端，光電探測(cè)器的輸出端連接發(fā)射天線。本發(fā)明和已有技術(shù)相比所具有的有益效果具體如下本發(fā)明使用普通的光電調(diào)制器和馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x實(shí)現(xiàn)相移法產(chǎn)生光域SSB調(diào) 制。與單純的使用SSB調(diào)制利用載波跟邊帶進(jìn)行差頻產(chǎn)生毫米波相比較，本發(fā)明分別產(chǎn)生 SSB上邊帶和下邊帶，然后分別傳輸至發(fā)射端進(jìn)行耦合，在經(jīng)過(guò)光纖布拉格光柵濾除掉載波 后，只剩兩個(gè)邊帶進(jìn)行差頻產(chǎn)生毫米波，這樣就避免由于差頻的兩束光波的功率相差太大 產(chǎn)生多余的頻率分量，保證了頻率的純度及穩(wěn)定性。而且避免了濾波器的使用，簡(jiǎn)化了毫米 波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)。


圖為一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器，如圖，構(gòu)成該毫米波發(fā)生器 的器件間的連接激光器10的輸出端連接第一 3dB耦合器的第一端口 211，第一 3dB耦合器的第二
4端212連接第二 3dB耦合器的第一端口 221，第一 3dB耦合器的第三端口 213連接第三3dB 耦合器的第一端口 231 ；第二 3dB耦合器的第二端口 222連接第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x50的一端，第二 3dB 耦合器的第三端口 223連接第一光電調(diào)制器40的光輸入端；第三3dB耦合器的第二端口 232連接第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x51的一端，第三3dB 耦合器的第三端口 233連接第二光電調(diào)制器41的光輸入端；第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x50的另一端連接第三光電調(diào)制器42的光輸入端；第二馬 赫曾德?tīng)柛缮鎯x51的另一端連接第四光電調(diào)制器43的光輸入端；正弦波信號(hào)發(fā)生器30的輸出分別連接第一光電調(diào)制器40的電輸入端、第二光電 調(diào)制器41的電輸入端和相移器60的輸入端；相移器60的輸出端分別連接第三光電調(diào)制器42的電輸入端和第四光電調(diào)制器43 的電輸入端；第一光電調(diào)制器40的輸出端連接第四3dB耦合器的第一端口 241，第三光電調(diào)制 器42的輸出端連接第四3dB耦合器的第二端口 242 ；第二光電調(diào)制器41的輸出端連接第 五3dB耦合器的第一端口 251，第四光電調(diào)制器43的輸出端連接第五3dB耦合器的第二端 Π 252 ；第四3dB耦合器的第三端口 243連接第六3dB耦合器的第一端口 261，第五3dB耦 合器的第三端口 253連接第六3dB耦合器的第二端口 262 ； 第六3dB耦合器的第三端口 263連接光纖布拉格光柵70的一端，光纖布拉格光柵 70的另一端連接光電探測(cè)器80的輸入端，光電探測(cè)器80的輸出端連接發(fā)射天線90。激光器10發(fā)射出的光輸入第一 3dB耦合器的第一端口 211，分成功率相等兩束光， 分別由第一 3dB耦合器的第二端口 212和第一 3dB耦合器的第三端口 213輸出。由第一 3dB耦合器的第二端口 212輸出的光輸入到第二 3dB耦合器的第一端口 221也分成功率相等兩束光。其中一束由第二 3dB耦合器的第二端口 222輸出后經(jīng)過(guò)第一 馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x50進(jìn)行相位改變后，輸入到第三光電調(diào)制器42的光輸入端；另外一束由 第二 3dB耦合器的第三端口 223輸出后被正弦波信號(hào)發(fā)生器30的輸出調(diào)制。由第一 3dB耦合器的第三端口 213輸出的光輸入到第三3dB耦合器的第一端口 231同樣分成功率相等兩束光。其中一束由第三3dB耦合器第二端口 232輸出后經(jīng)過(guò)第二 馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x51進(jìn)行相位改變后，輸入到第四光電調(diào)制器43的光輸入端；另外一束由 第三3dB耦合器的第三端口 233輸出后被正弦波信號(hào)發(fā)生器30的輸出調(diào)制。調(diào)節(jié)第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x50的偏置電壓為其半波電壓的一半，使得輸入的光 相位改變90度。經(jīng)過(guò)第三3dB耦合器22之后的兩束光，一束用來(lái)被正弦波信號(hào)發(fā)生器30 通過(guò)第二光電調(diào)制器41進(jìn)行調(diào)制，另外一束經(jīng)過(guò)第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x51進(jìn)行相位改變 后，輸入到第四光電調(diào)制器43的光輸入端。調(diào)節(jié)第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x51的偏置電壓為 其半波電壓的二分之三，使得輸入的光相位改變負(fù)90度。調(diào)節(jié)相移器60，使得正弦波信號(hào)發(fā)生器30的輸出信號(hào)進(jìn)行負(fù)90度的相移，分別輸 入到第三光電調(diào)制器42和第四光電調(diào)制器43的電輸入端，用來(lái)調(diào)制經(jīng)過(guò)相位改變后的光。 第一光電調(diào)制器40的輸出與第三光電調(diào)制器42的輸出分別連接第四3dB耦合器的第一端 口 241和第四3dB耦合器的第二端口 242，產(chǎn)生光載上邊帶調(diào)制信號(hào)。第二光電調(diào)制器41
5的輸出與第四光電調(diào)制器43的輸出分別連接第五3dB耦合器的第一端口 251和第五3dB 耦合器的第二端口 252，產(chǎn)生光載下邊帶調(diào)制信號(hào)。其中上邊帶調(diào)制信號(hào)輸入到第六3dB耦 合器的第一端口 261，下邊帶調(diào)制信號(hào)輸入到第六3dB耦合器的第二端口 262。耦合后經(jīng)過(guò) 過(guò)光纖布拉格光柵70濾除掉載波后，剩余的上下邊帶在光電探測(cè)器80上差頻產(chǎn)生毫米波 信號(hào)，通過(guò)發(fā)射天線90發(fā)射。正弦波信號(hào)發(fā)生器30發(fā)出信號(hào)的頻率決定了產(chǎn)生的毫米波信號(hào)頻率，可以通過(guò) 調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)發(fā)生器30的輸出頻率得到頻率為IGHz 60GHz的毫米波信號(hào)。如當(dāng)正弦波信號(hào)發(fā)生器30發(fā)出信號(hào)的頻率為0. 5GHz的時(shí)候，經(jīng)過(guò)差頻產(chǎn)生的毫 米波信號(hào)頻率為IGHz。如當(dāng)正弦波信號(hào)發(fā)生器30發(fā)出信號(hào)的頻率為15GHz的時(shí)候，經(jīng)過(guò)差頻產(chǎn)生的毫 米波信號(hào)頻率為30GHz。如當(dāng)正弦波信號(hào)發(fā)生器30發(fā)出信號(hào)的頻率為30GHz的時(shí)候，經(jīng)過(guò)差頻產(chǎn)生的毫 米波信號(hào)頻率為60GHz。一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器的工作原理如下根據(jù)相移法的生成SSB信號(hào)通式= (1)其中(Oci為載波頻率，f(t)為調(diào)制信號(hào)，}"( )為調(diào)制信號(hào)的希爾伯特變換。而正
弦信號(hào)的希爾伯特變換為負(fù)余弦信號(hào)，所以利用簡(jiǎn)單的相移器就可以實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)的希爾 伯特變換。(1)式中的+表示產(chǎn)生的為下邊帶信號(hào)，-號(hào)表示為產(chǎn)生的為上邊帶信號(hào)。激光器10發(fā)射出的光為光載波，為普通的余弦信號(hào)。經(jīng)過(guò)第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x 50和第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x51不同的相移，分別轉(zhuǎn)換為正弦信號(hào)和負(fù)正弦信號(hào)。根據(jù)(1) 式，圖示的一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器中，經(jīng)過(guò)第四3dB耦合器的第 三端口 243和第五3dB耦合器的第三端口 253輸出的單邊帶信號(hào)分別為上邊帶調(diào)制信號(hào)與 下邊帶調(diào)制信號(hào)。上邊帶調(diào)制信號(hào)與下邊帶調(diào)制信號(hào)分別傳輸至發(fā)射端，避免了雙邊帶調(diào) 制信號(hào)的周期衰減。在發(fā)射端上邊帶調(diào)制信號(hào)輸入到第六3dB耦合器的第一端口 261，下邊 帶調(diào)制信號(hào)輸入到第六3dB耦合器的第二端口 262。經(jīng)過(guò)耦合后，通過(guò)光纖布拉格光柵70 濾除掉載波，只由兩個(gè)邊帶信號(hào)差頻產(chǎn)生毫米波信號(hào)，避免了無(wú)用頻率的產(chǎn)生，最后通過(guò)發(fā) 射天線90發(fā)射。本發(fā)明所使用的器件均為市售器件。
權(quán)利要求
一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器，該毫米波發(fā)生器包括激光器、耦合器、光電調(diào)制器、光電調(diào)制器、光纖布拉格光柵、光電探測(cè)器；其特征在于激光器(10)的輸出端連接第一3dB耦合器的第一端口(211)，第一3dB耦合器的第二端(212)連接第二3dB耦合器的第一端口(221)，第一3dB耦合器的第三端口(213)連接第三3dB耦合器的第一端口(231)；第二3dB耦合器的第二端口(222)連接第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x(50)的一端，第二3dB耦合器的第三端口(223)連接第一光電調(diào)制器(40)的光輸入端；第三3dB耦合器的第二端口(232)連接第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x(51)的一端，第三3dB耦合器的第三端口(233)連接第二光電調(diào)制器(41)的光輸入端；第一馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x(50)的另一端連接第三光電調(diào)制器(42)的光輸入端；第二馬赫曾德?tīng)柛缮鎯x(51)的另一端連接第四光電調(diào)制器(43)的光輸入端；正弦波信號(hào)發(fā)生器(30)的輸出分別連接第一光電調(diào)制器(40)的電輸入端、第二光電調(diào)制器(41)的電輸入端和相移器(60)的輸入端；相移器(60)的輸出端分別連接第三光電調(diào)制器(42)的電輸入端和第四光電調(diào)制器(43)的電輸入端；第一光電調(diào)制器(40)的輸出端連接第四3dB耦合器的第一端口(241)，第三光電調(diào)制器(42)的輸出端連接第四3dB耦合器的第二端口(242)；第二光電調(diào)制器(41)的輸出端連接第五3dB耦合器的第一端口(251)，第四光電調(diào)制器(43)的輸出端連接第五3dB耦合器的第二端口(252)；第四3dB耦合器的第三端口(243)連接第六3dB耦合器的第一端口(261)，第五3dB耦合器的第三端口(253)連接第六3dB耦合器的第二端口(262)；第六3dB耦合器的第三端口(263)連接光纖布拉格光柵(70)的一端，光纖布拉格光柵(70)的另一端連接光電探測(cè)器(80)的輸入端，光電探測(cè)器(80)的輸出端連接發(fā)射天線(90)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器，其特征 在于，所使用光纖布拉格光柵(70)的中心波長(zhǎng)等于激光器發(fā)射的光波的波長(zhǎng)，即光載波的 波長(zhǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器，其特 征在于，調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)發(fā)生器(30)的輸出頻率，該毫米波發(fā)生器產(chǎn)生的頻率為IGHz 60GHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種基于相移法產(chǎn)生光載SSB調(diào)制的毫米波發(fā)生器，涉及微波光子和光纖通信等領(lǐng)域。該發(fā)生裝置包括激光器(10)，3dB耦合器，正弦波信號(hào)發(fā)生器(30)，光電強(qiáng)度調(diào)制器(40、41、42、43)，馬赫-曾德?tīng)柛缮嫫?50、51)，相移器(60)，光纖布拉格光柵(70)，光電探測(cè)器(80)，發(fā)射天線(90)。為了解決普通單邊帶調(diào)制(SSB)會(huì)產(chǎn)生多于頻率分量的問(wèn)題，此發(fā)生器應(yīng)用相移法分別產(chǎn)生上下邊帶信號(hào)，并且兩者獨(dú)立傳輸，在發(fā)射端進(jìn)行耦合并利用光纖布拉格光柵(70)濾除載波，利用兩個(gè)功率相等的邊帶差頻產(chǎn)生毫米波，保證了頻率純度及穩(wěn)定性。不使用濾波器也使得此發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更利于應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04B10/155GK101951295SQ201010276789
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者寧提綱, 李卓軒, 祁春慧, 裴麗, 趙瑞峰, 高嵩 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)