新型同軸光纖射頻天線的研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展、蜂窩電話系統(tǒng)的大范圍普及以及個人手持通信設(shè)備市場的持續(xù)增長，超寬帶無線接入技術(shù)已成為無線通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。微波光子接收技術(shù)采用微波光子學(xué)手段接收微波信號，可滿足帶寬和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)男枨螅谕苫?、小型化和高效低耗方向發(fā)展。目前商用的微波光子器件都是分立的，如何把光調(diào)制器和微波接收機(jī)集成在一起，同時提高微波信號的調(diào)制靈敏度，是微波光子接收領(lǐng)域的一個重要研究方向。
　　本論文探索一種新穎的光纖射頻接收天線，采

2、用同軸結(jié)構(gòu)，將光纖波導(dǎo)、表面等離子體波導(dǎo)和射頻波導(dǎo)巧妙地結(jié)合起來?；诒砻娴入x激元將天線接收的射頻信號高效地調(diào)制到光波，從而實(shí)現(xiàn)射頻信號的光子接收和遠(yuǎn)距離傳送。其基本結(jié)構(gòu):在標(biāo)準(zhǔn)單模光纖（SMF-28）表面涂覆10～60nm厚的金屬膜，外面再涂覆電光聚合物和金屬層，構(gòu)成一個多層同軸結(jié)構(gòu)。在光纖中寫入長周期光纖光柵，增強(qiáng)纖芯模耦合到包層模，當(dāng)包層模與金屬膜外部的表面等離子激元(SurfacePlasmon Polaritons，SPPs)

3、模式相位匹配時，實(shí)現(xiàn)光纖激發(fā)SPPs，而內(nèi)外金屬層構(gòu)成同軸線，構(gòu)成同軸光纖天線，可以傳輸主模準(zhǔn)TEM模式。內(nèi)外金屬層中的射頻信號對電光聚合物的折射率產(chǎn)生影響，繼而影響到與SPPs模式耦合的包層模，最終改變光纖的纖芯透射譜，完成電光調(diào)制的過程。
　　論文從理論分析和數(shù)值仿真兩個方面對同軸光纖射頻天線進(jìn)行了研究。首先分析了基于長周期光纖光柵的光纖SPPs的激發(fā)，探究了外部環(huán)境折射率的變化對光纖光柵透射譜的影響，并進(jìn)行了仿真計(jì)算;然后分

4、析了多層同軸結(jié)構(gòu)射頻波導(dǎo)的傳輸特性，對該射頻波導(dǎo)在超寬頻帶范圍內(nèi)的主模及高次模進(jìn)行模式分析計(jì)算，提出射頻波導(dǎo)主模傳輸?shù)臈l件;最后，綜合同軸光纖射頻天線結(jié)構(gòu)在光域和電域的電磁性能，優(yōu)化新型同軸光纖射頻天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過接收天線功率、電光聚合物的電光特性以及光纖光柵透射譜三者之間的關(guān)系，分析光纖射頻接收天線的電光調(diào)制特性。
　　論文通過仿真計(jì)算，驗(yàn)證了這種新穎同軸光纖射頻接收天線的可行性。與傳統(tǒng)的基于LiNbO3晶體的調(diào)制器進(jìn)行了比