微波和毫米波信號光學(xué)產(chǎn)生及傳輸技術(shù)研究.pdf

1、自20世紀(jì)70年代以來，光電子學(xué)和光纖通信技術(shù)的迅速崛起和微波技術(shù)的發(fā)展，使得原本各自獨立的兩門學(xué)科越來越緊密的結(jié)合起來。近年來，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，其對信息傳輸速率的要求也越來越高，現(xiàn)有的頻段已經(jīng)不能滿足日益增長的傳輸速率的要求。微波毫米波頻段擁有上百GHz的頻譜，但是由于傳輸損耗極高難以長距離傳輸，而高頻、低相位噪聲、頻率可調(diào)的微波毫米波信號在電域產(chǎn)生成本很高或者難以產(chǎn)生。因此，光學(xué)生成高頻率、低相位噪聲、頻率可調(diào)的微波和毫

2、米波信號以及微波和毫米波信號的光纖傳輸技術(shù)因為其獨特的優(yōu)勢受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本論文著重于研究基于微波光子學(xué)的微波和毫米波信號光學(xué)產(chǎn)生及傳輸技術(shù)。論文首先簡單的介紹了微波光子學(xué)的基本概念、發(fā)展和主要研究熱點，然后介紹了光外調(diào)制、光電振蕩器和光纖色散等微波光子學(xué)的相關(guān)基本理論知識，并分別就微波毫米波信號的光學(xué)產(chǎn)生和微波毫米波信號的光學(xué)傳輸展開了理論、仿真和實驗研究，取得了如下研究成果：
　　1.提出并仿真研究了三種基于馬赫曾

3、德爾調(diào)制器（MZM）的微波毫米波信號倍頻產(chǎn)生方法。相對于單個MZM可以到達的倍頻因子二（如果使用光濾波器可以達到四），通過級聯(lián)MZM結(jié)構(gòu)、并聯(lián)MZM結(jié)構(gòu)或者新型的三臂MZM結(jié)構(gòu)，可以顯著的提高倍頻因子（最高達到十八）且不需要光濾波器濾波。這樣，可以利用低頻的微波毫米波本振信號產(chǎn)生高頻的微波毫米波信號，從而顯著降低系統(tǒng)成本。利用光外調(diào)制器生成微波毫米波信號的優(yōu)點還包括頻率調(diào)諧方便，只需要改變輸入信號的頻率就能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的調(diào)諧。
　　

4、2.提出并實驗研究了一種基于光電振蕩器（OEO）的微波毫米波信號產(chǎn)生方法。通過該方法，不需要光學(xué)濾波即可以實現(xiàn)低相位噪聲的微波毫米波信號的生成，且倍頻因子通過改變調(diào)制指數(shù)和調(diào)制器的偏置點可調(diào)（四、六、八倍于 OEO環(huán)路內(nèi)諧振信號的頻率）。這是據(jù)我們所知，通過 OEO實現(xiàn)微波毫米波信號生成達到的最大倍頻因子，之前的結(jié)果在使用光濾波器的條件下可以達到的倍頻因子為四。通過OEO產(chǎn)生微波毫米波信號的優(yōu)勢在于不需要微波源，且其相位噪聲性能決定于O

5、EO環(huán)路的Q因子，可以通過提高OEO環(huán)路的長度提高生成信號的相位噪聲性能。
　　3.提出并實驗研究了兩種微波相位編碼信號光學(xué)生成方法。基于偏振調(diào)制器（PolM）的頻率可調(diào)的微波二進制相位編碼信號的生成方法結(jié)構(gòu)簡單，主要的器件是一個PolM，通過改變PolM的偏置點，可以實現(xiàn)基頻和二倍頻的二進制微波相位編碼信號的生成。該系統(tǒng)相比已報到的相關(guān)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)十分簡單，頻率可調(diào)范圍很大，且可以生成二倍頻的信號，進一步提高了系統(tǒng)的工作頻率范圍。

6、基于雙平行馬赫曾德爾調(diào)制器（DP-MZM）的頻率可調(diào)的微波相位編碼信號生成方法利用DP-MZM的波長轉(zhuǎn)換功能，生成兩個間隔為輸入微波信號頻率的光波長。輸入光波長被編碼信號調(diào)制后與經(jīng)DP-MZM波長轉(zhuǎn)換后的光波長耦合，通過拍頻即可以生成二進制或四進制微波相位編碼信號，該系統(tǒng)具有良好的可重構(gòu)性，且頻率可調(diào)范圍大，主要受到DP-MZM帶寬的限制。
　　4.提出并仿真研究了兩種基于MZM結(jié)構(gòu)的ROF系統(tǒng)，實現(xiàn)了微波毫米波信號的調(diào)制與光纖傳

7、輸。第一個系統(tǒng)是基于三臂MZM的結(jié)構(gòu)，通過在第三臂引入一個直流偏壓來實現(xiàn)對光纖色散效應(yīng)的補償，從而克服了光纖色散對信號傳輸?shù)挠绊?；第二個系統(tǒng)是基于級聯(lián)MZM結(jié)構(gòu)的全雙工ROF鏈路，下行鏈路實現(xiàn)了信號的十二倍頻，同時傳輸了未調(diào)制的光載波作為上行鏈路的載波信號，這樣不僅降低了對信號源的頻率要求，同時上行鏈路不需要額外光源，這都顯著降低了系統(tǒng)的成本。
　　5.提出并實驗研究了一種基于 DP-MZM和相干接收的矢量信號調(diào)制及傳輸方法。針對