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基于双平行马赫曾德尔调制器光子倍频毫米波生成及矢量毫米波信号链路的研究

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基于双平行马赫曾德尔调制器光子倍频毫米波生成及矢量毫米波信号...

作者：张敬北京交通大学

学位级别：硕士

随着信息社会的不断发展,海量数据的长距离传输和宽带接入需求日益突显成为人们密切关注的重点,ROF技术应运而生。近年来,高速、大容量、长距离传输成为ROF技术追求的目标,其中光子倍频毫米波信号的产生、传输及解调是ROF技术中的关键... 详细信息

随着信息社会的不断发展,海量数据的长距离传输和宽带接入需求日益突显成为人们密切关注的重点,ROF技术应运而生。近年来,高速、大容量、长距离传输成为ROF技术追求的目标,其中光子倍频毫米波信号的产生、传输及解调是ROF技术中的关键技术。如何进一步实现光子毫米波信号的产生和光纤的长距离传输以及基站的有效接收解调,成为ROF技术中重要的发展方向。本论文中,首先综合概述ROF技术的产生背景、技术特点、国内外的研究现状。分析了ROF技术中毫米波信号的几种光学产生方法,着重介绍了外调制方案,外调制器的光子毫米波生成技术具有频率调谐范围大、结构简单、稳定性强和灵活性高等优点,被认为是实现高频宽带可调毫米波信号产生的有效解决方法。比较外调制方案中的双边带调制DSB、单边带调制SSB和中心载波抑制调制OCS三种调制方式的频谱结构。然后,在第三章中首次对基于一种双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM, Dual-parallel Mach-Zehnder modulator)的光子倍频毫米波生成技术进行系统的理论分析,并给出实现四倍频、六倍频、八倍频毫米波产生的参数条件,并讨论了DPMZM消光比和调制深度对光子倍频毫米波生成的影响。最后,在第四章中提出了一种不需要利用电相移器和光滤波器的新型四倍频毫米波产生方案,并讨论了DPMZM消光比和调制深度对光子倍频毫米波生成的影响。进一步分析了四倍频毫米波矢量信号传输链路的性能。我们利用商用化的Optisystem仿真软件对ROF传输链路进行搭建,对仿真结果中的眼图、星座图及EVM作了讨论分析并进行参数优化,并得出了相应的结论。

关键词：光纤光学双平行马赫曾德尔调制器正交振幅调制倍频光子毫米波生成

基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子混频技术研究

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基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子混频技术研究

作者：李冰玉北京邮电大学

学位级别：硕士

传统的混频技术具有带宽受限、易受电磁干扰等缺点,不能顺应无线频率向更高扩展的趋势。微波光子技术在近些年来备受关注,它具有带宽高、通信容量大、安全性好和损耗低等优势。将微波光子技术引入混频系统能够克服传统混频技术中的瓶颈... 详细信息

传统的混频技术具有带宽受限、易受电磁干扰等缺点,不能顺应无线频率向更高扩展的趋势。微波光子技术在近些年来备受关注,它具有带宽高、通信容量大、安全性好和损耗低等优势。将微波光子技术引入混频系统能够克服传统混频技术中的瓶颈问题,并能实现更高的本振射频隔离度、更好的抗电磁干扰效果等。然而随着应用数量的不断增加、要求性能的不断提高,对多功能、高性能的微波光子混频系统的研究成为一大热点。本文通过将倍频技术和色度色散补偿技术引入到微波光子混频系统中,提出了能够在降低对本振频率和硬件要求的情况下,补偿远距离传输链路中由于色度色散导致的输出信号功率的周期性衰落的方案。本方案基于双平行马赫曾德尔调制器,通过合理地调节调制器的偏置电压为本振边带和射频边带引入适当的相移从而实现上述功能。本文对传统方案和提出方案进行了对比分析,并辅以公式推导,通过对传统方案与提出方案进行对比仿真和多组对比实验,验证了设计方案的有效性和可靠性。实验结果显示:一、在功率衰落的最大点处,提出方案的系统增益比传统方案的提高了 40dB以上,无杂散动态范围提高了 20 dB以上。二、当传输距离为80公里以内时,保持一定的本振信号和射频信号频率不变,随着传输距离的增加,补偿效果也随之增大。本文还针对微波光子一体化射频收发前端系统进行了研究,通过分析传统方案的性能和调研现代应用对一体化收发系统的要求,提出用双平行马赫曾德尔调制器代替传统方案中的马赫曾德尔调制器和相位调制器的方案。通过对设计系统进行仿真验证了系统的可靠性,仿真结果表明系统的本振射频隔离度和杂散抑制度都超过了 40 dB。

关键词：微波光子双平行马赫曾德尔调制器混频

基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子变频技术研究

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基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子变频技术研究

作者：亢洋北京邮电大学

学位级别：硕士

传统微波混频技术受带宽、电磁干扰等“电子瓶颈”的束缚,难以满足一体化电子系统高频宽带化、多功能一体化的发展需求。微波光子变频技术由于具有带宽大、损耗低、隔离度高、抗电磁干扰能力强等优点,成为射频前端系统的重要技术手段,... 详细信息

传统微波混频技术受带宽、电磁干扰等“电子瓶颈”的束缚,难以满足一体化电子系统高频宽带化、多功能一体化的发展需求。微波光子变频技术由于具有带宽大、损耗低、隔离度高、抗电磁干扰能力强等优点,成为射频前端系统的重要技术手段,倍受各国研究人员的关注。但目前微波光子变频方案普遍存在着功能单一、增益稳定性差、信噪比低等技术问题,难以满足通信系统收发功能一体化、变频效率高的发展趋势。针对这些问题,论文利用双平行马赫曾德尔调制器的调制特性,对微波光子变频系统的变频功能、增益平坦度、非期望信号的抑制比等几个方面展开研究,工作成果如下:1、本文设计实现了一种基于并联双平行马赫曾德尔调制器结构的宽带微波光子变频系统。通过将双平行马赫曾德尔调制器与可调谐光滤波器联合使用,并合理设置调制器的偏置电压,可以对2～30GHz频率内的微波信号进行高边带抑制比的抑制载波单边带调制,实现上、下变频功能,解决了传统微波光子变频系统功能单一的问题。且在整个工作带宽内杂散信号的抑制比可以达到50dB以上。2、本文设计实现了一套宽带通用微波光子变频系统原理样机,能够对不同频段的信号进行变频处理,实现收发功能的一体化。作为接收端,系统可以实现将8～40GHz频段的信号下变频至2～6GHz频段,并且镜像抑制比大于27dB;作为发射端,系统可以将2～6GHz频段信号上变频至10～40GHz频段,且有着43dB以上的射频与本振的隔离度。系统对非期望信号的抑制比大于50dB,与其他微波光子变频方案相比提高了 20dB以上。在整个工作频段内系统的增益平坦度小于10dB,比传统变频方案提高了 10dB以上。

关键词：微波光子变频双平行马赫曾德尔调制器收发一体化变频性能

基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子变频方法研究

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基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子变频方法研究

作者：李虹历北京工业大学

学位级别：硕士

微波光子学是微波技术和光纤技术相结合的一门新兴学科。随着无线通信、卫星通信、雷达探测等应用对频带需求的增加,低频的微波频带资源已经不能满足实际需求,迫使人们开始关注频率更高的K波段和Ka波段。受到探测器带宽的限制,在接收端... 详细信息

微波光子学是微波技术和光纤技术相结合的一门新兴学科。随着无线通信、卫星通信、雷达探测等应用对频带需求的增加,低频的微波频带资源已经不能满足实际需求,迫使人们开始关注频率更高的K波段和Ka波段。受到探测器带宽的限制,在接收端处理如此高频率的微波信号是一大难题。微波光子下变频链路将接收到的高频微波信号下变频到频率较低的中频信号,解决了高频信号处理的难题。由于在电子战、雷达等应用中需要的微波频段节节攀升,使得在发射端需要将低频微波信号转换为高频的微波信号进行发射。微波光子倍频技术是用射频信号驱动调制器产生光载波信号,通过光纤传输后,经过光电转换,生成倍频信号,最终通过天线发射。本文主要对微波信号的下变频和倍频两种变频方法展开理论推导和实验分析,主要工作如下:1、研究了基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子倍频方法,产生四倍频的高纯度射频信号。理论分析和仿真了四倍频系统的原理和性能参数,在此基础上搭建了基于双平行马赫曾德尔调制器的四倍频链路,控制三个直流偏置电压使双平行马赫曾德尔调制器工作在抑制载波的偶次边带调制模式,并对链路进行了性能的测试。利用6GHz的射频信号驱动双平行马赫曾德尔调制器的上臂,实验结果表明该链路获得了24GHz的四倍频信号,四倍频链路的光载波抑制比为34.56dB;射频功率为26dBm时,链路的射频边带抑制比为-5.06dBm。为了进一步提高链路的射频边带抑制比,搭建了基于双平行马赫曾德尔调制器和滤波器的微波光子四倍频链路,实验结果表明射频功率为26dBm时射频边带抑制比达到34.77dB,比未使用滤波器的四倍频链路提高了39.83dB。2、提出了基于双平行马赫曾德尔调制器的微波光子下变频方法。通过理论推导和数值仿真分析了系统的增益和无杂散动态范围,实验搭建了基于双平行马赫曾德尔调制的下变频链路,控制直流偏置电压使双平行马赫曾德尔调制器工作在高载波抑制的双边带调制模式,并对链路进行了性能测试,实验结果表明该下变频链路的增益为7.43dB,无杂散动态范围达到了110.85dB/Hz,工作频段可覆盖5GHz到18GHz的宽频范围。与传统的级联强度调制链路进行了对比,增益提高了25.72dB,无杂散动态范围提高了22.10dB。基于双平行马赫曾德尔调制器的下变频方法可优化设计输出频谱,系统结构简单、易于实现,为微波光子下变频链路提供了有效的解决方案。

关键词：微波光子学双平行马赫曾德尔调制器下变频四倍频

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基于循环移频的级联式光频梳生成方法

工业控制计算机 2024年第3期37卷 106-107,109页

作者：沈先敏曹一安上海大学特种光纤与光接入网国家重点实验室上海200444

平坦光频梳可以用于精密测控系统,基于双平行马赫曾德尔调制器与循环移频方式,设计了一种级联式平坦光频梳生成系统。该系统采用两级结构,第一级利用相位调制器产生两个具有一定频率间隔的相干光载波,作为第二级循环移频环路的两个输入... 详细信息

平坦光频梳可以用于精密测控系统,基于双平行马赫曾德尔调制器与循环移频方式,设计了一种级联式平坦光频梳生成系统。该系统采用两级结构,第一级利用相位调制器产生两个具有一定频率间隔的相干光载波,作为第二级循环移频环路的两个输入种子光,每个种子光在环路中通过循环移频的方式生成一个子光梳,两个子光梳再级联成一个带宽更大的光频梳。建立了系统的理论分析模型,并用VPI软件进行了系统仿真,利用该方案可以生成104线频率间隔为12.5 GHz,平坦度为1.31 d B的光频梳。仿真结果与理论分析相符。

关键词：循环移频平坦光频梳双平行马赫曾德尔调制器级联

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用于光载毫米波系统的铌酸锂调制器的研制

北京理工大学学报 2011年第10期31卷 1223-1226页

作者：吕敏华勇沈世奎孙雨南北京理工大学光电学院北京100081 中央民族大学理学院北京100081

为了满足光载微波毫米波系统对宽带毫米波调制器的要求,设计和制作了双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM).采用特殊电极结构,选择性腐蚀掉除火线电极下其余大部分SiO2缓冲层,有效抑制了调制器的热漂移和直流漂移.制作的DPMZM样品特征阻抗为35... 详细信息

为了满足光载微波毫米波系统对宽带毫米波调制器的要求,设计和制作了双平行马赫曾德尔调制器(DPMZM).采用特殊电极结构,选择性腐蚀掉除火线电极下其余大部分SiO2缓冲层,有效抑制了调制器的热漂移和直流漂移.制作的DPMZM样品特征阻抗为35Ω,插入损耗为7.2dB,消光比为26dB,单、双臂半波电压分别为3.0V和1.5V,调制带宽为20GHz.除带宽指标外,总体性能与国际上高端产品相同或略优.目前尚未见铌酸锂DPMZM器件国内制作的报道.

关键词：集成光学光载微波铌酸锂光波导双平行马赫曾德尔调制器

基于马赫曾德尔调制器的多倍频光载毫米波产生和传输特性研究

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基于马赫曾德尔调制器的多倍频光载毫米波产生和传输特性研究

作者：李倩西南交通大学

学位级别：硕士

在ROF(Radio Over Fiber)系统中,光纤色散对系统性能的影响至关重要。为了提高ROF系统抗色散性能,常用方法是传输SSB或OCS光毫米波信号,因此本文研究了基于双平行MZM(DPMZM)f(?)级联MZM产生这两种信号的调制方法。在这两种结构调制下,... 详细信息

在ROF(Radio Over Fiber)系统中,光纤色散对系统性能的影响至关重要。为了提高ROF系统抗色散性能,常用方法是传输SSB或OCS光毫米波信号,因此本文研究了基于双平行MZM(DPMZM)f(?)级联MZM产生这两种信号的调制方法。在这两种结构调制下,不仅能够实现SSB或OCS调制,而且能产生多倍频毫米波信号,因此能同时提高ROF系统的频谱效率和传输性能。基于DPMZM,以SSB调制方式产生二倍频毫米波信号,同时以OCS调制方式产生四倍频毫米波信号。在这两种调制方式下分别加载30GHz和15GHz的RF信号,产生的毫米波信号频率均为60GHz。将产生的光信号通过光纤进行传输,在OCS调制方式下,一个光边带携带基带信号,而另一个光边带用于携带上行链路数据,实现全双工系统。仿真分析在传输不同光纤长度下的眼图和误码率曲线,仿真结果显示：以SSB调制方式产生的光信号具备较好的传输性能;以OCS调制方式产生的光信号虽然克服了色散引起的功率周期性衰减效应,但是色散引起的比特走离效应对其传输性能影响较大。分析表明利用单个光边带携带数据信号能降低色散的影响,提高系统的传输性能,并且采用多倍频技术和全双工结构,能降低系统成本。利用级联MZM,在OCS调制方式下,产生的光信号频谱纯净(只包含±4阶光边带),因此理论上不存在色散导致的功率周期性衰减效应。同时,基带信号只调制在其中一个光边带上,另一个光边带进行重复利用,携带上行链路数据信号。仿真中,利用10GHz的RF信号,产生了80GHz的毫米波信号,并分析了上下行链路信号传输不同长度光纤时的眼图和误码率曲线,结果表明：产生的光信号可同时克服色散导致的功率周期性衰减效应和比特走离效应,具有较好的传输性能,适用于长距离传输。

关键词：光载无线通信双平行马赫曾德尔调制器级联马赫曾德尔调制器光纤色散全双工系统

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电光调制器偏置电压自动控制技术研究及实现

电光调制器偏置电压自动控制技术研究及实现

作者：范玉虎西安电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,随着通信技术的不断发展,传统微波技术逐渐显露出频谱资源受限、损耗较大等问题,而微波光子技术由于其大带宽、低损耗、低时延等优势受到关注并逐渐成为研究热点。而电光调制器是模拟光链路中的关键器件,其性能以及工作状态的稳... 详细信息

近年来,随着通信技术的不断发展,传统微波技术逐渐显露出频谱资源受限、损耗较大等问题,而微波光子技术由于其大带宽、低损耗、低时延等优势受到关注并逐渐成为研究热点。而电光调制器是模拟光链路中的关键器件,其性能以及工作状态的稳定尤为重要,由于其制作材料的原因,其传输曲线会随着外界温度、机械振动等原因产生漂移,从而严重影响系统性能,偏压控制技术的作用就是稳定调制器的工作状态,本文主要针对双平行马赫曾德尔调制器提出了三种偏压控制方案并仿真验证,对于马赫曾德尔调制器直流检测法和导频信号法进行硬件设计与实现,主要工作内容如下:1.介绍了模拟光链路中的关键器件电光调制器的物理特性及常用的调制器,对其常用调制方式进行理论推导和仿真分析。介绍了马赫曾德尔调制器的两种常用的偏压控制方案,直流检测法和导频信号法,对两方案进行仿真并分析不同干扰对方案的影响,对比两方案的优缺点。2.介绍了使用双平行马赫曾德尔调制器任意点进行线性优化的方案,对于双平行马赫曾德尔调制器特殊点的控制提出了结构简单且检测方便的直流检测法;对于直流检测法在某些点不能进行动态控制的缺陷,提出了双导频法进行补偿;之后针对双平行马赫曾德尔调制器任意点的控制提出了双导频间歇控制法,该方案比已有的三导频法对于光载波的影响更小,对上述三种方案都进行了理论推导和仿真分析,验证方案的可行性,并对各方案的优缺点进行说明。3.对马赫曾德尔调制器直流检测法进行硬件实现,提出了直流检测法系统框图,并对链路中各模块电路进行理论分析、仿真设计、硬件实现以及性能分析,包括芯片的选型、电路仿真、电路板绘制等,具体模块有光电检测模块、IV放大模块、电压耦合模块和低通滤波模块。对于控制器相关的数模转换、模数转换模块,详细阐述了模块和接口的配置,之后讲述了控制算法与信号处理算法,包括变步长快速搜索算法和中值滤波算法,对算法进行实现并联合直流检测法链路进行性能测试,最后对于直流检测法进行系统实验并分析其性能,计算该系统精度,总结其不足与可改善之处。4.提出马赫曾德尔调制器导频信号法系统框图,此系统中的大部分模块与直流检测法通用,补充所需的锁相放大模块和倍频模块,对其进行理论推导和仿真分析。

关键词：微波光子电光调制器双平行马赫曾德尔调制器偏压控制

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基于强度调制器的微波光子倍频系统技术研究

基于强度调制器的微波光子倍频系统技术研究

作者：张伟婷电子科技大学

学位级别：硕士

宽带的线性调频信号及扫频信号在雷达、通信等领域应用广泛,尤其在雷达应用方面,其带宽越宽则在测速、测距、成像等应用方面都能更好的提高精度及分辨率。目前,电学方法产生线性调频信号主要是通过DDS(Direct Digital Frequency Synthes... 详细信息

宽带的线性调频信号及扫频信号在雷达、通信等领域应用广泛,尤其在雷达应用方面,其带宽越宽则在测速、测距、成像等应用方面都能更好的提高精度及分辨率。目前,电学方法产生线性调频信号主要是通过DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)技术。该方法由于器件及采样频率的限制,其输出信号的带宽则具有一定的局限性。微波光子技术则具有大带宽、高稳定度、抗电磁干扰等优势,其中光外调制技术更是系统结构简单,体积小,并且可产生高质量微波信号。本文首先介绍了光外调制技术的研究背景及发展现状,并对常用的调制器原理做了简要介绍,然后对几种外调制倍频系统进行了实验及分析,提出了对应的工作点控制方案,并在倍频系统的基础上提出新的方案,主要工作内容如下:1.基于双平行马赫增德尔调制器(DPMZM)分别进行了四倍频实验、八倍频实验以及十六倍频实验,并分别对实验中的影响因素进行了分析。首先通过单臂调制实现四倍频,分析可得要达到35dB的谐波抑制比,其有效调制深度为0.6488。实验中我们得到了至少20dB的谐波抑制比的扫频信号,其相位噪声恶化满足理论值12dB,对四倍频信号功率经过1小时观察测量发现,四倍频系统输出信号的功率跳动在0.2dB之内,并通过该系统产生了调频带宽为1GHz的线性调频信号。由于单臂调制四倍频工作点难以控制,因此进行了双臂四倍频实验,分别对90°电桥、器件的射频端的半波电压进行了测量,分析了扫频过程中二倍频信号抑制不完全的原因。为了验证两级系统的可行性,实验验证了4×2的八倍频系统,对1.12GHz的低频信号倍频产生了8.96GHz信号,其输出信号的杂散抑制比为25.42 dB。最后通过对4×4的十六倍频系统对0.79GHz的信号倍频产生12.64GHz信号,但由于谐波抑制不完全,倍频的频段中有重频部分,该方案难以产生通过250-750MHz倍频至4-12GHz的扫频信号。同时还基于倍频系统提出了控制DPMZM工作点的方法,并进行了具体的理论推导。2.考虑到基于DPMZM的倍频系统的不足提出了新的系统方案,该方案基于两个强度调制器实现对扫频系统的带宽进行倍频,其输出信号频率任意可调,由于光滤波器的引进,很好的避免了线性调频信号在倍频过程中会产生交叠的情况。通过理论公式的推导,以及optisystem仿真软件对该系统进行点频及扫频信号的仿真验证,最后实验得到了纯净的3GHz信号。

关键词：强度调制器双平行马赫曾德尔调制器倍频线性调频