專利名稱：一種基于相移法產生光載ssb調制的毫米波發生器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖無線通信、微波光子技術和頻率上轉換技術，適用于光纖-無線 通信系統技術、微波光子、光纖通信以及雷達等領域。
背景技術：
移動通信在經過第一代模擬制式手機(IG)和第二代GSM、TDMA等數字手機(2G) 的發展后，現在正向著寬帶寬、高速接入的第三代移動通信技術(3G)或具有多媒體無線傳 輸的第四代移動通信技術(4G)發展。然而，當前的無線通信系統中，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展。但是，毫米波的頻率較高，比較容易受大氣環境的影 響，不能實現長距離的傳輸。基于光纖通信技術的低損耗、不受電磁干擾和海量傳輸的特 點，利用光纖代替大氣作為傳輸媒質來傳輸毫米波信號，將使目前的移動通信系統達到更 高的傳輸容量，同時實現超長距離的傳輸。因此，將光纖通信技術融合到無線通信網中就構 成了光纖毫米波系統，即ROF(Radio over Fiber)系統。ROF系統其實就是利用光纖代替大氣作為傳輸媒質來傳輸信號(如基帶、中頻或 射頻信號)的一種光纖通信與無線通信相結合的傳輸系統。在ROF系統中，用光纖通信代 替傳統無線通信中從中心站(CS，Central Station)到基站(BS，BaseStation)的一段微 波傳輸，中心站通過光纖與多個功能簡單的基站相連。調制解調、編解碼、路由等功能在中 心站完成，基站的主要功能是實現光信號和微波信號的轉換。在中心站，基帶電信號經過電 調制器調制到毫米波發生器產生的毫米波上，再送入光調制器，將該復合電信號調制到從 毫米波發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。毫米波發生技術是ROF技術的關鍵技術，在目前已有的毫米波發生技術中，光外差法以 其優異的性能成為被人們認為是最成熟的方法。所謂光外差法就是在光纖中傳輸兩個頻率不同的光載波，在發射端由這兩個 光載波進行差頻，產生毫米波。光外差法中最為簡單的調制方式是利用外部調制器進 行雙邊帶(Double-sideband =DSB)調制，然后利用邊帶與載波進行差頻產生毫米波， 但是利用這種方法生成的毫米波會隨傳輸距離而產生周期性的衰減。如果采用單邊帶 (Single-sideband =SSB)調制會避免這種衰減的產生。但是單純的使用SSB調制會產生一 個邊帶和一個載波，在傳輸到發射端時只能由邊帶跟載波進行差頻產生毫米波，由于載波 跟邊帶的功率相差太大，會在產生目標頻率的毫米波時產生其他不必要的頻率分量，濾除 這些不必要的頻率分量對濾波器的性能要求很高嗎，無疑增加了毫米波發生器的復雜性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服SSB調制技術存在的問題，提供一種基于相 移法產生光載SSB調制的毫米波發生器。本發明為解決其技術問題所采用的技術方案
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提供一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器，該發生器包括激光器， 3dB耦合器，正弦波信號發生器，光電強度調制器，馬赫_曾德爾干涉器，相移器，光纖布拉 格光柵(FBG)，光電探測器，發射天線組成。構成該毫米波發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爾干涉儀的一端，第二 3dB耦合器 的第三端口連接第一光電調制器的光輸入端。第三3dB耦合器的第二端口連接第二馬赫曾德爾干涉儀的一端，第三3dB耦合器 的第三端口連接第二光電調制器的光輸入端。第一馬赫曾德爾干涉儀的另一端連接第三光電調制器的光輸入端；第二馬赫曾德 爾干涉儀的另一端連接第四光電調制器的光輸入端。正弦波信號發生器的輸出分別連接第一光電調制器的電輸入端、第二光電調制器 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制器的電輸入端和第四光電調制器的電輸 入端。第一光電調制器的輸出端連接第四3dB耦合器的第一端口，第三光電調制器的輸 出端連接第四3dB耦合器的第二端口 ；第二光電調制器的輸出端連接第五3dB耦合器的第 一端口，第四光電調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 端連接光電探測器的輸入端，光電探測器的輸出端連接發射天線。本發明和已有技術相比所具有的有益效果具體如下本發明使用普通的光電調制器和馬赫曾德爾干涉儀實現相移法產生光域SSB調 制。與單純的使用SSB調制利用載波跟邊帶進行差頻產生毫米波相比較，本發明分別產生 SSB上邊帶和下邊帶，然后分別傳輸至發射端進行耦合，在經過光纖布拉格光柵濾除掉載波 后，只剩兩個邊帶進行差頻產生毫米波，這樣就避免由于差頻的兩束光波的功率相差太大 產生多余的頻率分量，保證了頻率的純度及穩定性。而且避免了濾波器的使用，簡化了毫米 波發生器的結構。
圖為一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器，如圖，構成該毫米波發生器 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連接第一馬赫曾德爾干涉儀50的一端，第二 3dB 耦合器的第三端口 223連接第一光電調制器40的光輸入端；第三3dB耦合器的第二端口 232連接第二馬赫曾德爾干涉儀51的一端，第三3dB 耦合器的第三端口 233連接第二光電調制器41的光輸入端；第一馬赫曾德爾干涉儀50的另一端連接第三光電調制器42的光輸入端；第二馬 赫曾德爾干涉儀51的另一端連接第四光電調制器43的光輸入端；正弦波信號發生器30的輸出分別連接第一光電調制器40的電輸入端、第二光電 調制器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制器42的電輸入端和第四光電調制器43 的電輸入端；第一光電調制器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器80的輸入端，光電探測器80的輸出端連接發射天線90。激光器10發射出的光輸入第一 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輸出后經過第一 馬赫曾德爾干涉儀50進行相位改變后，輸入到第三光電調制器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發生器30的輸出調制。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輸出后經過第二 馬赫曾德爾干涉儀51進行相位改變后，輸入到第四光電調制器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發生器30的輸出調制。調節第一馬赫曾德爾干涉儀50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。經過第三3dB耦合器22之后的兩束光，一束用來被正弦波信號發生器30 通過第二光電調制器41進行調制，另外一束經過第二馬赫曾德爾干涉儀51進行相位改變 后，輸入到第四光電調制器43的光輸入端。調節第二馬赫曾德爾干涉儀51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90度。調節相移器60，使得正弦波信號發生器30的輸出信號進行負90度的相移，分別輸 入到第三光電調制器42和第四光電調制器43的電輸入端，用來調制經過相位改變后的光。 第一光電調制器40的輸出與第三光電調制器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，產生光載上邊帶調制信號。第二光電調制器41
5的輸出與第四光電調制器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，產生光載下邊帶調制信號。其中上邊帶調制信號輸入到第六3dB耦 合器的第一端口 261，下邊帶調制信號輸入到第六3dB耦合器的第二端口 262。耦合后經過 過光纖布拉格光柵70濾除掉載波后，剩余的上下邊帶在光電探測器80上差頻產生毫米波 信號，通過發射天線90發射。正弦波信號發生器30發出信號的頻率決定了產生的毫米波信號頻率，可以通過 調節正弦波信號發生器30的輸出頻率得到頻率為IGHz 60GHz的毫米波信號。如當正弦波信號發生器30發出信號的頻率為0. 5GHz的時候，經過差頻產生的毫 米波信號頻率為IGHz。如當正弦波信號發生器30發出信號的頻率為15GHz的時候，經過差頻產生的毫 米波信號頻率為30GHz。如當正弦波信號發生器30發出信號的頻率為30GHz的時候，經過差頻產生的毫 米波信號頻率為60GHz。一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器的工作原理如下根據相移法的生成SSB信號通式= (1)其中(Oci為載波頻率，f(t)為調制信號，}"( )為調制信號的希爾伯特變換。而正
弦信號的希爾伯特變換為負余弦信號，所以利用簡單的相移器就可以實現正弦信號的希爾 伯特變換。(1)式中的+表示產生的為下邊帶信號，-號表示為產生的為上邊帶信號。激光器10發射出的光為光載波，為普通的余弦信號。經過第一馬赫曾德爾干涉儀 50和第二馬赫曾德爾干涉儀51不同的相移，分別轉換為正弦信號和負正弦信號。根據(1) 式，圖示的一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器中，經過第四3dB耦合器的第 三端口 243和第五3dB耦合器的第三端口 253輸出的單邊帶信號分別為上邊帶調制信號與 下邊帶調制信號。上邊帶調制信號與下邊帶調制信號分別傳輸至發射端，避免了雙邊帶調 制信號的周期衰減。在發射端上邊帶調制信號輸入到第六3dB耦合器的第一端口 261，下邊 帶調制信號輸入到第六3dB耦合器的第二端口 262。經過耦合后，通過光纖布拉格光柵70 濾除掉載波，只由兩個邊帶信號差頻產生毫米波信號，避免了無用頻率的產生，最后通過發 射天線90發射。本發明所使用的器件均為市售器件。
權利要求
一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器，該毫米波發生器包括激光器、耦合器、光電調制器、光電調制器、光纖布拉格光柵、光電探測器；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)連接第一馬赫曾德爾干涉儀(50)的一端，第二3dB耦合器的第三端口(223)連接第一光電調制器(40)的光輸入端；第三3dB耦合器的第二端口(232)連接第二馬赫曾德爾干涉儀(51)的一端，第三3dB耦合器的第三端口(233)連接第二光電調制器(41)的光輸入端；第一馬赫曾德爾干涉儀(50)的另一端連接第三光電調制器(42)的光輸入端；第二馬赫曾德爾干涉儀(51)的另一端連接第四光電調制器(43)的光輸入端；正弦波信號發生器(30)的輸出分別連接第一光電調制器(40)的電輸入端、第二光電調制器(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制器(42)的電輸入端和第四光電調制器(43)的電輸入端；第一光電調制器(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器(80)的輸入端，光電探測器(80)的輸出端連接發射天線(90)。
2.根據權利要求1所述的一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器，其特征 在于，所使用光纖布拉格光柵(70)的中心波長等于激光器發射的光波的波長，即光載波的 波長。
3.根據權利要求1所述的一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器，其特 征在于，調節正弦波信號發生器(30)的輸出頻率，該毫米波發生器產生的頻率為IGHz 60GHz。
全文摘要
本發明公開一種基于相移法產生光載SSB調制的毫米波發生器，涉及微波光子和光纖通信等領域。該發生裝置包括激光器(10)，3dB耦合器，正弦波信號發生器(30)，光電強度調制器(40、41、42、43)，馬赫-曾德爾干涉器(50、51)，相移器(60)，光纖布拉格光柵(70)，光電探測器(80)，發射天線(90)。為了解決普通單邊帶調制(SSB)會產生多于頻率分量的問題，此發生器應用相移法分別產生上下邊帶信號，并且兩者獨立傳輸，在發射端進行耦合并利用光纖布拉格光柵(70)濾除載波，利用兩個功率相等的邊帶差頻產生毫米波，保證了頻率純度及穩定性。不使用濾波器也使得此發生器結構簡單，更利于應用。
文檔編號H04B10/155GK101951295SQ201010276789
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者寧提綱, 李卓軒, 祁春慧, 裴麗, 趙瑞峰, 高嵩 申請人:北京交通大學