一種超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法
【專利摘要】本發(fā)明公布一種超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的獲取方法，其通過(guò)一個(gè)寬帶頻率可調(diào)的光電振蕩器（OEO）與光梳在不同諧波頻率上同步，以此來(lái)產(chǎn)生高穩(wěn)定低相噪的微波信號(hào)。具體包括通過(guò)光梳產(chǎn)生一個(gè)脈沖串信號(hào)、分成兩部分后分別作用于兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)相位檢測(cè)器、通過(guò)光電振蕩器得到射頻信號(hào)，也分成兩部分與從OEO得到的兩部分信號(hào)分別進(jìn)行鑒相而產(chǎn)生兩個(gè)相位誤差信號(hào)、其中一個(gè)相位誤差信號(hào)經(jīng)處理后反饋到OEO的電壓偏置端并進(jìn)行鎖定，由此獲得超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)。本發(fā)明可提取到高穩(wěn)和寬帶的射頻信號(hào)，同時(shí)具有非常低的相位噪聲。
【專利說(shuō)明】一種超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及射頻信號(hào)技術(shù)，尤其涉及一種超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近幾年，基于鎖模激光器(MLLS)產(chǎn)生光梳(OFC)的研究，吸引了相當(dāng)多人的關(guān)注。光梳是一種光譜是離散的，且不同分量之間間隔相等的光源。光梳可以生成定時(shí)抖動(dòng)很小的飛秒級(jí)的脈沖序列。光梳是一個(gè)非常有用的工具，它可以使基準(zhǔn)射頻信號(hào)與光頻聯(lián)系起來(lái)，因此正被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如，頻率測(cè)量，時(shí)序分布，光通信和光學(xué)時(shí)鐘。
[0003]光梳的應(yīng)用中，最具挑戰(zhàn)性的課題之一，是用光梳來(lái)實(shí)現(xiàn)以很低的相噪傳輸并提取一個(gè)高穩(wěn)的微波信號(hào)。高穩(wěn)的微波源可以提高雷達(dá)系統(tǒng)的性能，提高甚長(zhǎng)基線干涉測(cè)量檢測(cè)的分辨率，以及提高頻率合成的精度。作為最純凈的微波源，光梳有許多諧波，這些諧波分量的短期相位噪聲都很低。
[0004]很多同步方案都使用鎖模激光器產(chǎn)生的脈沖序列來(lái)同步電振蕩器(electronicoscillator),以實(shí)現(xiàn)超穩(wěn)的微波傳輸。現(xiàn)有技術(shù)一般采用壓控振蕩器，但其具有較高的相位噪聲，在一些應(yīng)用中受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的獲取方法，使一個(gè)寬帶頻率可調(diào)的光電振蕩器(OEO)與光梳在不同諧波頻率上同步，以此來(lái)產(chǎn)生高穩(wěn)定低相噪的微波信號(hào)。具有長(zhǎng)延遲光纖連接的光電振蕩器(OEO)可以在載波頻率很高的情況下產(chǎn)生高純度的微波，并且具有同樣的低相位噪聲。由于在任何頻率的相位噪聲都很低，OEO可以取代大部分的電子振蕩器，得到超穩(wěn)的微波源，特別是在幾個(gè)Ghz或幾十Ghz的高頻帶。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是使頻率穩(wěn)定的OFC與OEO同步，而不是與壓控振蕩器(VCO)同步。這種同步方法可以提取高穩(wěn)和寬帶的射頻信號(hào)，同時(shí)具有非常低的相位噪聲。本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟:
[0007]1.1)使用一個(gè)基于摻鉺光纖的0FC，該OFC穩(wěn)定到一個(gè)Hiaster時(shí)鐘，由此產(chǎn)生脈沖串；
[0008]1.2) OFC產(chǎn)生的信號(hào)被分成兩部分，分別作用于兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)相位檢測(cè)器。
[0009]1.3)從OEO得到的射頻信號(hào)也被分成兩部分，從OFC得到的兩部分信號(hào)與從OEO得到的兩部分信號(hào)分別進(jìn)行鑒相，產(chǎn)生兩個(gè)相位誤差信號(hào)；
[0010]1.4)上述兩個(gè)相位誤差信號(hào)其中的一個(gè)被低通濾波、放大和PID處理，反饋到OEO的電壓偏置端，以IOkHz的鎖定帶寬對(duì)OEO進(jìn)行鎖定，由此獲得超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，上述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的獲取方法的步驟1.1)基于摻鉺光纖的OFC的基本重復(fù)率為144.5兆赫，該OFC穩(wěn)定到一個(gè)H-master時(shí)鐘后產(chǎn)生約35毫瓦的脈沖串。步驟1.3)中從OEO得到的射頻信號(hào)被分成兩部分后均先放大到約16dBm。步驟1.5)兩個(gè)相位誤差信號(hào)中的另一個(gè)相位誤差信號(hào)被發(fā)送給一個(gè)信號(hào)分析器和一個(gè)用于環(huán)外測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄器。
[0012]上述方法中，可調(diào)諧的OEO可以鎖定到OFC的任意諧波分量上，OEO的頻率范圍為2Ghz?4Ghz。OEO獲取射頻信號(hào)的方法包括如下步驟:
[0013]5.1)先由分布式反饋(DFB)激光器產(chǎn)生光信號(hào)，該光信號(hào)具有1545nm?1555nm的可調(diào)波長(zhǎng)，功耗為約lOmw，該光信號(hào)被傳送至光電調(diào)制模塊(Ε0Μ)，與OEO反饋回來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制；
[0014]5.2) EOM產(chǎn)生的調(diào)制光波，射入500米長(zhǎng)的色散漸減光纖(DDF)；
[0015]5.3)在色散漸減光纖的末端，用一個(gè)快速的PIN光檢測(cè)器將調(diào)制后的光轉(zhuǎn)換為具有一系列模式的射頻信號(hào)；
[0016]5.4)射頻信號(hào)先用低噪放大器放大，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)可調(diào)的帶通濾波器，通過(guò)調(diào)整帶寬，使兩個(gè)濾波器達(dá)到高Q值；當(dāng)兩個(gè)濾波器的帶寬足夠窄，只容許步驟5.3)中的射頻信號(hào)的一個(gè)一階模式通過(guò)時(shí)，即得到很純凈的射頻信號(hào)；
[0017]5.5)上述經(jīng)濾波的射頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)高增益放大器放大，然后用電子耦合器將功率按90:10的比例把信號(hào)分成兩部分；其中功率較高的部分被反饋到5.1)中的E0M，功率為約3dBm的低功率部分作為標(biāo)準(zhǔn)射頻信號(hào)輸出。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0019]本發(fā)明提供的射頻信號(hào)的獲取方法具有寬帶和低噪兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其頻率范圍為2Ghz ?4Ghz，頻率穩(wěn)定度達(dá)到 2.2 X l(T18/10000s。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明獲取超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ] 圖2為OEO的獲取示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0023]圖1為本發(fā)明獲取超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的獲取，包括光相位檢測(cè)器、相位鎖定電路、一個(gè)頻率范圍為2GHz到4GHz的可調(diào)OEO和基于摻鉺光纖的0FC。寬帶射頻信號(hào)獲取的同步是通過(guò)光相位檢測(cè)器在OEO和光梳產(chǎn)生的脈沖串之間構(gòu)成一個(gè)鎖相環(huán)。在這種同步技術(shù)方案中,光電檢測(cè)和鑒相是兩個(gè)最基本的技術(shù)。許多報(bào)告表明，當(dāng)使用直接的光電轉(zhuǎn)換時(shí)，由于光電管內(nèi)的非線性、飽和、溫度漂移和幅度-相位轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象會(huì)使一定的相位噪聲混入需要的信號(hào)中。因此，本實(shí)施例在OFC和OEO之間米用基于光纖的光學(xué)微波相位檢測(cè)器以構(gòu)成鎖相環(huán)(PLL),由此實(shí)現(xiàn)具有超低殘余相位噪聲和極低的長(zhǎng)期相位漂移的同步，包括如下步驟:
[0024]1.1)使用一個(gè)基于摻鉺光纖的0FC，，該OFC穩(wěn)定到一個(gè)Hiaster時(shí)鐘，由此產(chǎn)生脈沖串；[0025]1.2) OFC產(chǎn)生的信號(hào)被分成兩部分，分別作用于兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)相位檢測(cè)器。
[0026]1.3)從OEO得到的射頻信號(hào)也被分成兩部分，這兩部分都先放大；
[0027]1.4)從OFC得到的兩個(gè)信號(hào)與從OEO得到的兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行鑒相，產(chǎn)生兩個(gè)相
位誤差信號(hào)；
[0028]1.5)上述兩個(gè)相位誤差信號(hào)其中的一個(gè)被低通濾波、放大和PID處理，反饋到OEO的電壓偏置端，以IOkHz的鎖定帶寬對(duì)OEO進(jìn)行鎖定，由此獲得超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)。
[0029]上述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)的獲取方法的步驟1.1)基于摻鉺光纖的OFC的基本重復(fù)率為144.5兆赫，該OFC穩(wěn)定到一個(gè)H-master時(shí)鐘后產(chǎn)生約35毫瓦的脈沖串。步驟1.3)中從OEO得到的射頻信號(hào)被分成兩部分后均先放大到約16dBm。步驟1.5)兩個(gè)相位誤差信號(hào)中的另一個(gè)相位誤差信號(hào)被發(fā)送給一個(gè)信號(hào)分析器和一個(gè)用于環(huán)外測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄器。
[0030]本實(shí)施例通過(guò)一個(gè)寬帶且頻率可調(diào)諧的0E0，并使之與穩(wěn)定OFC產(chǎn)生的脈沖序列同步，用這種方式來(lái)提取低相位噪聲的微波信號(hào)。該OEO具有2GHz到4GHz的可調(diào)振蕩頻率范圍。圖2為OEO的獲取示意圖，該OEO的獲取方法包括如下步驟:
[0031]5.1)先由DFB激光器產(chǎn)生光信號(hào)，該光信號(hào)具有1545nm?1555nm的可調(diào)波長(zhǎng),功耗為約lOmw，該光信號(hào)被傳送至光電調(diào)制模塊(E0M)，與OEO反饋回來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制；
[0032]5.2) EOM產(chǎn)生的調(diào)制光波，射入500米長(zhǎng)的色散漸減光纖(DDF)；
[0033]5.3)在色散漸減光纖的末端，用一個(gè)快速的PIN光檢測(cè)器將調(diào)制后的光轉(zhuǎn)換為具有一系列模式的射頻信號(hào)；
[0034]5.4)射頻信號(hào)先用低噪放大器放大，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)可調(diào)的帶通濾波器，通過(guò)調(diào)整帶寬，使兩個(gè)濾波器達(dá)到高Q值；當(dāng)兩個(gè)濾波器的帶寬足夠窄，只容許射頻信號(hào)的一個(gè)一階模式通過(guò)時(shí)，即得到很純凈的射頻信號(hào)；
[0035]5.5)經(jīng)濾波的射頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)高增益放大器放大，然后用電子耦合器將功率按90:10的比例把信號(hào)分成兩部分；其中功率較高的部分被反饋到E0M，功率為約3dBm的低功率部分作為輸出。
[0036]本實(shí)施例通過(guò)設(shè)計(jì)上述可調(diào)諧的0E0，鎖定到OFC的任意諧波分量上，既可產(chǎn)生高穩(wěn)定低相噪的射頻信號(hào)，又具有低相位噪聲。
【權(quán)利要求】
1.一種超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法，其特征是，通過(guò)一個(gè)寬帶頻率可調(diào)的光電振蕩器與一個(gè)基于摻鉺光纖的光梳在不同諧波頻率上同步，由此產(chǎn)生高穩(wěn)定低相噪的微波信號(hào)，包括如下步驟: 1.1)通過(guò)將所述光梳穩(wěn)定到一個(gè)H-master時(shí)鐘，由此產(chǎn)生一個(gè)脈沖串信號(hào)； 1.2)所述光梳產(chǎn)生的脈沖串信號(hào)被分成兩部分，分別作用于兩個(gè)獨(dú)立的光學(xué)相位檢測(cè)器； 1.3)通過(guò)所述光電振蕩器獲得射頻信號(hào)，所述射頻信號(hào)被分成兩部分，并與所述光梳得到的兩部分信號(hào)分別進(jìn)行鑒相，產(chǎn)生兩個(gè)相位誤差信號(hào)； 1.4)所述兩個(gè)相位誤差信號(hào)其中的一個(gè)被低通濾波、放大和PID處理后，反饋到所述光電振蕩器的電壓偏置端，以IOkHz的鎖定帶寬對(duì)所述光電振蕩器進(jìn)行鎖定，由此獲得超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法，其特征是，步驟1.1)所述光梳的基本重復(fù)率為144.5兆赫，廣生的脈沖串的功率為約35暈瓦。
3.如權(quán)利要求1所述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法，其特征是，步驟1.3)中從所述光電振蕩器得到的射頻信號(hào)被分成兩部分后均先放大到約16dBm。
4.如權(quán)利要求1所述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法，其特征是，步驟1.4)所述兩個(gè)相位誤差信號(hào)中的另一個(gè)相位誤差信號(hào)被發(fā)送給一個(gè)信號(hào)分析器和一個(gè)用于環(huán)外測(cè)量的數(shù)據(jù)記錄器。
5.如權(quán)利要求1所述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法，其特征是，所述光電振蕩器通過(guò)如下步驟獲得射頻信號(hào): 5.1)通過(guò)一個(gè)分布式反饋激光器產(chǎn)生光信號(hào)，所述光信號(hào)具有1545nm?1555nm的可調(diào)波長(zhǎng)，功耗為約lOmw，該光信號(hào)被傳送至光電調(diào)制模塊，與所述光電振蕩器反饋回來(lái)的射頻信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制； 5.2)將上述光電調(diào)制模塊產(chǎn)生的調(diào)制光波射入500米長(zhǎng)的色散漸減光纖； 5.3)通過(guò)一個(gè)快速的PIN光檢測(cè)器，在所述色散漸減光纖的末端，將調(diào)制后的光轉(zhuǎn)換為具有一系列模式的射頻信號(hào)； 5.4)上述射頻信號(hào)先用低噪放大器放大，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)可調(diào)的帶通濾波器，通過(guò)調(diào)整帶寬，使兩個(gè)帶通濾波器達(dá)到高Q值；當(dāng)兩個(gè)濾波器的帶寬足夠窄，只容許步驟5.3)所述射頻信號(hào)的一個(gè)一階模式通過(guò)時(shí)，即得到很純凈的射頻信號(hào)； 5.5)上述經(jīng)濾波的射頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)高增益放大器放大，然后用電子耦合器將功率按90:10的比例把信號(hào)分成兩部分；其中功率較高的部分被反饋到步驟5.1)所述光電調(diào)制模塊，功率為約3dBm的低功率部分作為標(biāo)準(zhǔn)射頻信號(hào)輸出。
6.如權(quán)利要求1或5所述超低相位噪聲的寬帶射頻信號(hào)源的獲取方法，其特征是，所述光電振蕩器的頻率范圍為2Ghz?4Ghz。
【文檔編號(hào)】H01S1/02GK103872553SQ201410069283
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】趙建業(yè), 冷鑒霄, 吳久濤, 張瑤林 申請(qǐng)人:北京大學(xué)