传输高稳定原子钟信号的光纤模拟通信系统

采用光纤模拟通信技术,对某微波通信站高稳定的原子钟信号进行光纤传输,设计专用光纤模拟通信设备,并分析影响原子钟信号短期频率稳定度的主要因素,同时给出减少影响的有效方法。通过设备研制和实验对比．结果证明,经光纤模拟传输后,原子钟信号的短期频率稳定度达到某微波通信站的应用要求。     

环境温度对氢原子钟稳定度的影响

环境因素对氢原子钟性能指标的影响不容忽视，在计量和使用过程中必须加以严格控制。本文从氢原子钟的构成入手，分析了影响氢原子钟频率稳定度的因素，并重点对环境温度的影响进行了分析和实验。实验结果表明，环境温度对氢原子钟频率短期稳定度影响不大，会严重影响长期稳定度指标。     

275km京沪光纤干线高精度时频传递研究

为实现准国土范围内高精度授时和守时,利用光纤传递铯钟、氢钟等高精度原子钟的时频信号,在实际光纤链路上验证其长距离传递性能。采用波分复用和双向双波长的传输方法,介绍了在275km京沪干线上实现高精度时频传递的相关工作。针对长距离光纤链路的特点,探讨了链路损耗与散射、色散与频率噪声、补偿系统动态范围和反馈带宽等对时频传递性能的影响。实验获得了频率信号的秒稳定度达5×10-14和天稳定度达7×10-18的传递性能,同时,千秒尺度下的时间方差可达2.4ps。     

原子钟在线监测评估方法设计

大型通信、测量电子系统一般配备2台或2台以上原子钟作为系统的时间、频率基准,互为备份构建主、备时频信号基准,以提高系统时频信号可靠性,保障系统连续运行。主备原子钟间虽然可通过相位比对、数据分析检测到原子钟工作状态异常状况,但是由于缺乏参考,难以通过时频系统本身区分故障来源,存在故障定位难的技术难点。针对这一问题,提出了一种基于中间振荡器的主、备用原子钟频率跳变检测、短期稳定度分析评估方法,为时频系统主、备用原子钟故障定位提供技术手段,提高时频系统故障判断准确性,并缩减系统故障定位、故障恢复时间。使用3台铷原子钟进行了测试验证,实验结果表明,该方法可实现时钟稳定度的评估,并可实现时钟频率跳变的故障定位。     

星载MEMS原子钟稳频系统的优化及实验研究

简要介绍CPT原子钟工作原理,讨论原子频标的两个重要指标:短期稳定性和频率漂移.对CPT原子钟的锁频伺服控制电路进行系统分析和优化设计,并通过饱和吸收稳频实验验证所设计伺服控制电路的稳频性能,100 s的频率稳定度达到1.6×10-12,有望进一步提高频率稳定性.     

基于混频调制的稳定射频信号光传输系统设计

提出了基于混频调制的稳定射频信号光传输系统,以创造性思维将两种射频信号结合在一起,同时通过一个激光二极管传输.一个频率分量用于检测相位波动,另一个频率分量为远端提供稳定频率的信号补偿.通过控制组件合理设置频率的比值参数,避免了频率间的相互干扰.实验中,借助1GHz检测信号在100km光纤上传输200MHz稳定信号,在105s传输时间内实现了艾伦方差为2×10-17的频率传输稳定度.     

数字微波传输收发信机选型的关键性能指标分析

基于目前中国数字微波通信的发展需求和前景,对该领域的行业标准进行了深入研究,为推动数字微波传输设备的研究和应用,以某厂家电子新型ASI+IP数字微波视频传输设备为例,介绍了数字微波传输设备的组成,着重对发信机的发射功率、带宽、频率稳定度以及收信机的接收灵敏度、误码率、噪声系数等关键性能指标进行了选型分析,期望对数字微波传输网的建设、微波设备选型、网络运维、系统调测等工作起到一定的参考作用。     

GPS驯服CPT原子钟方法研究

本文针对全球定位系统（GPS,Global Position System）接收机输出秒脉冲（1PPS,1 Pulse Per Second）信号的特点,以及相干布居囚禁（CPT,Coherent Population Trapping）原子钟输出频率信号的特性,设计并实现了GPS驯服CPT原子钟方案.我们建立了适合抑制1PPS信号抖动的卡尔曼滤波模型,通过理论推导和计算获得了相应噪声参数,并采用卡尔曼滤波器与平均滤波器相结合,对CPT原子钟输出频率实施滤波处理,并用GPS接收机输出的1PPS信号实施频率校准,所实现GPS驯服的CPT原子钟输出频率的中短期频率误差降低半个量级,天频率稳定度提高一个量级.     

基于本地测量的双向光学相位比对方法

为了更好地实现远程光钟之间的高精度比对,对意大利Calosso小组所提出的光纤双向光学相位比对方案进行了拓展,提出了一种基于本地测量的双向光学相位比对方法。同源的两路光信号从同一光纤两端注入,其中一路光信号经光纤传输到远端后经反射原路返回本地端,另一路光信号从远端经光纤传输至本地端。两个信号均在本地端与参考光进行拍频,将拍频得到的两路拍频信号的相位进行比对。利用这种结构,系统不需要有源光纤相位噪声补偿也可以消除叠加在光纤链路上的共模相位噪声,该结构的最大优势在于拍频信号的采集和处理均可以在本地端完成,不需要引入额外的时间同步信号来保证两地拍频信号采集同步进行,简化了实验系统。计算分析了该方案的相位噪声极限,并建立了基于60km缠绕光纤的示范系统来进行测试,测得其秒级频率稳定度为1.45×10~(-16),千秒稳定度达到1.51×10~(-19)。该方案有望用于远程光钟和其他原子钟之间更可靠的高精度频率比对。     

25km光纤链路高精度频率传输实验研究

分析了影响光纤频率传输精度的主要因素,设计并 实现了一种新的基于锁相环(PLL)补偿的双向异频传输方案。首先,为了 确定光纤链路引入的不稳定性,设计了恒温条件下链路稳定性测试方案,通过光电联合测试 得出了链路传输指标;然后,结 合环境温度及PLL对光纤频率传输的影响,设计了环境温度影响下链路时延稳定性测 试方案,并搭建了实验平台;最后, 进行了光纤传输实验,分析了环境温度和阻尼系数变化对传输性能的影响。结果表明,由于 PLL的有效补偿,10MHz高 精度原子钟频率信号经过25km的光纤传输后仍能保持很高的稳定性;本文方案下的链路时 延抖动在环境温度慢变时可以稳定在0.5ns以内,显著降低了实际光 纤应用中传输时延的不稳定性。     

一种新型前馈自动增益控制光接收机的研究

自动增益控制模拟光接收机广泛应用于光纤有线电视、光纤直播卫星电视、无线通讯及雷达等射频微波信号光传输,是实现大动态范围光载波信号高质量接收必不可少的一项技术.我们采用一种入射光功率电平检测与处理的新方法,对模拟光接收机的增益进行控制,将接收机输出电平控制在要求的范围内,实现了一种新型的无射频反馈电路的自动增益控制光接收机.     

基于偏振调制器和单模光纤的微波瞬时频率测量研究

提出了一种基于偏振调制器(PolM)实现微波信号 的瞬时频率测量(IFM)方法并进行了实验验证。它采用PolM同时实现相位调制和强度调制, 利用1个光源和1段单模光纤(SMF)保持光路中功率稳定,通 过光纤的色散将微波信 号频率映射到功率上,最后经过光电探测器(PD)探测并计算出两路电信号的功率比。这个功 率比一一对应于输入的微 波信号频率,最终能够测得所输入的微波信号频率。实验结果表明,它不仅可以实现1～12GHz宽带范围 内IFM,测量精度可以达到0.2GHz,而且能够同时保证 所测量的微波信号频率的系统误差小,稳定度好。     

数字激光器在模拟光纤通信中的应用

本文尝试用数字光纤通信用激光器代替模拟光纤通信用激光器,通过加入温度控制,预失真补偿电路等线性补偿方法以及通过输入端加入AGC,固定衰减器等动态范围补偿的方法,使数字光纤通信用激光器在线性度以及动态范围两方面得到很大的提高,达到模拟光纤通信用激光器的水平,完全可以应用于短波,超短波以及微波模拟光纤通信中.     

Stabilizing an optoelectronic microwave oscillator with photonic filters

This paper compares methods of active stabilization of an optoelectronic microwave oscillator (OEO) based on insertion of a source of optical group delay into an OEO loop. The performance of an OEO stabilized with either a high-Q optical cavity or an atomic cell is analyzed. We show that the elements play a role of narrow-band microwave filters improving an OEO stability. An atomic cell also allows for locking the oscillation frequency to particular atomic clock transitions. This reports a proof-of-principle experiment on an OEO stabilization using the effect of electromagnetically induced transparency in a hot rubidium atomic vapor cell.     

Long distance fiber-optic transmission of C-band microwave signals to and from a satellite antenna

We demonstrate here the use of high-speed semiconductor lasers and detectors with low loss optical fiber for the transmission of the 500-MHz C-band microwave signal spectrum to and from a satellite antenna. The optical system has low attenuation and large band, width, so the microwave signals can be transmitted directly at the microwave frequency (4 or 6 GHz) over 20 km of fiber without regeneration or qualization. The optical system introduces ≈ 1 dB or less of degradation for both low spectral density QPSK signals and high spectral density FM video signals present in typical satellite transmission systems. For the video signals, the signal to noise after AM conversion was reduced from 56 to 55 dB. The microwave drive level to the laser must be significantly larger (typically > -10 dBm) than the intensity noise of the laser, yet small enough (typically < 10 dBm) to reduce the intermodulation distortion signals to an acceptable level. The laser bias current must be several times threshold so that the resonance frequency is beyond the frequency band of interest (4-6 GHz in this case). A flat modulation response is then obtained, and the intensity noise and intermodulation levels are low.     

Passive phase correction for stable radio frequency transfer via optical fiber

The transfer of radio frequency (RF) signal via optical fiber is widely adopted in distributed antenna systems and clock standard disseminating networks. To suppress the phase variation caused by fiber length fluctuation, passive phase correction technique based on frequency mixing has been proved as a promising approach due to its significant advantages over the traditional active compensation technique in terms of complexity, compensation speed, and compensation range. The phase correction can be done either in the transmitter or in the receiver, but it usually requires many stages of electronic mixing and auxiliary microwave signals, which not only increases the cost of the link but also degrades the quality of the transmitted signal. In addition, the effect of chromatic dispersion, polarization mode dispersion, and coherent Rayleigh noise in the optical fiber will further deteriorate the phase noise of the signal after transmission. In this paper, an analytical model for the stable RF transfer system based on passive phase correction is established, and the techniques developed in the last few years in solving the problems of the method are described. Future prospects and perspectives are also discussed.     

星上光电振荡器的微波信号产生与转发研究

为了降低星上通信系统的质量和体积、增强系统的温度稳定性和抗电磁干扰能力,采用了一个新方法,将光电振荡器用作星上微波本振源,产生微波信号,利用光纤转发,将微波信号的产生、分配、传输与变频处理融为一个系统,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,基于光电振荡器产生了11.5GHz的微波本振信号,通过光纤进行多路转发,其中第1路信号频率与本振源相同,相位噪声为-100.5dBc/Hz@10kHz,第2路信号频率为本振信号的2倍,相位噪声为-86.6dBc/Hz@10kHz。与传统电学方法相比,该方法有显著成效,可提高转发效率,减小系统体积和重量,增强系统抗干扰性和温度稳定性,提高系统的带宽和微波信号质量、降低卫星通信成本。     

Optical Microwave Frequency Up-Conversion Via a Frequency-Doubling Optoelectronic Oscillator

We propose and demonstrate an optical microwave modulator that incorporates a low phase-noise optoelectronic oscillator (OEO) for frequency up-conversion in a radio-over-fiber system. A single Mach-Zehnder lithium-niobate waveguide modulator working as a local oscillator in a frequency-doubling OEO directly up-converts the baseband signals to a carrier band. We demonstrate frequency up-conversion to the 20-GHz band for optical analog signals in the intermediate-frequency (IF) band and for optical digital signals at 1.25 Gb/s. The measured transmission bandwidth for IF modulated signals is greater than 1.5 GHz for transmission over 50.5 km of single-mode fiber.     

基于矢量合波原理的微波稳相光传输研究

针对微波光子链路在实际应用中信号相位受光纤温度变化产生的波动,利用检波器矢量和原理检测微波信号的相位偏差量,并设计了信息处理模块控制可调谐电移相器进行精准的相位补偿,实现微波信号的相位稳定传送。在理论模型的基础上,实验测试了温度变化对微波光链路相位的影响,并构造了微波稳相光传输系统,使用25 km的标准单模光纤传输10 GHz微波信号,对系统输出信号进行了长时间测量,相位波动稳定控制在±2°以内,实验结果验证了该方案的可行性。