外调制微波光传输链路性能优化研究

微波光传输链路(MWPL)具有损耗小、容量大、重量轻、抗干扰能力强等优点,已在军事、雷达、无线通信等领域得到广泛应用.决定微波光传输链路性能的参数主要有链路增益、噪声系数和动态范围.文章首先通过建模分析,推导出了增益和噪声系数的关系,研究了微波光传输系统噪声系数的各种影响因素.通过仿真与实验验证表明,合理的调节调制器输入光功率,可提高链路增益,同时降低链路噪声系数,优化传输链路的性能.     

宽带大动态射频光传输技术

宽带大动态的射频光传输链路是微波光子技术应用的基础。针对射频光传输对链路高动态范围的应用需求,分别介绍了多频点副载波复用数字预失真和多源非线性数字后补偿两种失真线性化技术的原理及其研究进展,这两种方法能较好地抑制信道间的交调失真和信道内的三阶交调失真。同时,将全光下变频技术引入到接收链路中,通过充分利用相位调制线性特性的优势,分析了基于相位调制及相干解调DSP处理的大动态光载射频传输系统,实验得到的宽带射频信号光传输系统的无杂散动态范围达到了128.8 dB.Hz2/3。     

高线性波分复用模拟光链路的设计及实现

面向多路射频模拟信号的高线性传输需求，基于强度调制-直接探测的原理，提出了基于波分复用技术的模拟射频光传输方案；利用高线性度模拟直调半导体激光器、波分复用器、模拟光电探测器，设计了基于微波光子技术的波分复用射频光传输链路，该链路具有低串扰、低失真、链路增益可调等性能。利用该链路进行了直调激光器、驱动控制电路、射频光发射模块和光接收模块的样机研制。对所研制出的样机进行了实验测试。测试结果表明：通道增益可在-30～10 dB调谐，通道内基波与二次谐波抑制比高于50 dB，相邻及非相邻通道间射频串扰均低于60 dB，相位一致性在±5°以内。针对不同的信号输入功率，在线调整链路增益，改善链路的信噪比或非线性失真效应。设计和研制的样机可用于低频段射频信号的光纤传输。     

无线应用中的低噪声放大器设计与分析

低噪声放大器在接收系统中能降低系统的噪声和提高接收机灵敏度,是接收系统的关键部件.描述了一种用于无线通信射频(RF)前端的低噪声放大器(LNA)的设计,先总体阐述了低噪声放大器的主要技术和性能指标,然后在采用ATF34143微波晶体管的基础上,依据低噪声放大器的各项指标来同步进行电路的设计、优化和ADS仿真,结果表明设计的低噪声放大器完全满足性能指标要求,其功率增益可达16dB,噪声系数(NF)在0.5dB以下.     

宽带大动态微波光子混合链路的优化研究

典型的微波光子混合链路包含微波前端、纯光链路和后置微波放大,其动态范围、噪声系数等性能受到这三个环节的共同制约.首先建立了纯光链路的理论模型,并分析了其参数优化方法;然后将纯光链路在混合链路中等效为微波模型,利用微波级联理论分析了微波前端和后置微波放大的增益和三阶截交点对混合链路的动态范围、噪声系数的影响规律,进而得到微波光子混合链路的优化方法.     

噪声对消射频光子链路的噪声系数研究

噪声系数是宽带射频光子链路的重要参数,影响射频信号传输和处理系统的信噪比.提出了一种噪声对消射频光子链路,采用平衡光探测器对直流光和调制光转换的光电流相减处理,得到链路的噪声系数改善.从光信号调制、探测及噪声功率变化特性出发,建立了噪声对消射频光子链路的理论模型,并通过理论分析研究了噪声系数与激光功率、相对强度噪声、光...     

高饱和电流光电探测器在低噪声系数和高增益RoF光链路中的应用

研究了光载无线通信(RoF)链路中掺Er3+光纤放大器(EDFA)对链路噪声系数(NF)和增益的影响,同时采用自制的具有高响应度、高饱和功率特性单载子传输光电探测器(UTC-PD)作为链路光电转换器件,在不以NF为代价的同时使得链路增益性能获得大幅提升。实验表明,对于由LD、马赫-曾德调制器(MZM)、EDFA、光滤波器(OBPF)和UTC-PD组成的RoF光链路,在LD输出功率为17dBm、UTC-PD的输出平均光电流为60mA时得到最低链路NF为30.3dB,相比不含EDFA的基本链路在LD输出光功率同为17dBm时的NF略小0.4dB;同时链路增益高达15.5dB,相比基本链路大幅提升了41.3dB。     

一种功率可调的X波段雷达收发组件的设计与实现

采用混合微波集成电路(Hybrid Microwave Integrated Circuit, HMIC)形式设计了一款X波段雷达收发组件。该收发组件分为频综器、功放及内定标源和接收链路三个模块,各模块间通过外接同轴电缆实现信号的互联。充分利用数控衰减器的功能,通过调节放大链路的衰减量,从而达到调节发射输出功率的目的。实物测试表明：在10.5 GHz～12 GHz频率范围内,该收发组件发射输出信号功率10 W、5 W、2 W、1 W四档可调,杂散抑制≥65 dBc,接收通道增益为27.5 dB,噪声系数≤4.8 dB。该组件具有输出信号功率可调、噪声系数小、杂散抑制大等特点,满足项目指标要求。     

应用于IEEE 802.11b无线局域网系统的2.4GHzCMOS单片收发机射频前端

实现了一个应用于IEEE 802.11b无线局域网系统的2.4GHz CMOS单片收发机射频前端,它的接收机和发射机都采用了性能优良的超外差结构.该射频前端由五个模块组成:低噪声放大器、下变频器、上变频器、末前级和LO缓冲器.除了下变频器的输出采用了开漏级输出外,各模块的输入、输出端都在片匹配到50Ω.该射频前端已经采用0.18μm CMOS工艺实现.当低噪声放大器和下变频器直接级联时,测量到的噪声系数约为5.2dB,功率增益为12.5dB,输入1dB压缩点约为-18dBm,输入三阶交调点约为-7dBm.当上变频器和末前级直接级联时,测量到的噪声系数约为12.4dB,功率增益约为23.8dB,输出1dB压缩点约为1.5dBm,输出三阶交调点约为16dBm.接收机射频前端和发射机射频前端都采用1.8V电源,消耗的电流分别为13.6和27.6mA.     

光设备开通调试及注意事项

在光传输链路中,前端信号、光发射机、光分路器、适配器、光缆、光接收机,任何一个环节出问题都会影响接收图像质量,所以在设备开通时做好数据记录（包括对射频电平的要求、光功率等数据的记录）,以备出现故障时,     

小型化高集成宽带光收发组件

当前分立光子器件的体积和成本严重制约着微波光子技术在雷达系统中的应用。受限于当前的集成能力和材料体系,微波光子单片集成芯片短时间内难以实现工程应用。为满足雷达等应用场景对高集成微波光子器件的迫切需要,研制了一种新型小型化高集成光收发组件。该组件采用光电异构集成封装技术,将MZM调制器芯片、微波芯片、探测器芯片以及光环形器、波分复用器进行高度集成,单模块体积仅为85 mm×35 mm×10 mm,与传统MZM调制器体积相当。实验结果表明,其性能可与传统分立元器件相媲美。在6~18 GHz范围内,组件能够实现±1.5 dB的平坦度,上行能够实现18 dB以上的增益,下行能够实现?1 dB以上的增益,且链路噪声系数小于30 dB,平面化、小型化设计使其能够应用于相控阵雷达、电子战等多种应用场景,具有广阔的应用前景。     

Sub-10-dB Noise Figure in a Multiple-GHz Analog Optical Link

We present the first microwave analog optical link to achieve a noise figure (NF) below 10 dB. A link gain of up to ~6dB and common-mode noise rejection achieved via a dual-output Mach-Zehnder intensity modulator and differential detection enable us to achieve link NFs as low as ~7.5 dB in the range of ~2-6.5 GHz     

Efficient erbium-doped fiber amplifiers incorporating an opticalisolator

A composite-EDFA configuration which incorporates an optical isolator has been investigated theoretically and experimentally. The isolator prevents the build-up of the backward-ASE and results in an amplifier with high gain and near-quantum-limited noise figure (NF). The optimum position of the isolator has been calculated as a function of the pump power so that minimum NF and maximum gain are achieved simultaneously. It is shown that under practical pump powers, the optimized composite EDFA exhibits a gain improvement of about 5 dB and a NF reduction in excess of 1.5 dB when compared with an optimized conventional EDFA. It is also shown that with further optimization the composite EDFA can be employed in a practical fiber link as a pre-amplifier without the use of an input isolator. Finally, a high-gain composite EDFA has been experimentally demonstrated which exhibits a gain of 51 dB (54 dB) and NF of 3.1 dB for only 435 mW (93 mW) of pump power     

Cascaded Noise Penalty for Amplified Long-Haul Analog Fiber-Optic Links

The noise penalty (NP) metric is useful in long-haul analog link design, as it predicts degradation of the RF noise figure (NF), 1-dB compression dynamic range (CDR), and the spurious-free dynamic range (SFDR) for a single-amplifier link. We extend the NP theory to predict the cascaded NP of a multiamplifler fiberoptic link from the NP due to each of the individual amplifiers. A cascaded NP expression is derived and compared to experimental results from a 60-km link consisting of three amplifiers. The measured NP of 11.8 dB for the link matches well with our theoretical prediction. The link gain of -7 dB, RF NF of 31 dB, 1-dB CDR of 148 dB ldrHz, and of 108 dB ldrHz^2/3 are also measured and matched to predicted values for the measured NP.     

Reduced insertion loss of X-band RF fiber-optic links

The insertion loss of an experimental high-frequency fiberoptic link is reduced to 7 dB with an 800-MHz (9%) 3-dB bandwidth at 9 GHz by improving the link optical performance and by using reactive passive RF impedance matching. The link signal-to-noise ratio is measured and found to be about 125 dBc/Hz over the 800-MHz bandwidth. This is a significant improvement from the typical X-band RF link insertion loss of 40 dB and could help to open the way to many microwave applications of fiberoptic links in radar and avionics systems     

相对强度噪声对微波光子链路性能影响规律研究

激光器的相对强度噪声(RIN)在微波光子链路中转换为噪声功率,进而影响链路的动态范围.文章建立了基本结构的非相干和相干微波光子链路的动态范围(SFDR)模型,并通过仿真对比分析了激光器的RIN对这两种链路结构的影响.在光器件的性能水平较低时,非相干微波光子链路能获得更大的SFDR;随着光器件性能水平的提升,相干微波光子链路的SFDR将超过非相干微波光子链路.而在目前典型的器件参数条件下,两种链路的理论SFDR都能达到120 dB·Hz2/3左右.     

次谐波调制下光注入DFB-LD结构的可调谐光电振荡器

为实现具有高频谱纯度、低相位噪声的宽带可调谐微波信号生成,提出并通过实验验证了一种次谐波信号调制下光注入半导体激光器结构的光电振荡器,其原理为通过利用光注入半导体激光器的单周期（P1）振荡工作状态和波长选择放大特性实现可调微波信号生成,并进一步通过在光电振荡环路中引入次谐波信号调制对系统生成微波信号的频率稳定性、边模抑制比与频谱纯度进行优化。实验结果表明,文中方案提出的光电振荡器可以生成输出功率大于5 dBm,频率调谐范围为12~18 GHz的微波信号。同时,系统生成的微波信号的3 dB带宽为100 kHz,边模抑制比可达 51 dB,且信号在频偏量为100 Hz和10 kHz处的相位噪声分别为?78 dBc/Hz和?109 dBc/Hz。此外,光电振荡器生成微波信号的频率调谐范围只受系统中使用的各类光电器件工作带宽的限制,通过采用具有更大带宽的光电器件可以实现更高频率的微波信号生成。     

基于激光器RIN抑制的宽带低噪声微波光传输技术

微波光子链路中的核心器件激光器、调制器、光电探测器均为有源器件,在微波信号的电光光电转换过程中会引入额外的噪声,导致微波信号的噪声性能恶化,高的噪声系数会降低电子信息系统的灵敏度、动态范围、探测精度等关键性能指标,因此抑制噪声成为实现高性能微波光子系统的关键。文章针对当前激光器噪声较高的限制,提出采用常规分布反馈(DFB)激光器与光放大器、窄带光子滤波相组合的方式来抑制激光源噪声,实现微波光子链路的宽带低噪声。建立了微波光子链路传输模型,分析了链路性能与器件参数之间的映射关系。实测对比了采用该组合光源方案与常规微波光子链路的噪声性能,结果表明采用高功率光源结合光滤波可对激光器远端相对强度噪声(RIN)实现高的抑制,通过优化,噪声系数较常规水平可改善15 dB以上。     

数字阵列雷达接收链路的噪声检测方法

在数字阵列雷达中,接收通道的性能直接影响着雷达整机的探测性能。接收链路中有模拟电路、数字电路,每个环节都可能出现噪声异常抬高现象,造成接收链路的性能指标下降,影响雷达系统的性能。文中依据雷达接收链路架构以及接收链路的噪声组成,分析了链路中噪声异常产生的影响,并以模/数(A/D)芯片噪声异常为例对雷达性能影响进行了仿真。基于噪声检测原理和器件特征,给出了数字阵列雷达接收链路噪声检测的两种方法,包括绝对值判别法和通道间比幅法,可实时定位故障链路,保证雷达任务顺利进行。     

一种基于并级联MZM的20倍频光生毫米波方案

为进一步提高光载无线通信(radio over fiber,ROF)系统中光生毫米波的倍频系数,提出了一种基于4个马赫-曾德尔调制器(Mach-Zehnder modulator,MZM)共同作用的20倍频毫米波信号产生方案。推导了理想情况下倍频方案的产生机理,在仿真实验中,分别分析了非理想因素下调制器直流偏置电压漂移、调制指数、消光比等对系统性能的影响,结果显示,当合理设置各参数的取值范围,其光边带抑制比(optical sideband suppression ratio,OSSR)和射频杂散抑制比(radio frequency spurious sideband suppression ratio,RFSSR)的饱和值高达33.20 dB和27.21 dB;针对基于此倍频方案的ROF系统,对比分析了2.5 Gbit/s数据信号的单双边带调制两种不同传输方式,仿真结果表明,当光纤距离为40 km时,单边带依旧可达无差错传输,降低了传输过程中码间走离效应的影响,增加了系统的传输距离,更适合远距离传输,为微波光子学的发展提供了一种理论依据。