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。     

基于混合集成的高增益光接收模块北大核心

针对光载无线通信(RoF)系统对高增益、小型化光接收模块(ROSA)的需求,基于混合集成技术,设计并制作了一种高增益的四通道ROSA器件,尺寸为20.0 mm×14.0 mm×5.9 mm。模块内集成了低噪声放大器(LNA)芯片以提高射频信号增益,建立了射频信号传输电路,并对器件特性进行了仿真分析。经测试,器件的射频信号增益达14 dB,-3 dB带宽为23 GHz,在1550 nm波长的入射光下,器件的响应度为0.81 A/W,相邻信道之间的射频信号串扰小于-40 dB。该模块对于减小RoF系统的体积和功耗具有重要意义。     

Ku波段下变频模块设计

针对一种大动态范围的 Ku 波段下变频模块进行设计,硬件电路上下分腔解决多通道变频设计时本振信号走线交叉问题,一中频上下穿腔的方式抑制高低频信号的串扰,提高链路的谐杂波抑制度。通过测试结果可以看出,下变频模块的增益≥46 dB,实现了两种中频带宽 15 MHz 和 30 MHz,通道的谐杂波抑制≥60 dBc,通道的动态范围 80 dB,能够满足模块技术指标要求。     

多通道薄膜铌酸锂阵列波导光栅研制

基于薄膜铌酸锂材料平台，通过开发金属掩膜与ICP刻蚀相结合的波导制备工艺，研制出了8通道且通道间隔400 GHz的阵列波导光栅，器件整体尺寸为1.28 mm×1.38 mm。测试结果表明，该阵列波导光栅的串扰小于-15 dB，通道非均匀性小于0.5 dB。该器件为薄膜铌酸锂基波分复用技术积累了研制经验，并有望推进多通道微波光子模块的小型化应用。     

一种高线性度的全双工光载射频系统

本文提出了一种高线性度的全双工光载射频系统.该系统克服了下行链路三阶交调失真与周期性功率衰落的影响,同时对上行链路进行波长重用,简化了基站的成本和复杂度,实现了高线性度的全双工光载射频系统.实验结果表明,与基于单个马增调制器的常规系统相比,本系统下行链路中三阶交调失真得到明显抑制,克服了光纤色散引起的功率衰落,系统无杂散动态范围提高17dB,宽带信号的星座图和误差矢量幅度改善明显,另外,上行链路可以实现稳定的波长重用及宽带信号传输.     

频谱分割DWDM无源光网络系统串扰实验研究

设计实现了基于宽光源频谱分割密集波分复用无源光网络(DWDM-PON)的实验系统。针对于相邻信道和非相邻信道串扰,通过串扰理论模型分析、系统实验测试得出的丢包率和光谱图比较了二者的影响;对比了理论和实验中DWDM-PON系统的串扰功率代价。结果表明:在信道间隔为0.8nm、速率为125Mbit/s的情况下,相邻信道串扰带来的光功率代价约为0.2dB;相邻信道引起的串扰远大于非相邻信道引起的串扰,非相邻信道引起的串扰影响可以忽略。     

基于硅纳米线波导的16通道200GHz阵列波导光栅

设计了基于硅纳米线波导的16通道,通道间隔为200GHz的阵列波导光栅(AWG)。传输函数法模拟了器件传输谱,结果表明器件的通道间隔为1.6nm,通道间串扰为31dB。器件利用SOI材料,由193nm深紫外光刻工艺制备。光谱测试结果分析表明,通道串扰为5-8dB,中心通道损耗2.2dB,自由光谱区长度24.7nm,平均信道间隔1.475nm。详细分析了器件谱线畸变的原因。     

一种线性化的全双工MIMO收发器设计

针对全双工MIMO收发器发射通道非线性以及接收通道存在强烈自干扰的问题,该文提出一种使发射通道线性化并通过射频多抽头重建与数字重建消除自干扰的具有较低硬件成本与软件复杂度的设计方案：(1)基于改进的串扰消除和数字预失真(CTC-DPD)算法并复用反馈通道进行去耦合和数字预失真使发射通道线性化、等增益;(2)在接收通道加入可调衰减器并用多维梯度下降法基于接收的残留自干扰功率最小原则调整抽头参数;(3)基于频域信道估计进行数字自干扰重建。实现的20 MHz带宽LTE全双工22 MIMO通信样机,发射通道经过线性化后带内更平坦,而带外噪声抑制了约30 dB。射频和数字消除一轮调整共耗时约0.17 ms,总消除能力约75 dB。16QAM映射时全双工双向数据速率总和220 Mbps,相对单向时的110 Mbps实现了频谱效率的翻倍。通信样机证明了该方案的可行性。     

多波长集成光源阵列封装用微波馈线设计

针对多波长集成光源阵列封装设计了一种具有低传输损耗、低串扰的阵列微波馈线。通过分析微带线和接地共面波导在传输高频微波信号时的优缺点,设计了一种桥型微波馈线结构。同时利用有限元法,对馈线尺寸参数进行仿真优化。在30GHz范围内,得到了反射系数低于-17dB、传输损耗小于0.4dB、相邻信号电极间串扰小于-26dB的仿真结果。设计了基于金线键合的阵列芯片方案,并通过有限元法仿真确定了传输性能良好的封装间距。     

1×32硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

采用高精度光刻版、PECVD材料生长、反应离子刻蚀和端面8. 角抛光等技术,设计并研制了1×32硅基二氧化硅阵列波导光栅. 研制的AWG芯片,其相邻通道引起的通道串扰小于-28dB,非相邻通道引入的串扰小于-35dB. 通道的插入损耗在进行光纤耦合封装后进一步提高,平均损耗约为4.9dB,不均匀性约为1.72dB.     

基于超长分布式2阶喇曼放大器的光载射频传输

为了提升光载射频传输链路的链路增益以及传输距离,采用了L波段的超长分布式2阶喇曼放大器结构对光信号进行放大。从理论上对分布式2阶喇曼放大器以及光载射频传输链路的原理进行了解释,利用信号光、1阶抽运光、2阶抽运光以及噪声之间的耦合方程组分析了它们之间的关系,并且得到了基于超长分布式2阶喇曼放大器的光载射频传输系统的1阶射频信号增益。通过数值仿真以及系统实验得到了抽运功率大小对超长分布式2阶喇曼放大器的开关增益的影响、光载射频传输系统在0GHz~7GHz范围内的频率响应及其射频增益以及该光载射频传输链路在应用超长分布式2阶喇曼放大器后的相位噪声情况。结果表明,光载射频传输在超长分布式2阶喇曼放大器的作用下获得了28.1dB的链路增益,在距离为80.94km的光链路上实现了近似无损传输,射频信号开关增益与射频信号频率无关。该研究在光载射频链路的长距离传输中有重要的应用价值。     

1×32硅基二氧化硅阵列波导光栅的研制

采用高精度光刻版、PECVD材料生长、反应离子刻蚀和端面8°角抛光等技术,设计并研制了1×32硅基二氧化硅阵列波导光栅.研制的AWG芯片,其相邻通道引起的通道串扰小于-28dB,非相邻通道引入的串扰小于-35dB.通道的插入损耗在进行光纤耦合封装后进一步提高,平均损耗约为4.9dB,不均匀性约为1.72dB.     

8通道-1.6nm Si纳米线阵列波导光栅的设计与制作

设计了基于绝缘层上硅(SOI)材料的8通道Si纳米线阵列波导光栅(AWG),器件的通道间隔为1.6nm,面积为420μm×130μm。利用传输函数法模拟了器件传输谱,结果表明,器件的通道间隔为1.6nm,通道间串扰为17dB。给出了结合电子束光刻(EBL)和感应耦合等离子(ICP)刻蚀技术制备器件的详细流程。光谱测试结果分析表明,器件通道间隔为1.3～1.6nm,通道串扰为3dB,中心通道损耗为11.6dB。     

310km广电1550nm干线模拟电视传输

本文论述了310km广电干线模拟电视传输。该项目在黑龙江红兴隆农垦系统得以实现。项目实施历时1个月,创造了国际和国内广电1550nm干线模拟电视传输现场应用的三个纪录:最远的模拟电视干线传输全光链路:红兴隆到饶河310km传输,为目前国际和国内最远距离光链路传输记录,之后再经过三级1310nm光传输网,累积长度达380km;最大的模拟电视干线传输跨度:有二处单跨距最大,居国际和国内之冠,农垦总局到曙光农场87km,红旗岭农场到饶河90km,均无中继点,实施难度较大,通过EDFA直接大跨距传输87km和90km,并且链路末端增加了损耗较大的色散补偿模块(60km损耗6dB),结合入纤功率的控制和严格抓光链路施工质量克服困难,节省了一定的建网成本:最远的模拟电视干线传输Overlay应用:在172km处的853农场实现Overlay,1550nm直调光发射机传输叠加到干线光信号上(外调制光波长和直调光波长合波在一根光纤上传输)的传输距离达到50km,也是目前国际和国内应用Overlay的最远记录。通过直调1550nm光发射机波分复用叠加3套模拟节目(农场本地频道或大量窄播数据应用)进入干线光传输系统,解决了1550nm干线传输之后在本地接入的全光应用(干线传输信号不需要光电光二次转发)。     

利用DFB激光器非线性的高线性射频光传输链路

提出了一种利用分布反馈DFB（Distributed Feedback laser）激光器的非线性对射频光传输系统动态范围进行优化的方案。实验研究了半导体分布反馈激光器的非线性,基于实验结果分析了DFB激光器的偏置电流与线性性能的关系。在此基础上建立了对马赫曾德外调制（Mach-Zehndermodulator,MZM）射频光传输系统线性优化方案。实验结果表明,该实验系统有效抑制了系统三阶交调量,系统的动态范围得到改善,当输入射频信号中心频率4 GHz,双音号间隔10 kHz时,三阶交调失真抑制23.1 dB,无杂散动态范围提高8.68 dB。     

耦合传输线信道传输矩阵建模及串扰抵消效果分析

针对高速互连系统中传输线上的串扰问题,基于电磁耦合理论,研究了耦合传输线信道传输矩阵的性质,建立了以下两种情况的耦合传输线信道传输矩阵模型及其矩阵分解形式,分别是：（1）考虑受扰线两边各一条相邻微带线对受扰线的串扰;（2）考虑受扰线两边各两条相邻微带线对受扰线的串扰.给出了上述两种情况下基于耦合传输线信道传输矩阵分解形式的串扰抵消方案,并利用仿真工具ADS对其进行了验证.结果表明：信号抖动和失真大幅下降,串扰抵消效果良好,并且第二种情况下的串扰抵消效果优于第一种情况.该结果说明了在基于耦合传输线信道传输矩阵进行串扰抵消时,考虑两边各两条相邻微带线的串扰效果较好,对保持高速信号完整性具有一定的实际应用价值.     

基于二维光子晶体的双谐振腔6通道WDM设计

针对全光通信网络容量和频谱效率问题，文章提出了一种基于二维(2-D)光子晶体点缺陷谐振腔与线缺陷波导耦合特性的双谐振腔6通道波分复用器(WDM)。运用2-D时域有限差分法进行性能参数分析，考虑相对折射率的影响，选择双谐振腔和单个直波导耦合的方式，实现了1 451、1 487、1 557、1 658、1 440和1 604 nm 6波长的波分复用。实验结果表明，该WDM具有高达218 nm的光谱覆盖范围，各通道的传输效率均高于91%,插入损耗均小于0.43 dB,通道间串扰均小于-9.2 dB,且大小也只有13.56μm×19.21μm,对光通信系统中粗波分复用非常有用，对于密集波分复用也有参考意义。     

光纤激光水听器阵列实验研究

构建了基于分布反馈式(DFB)光纤激光器的光纤激光水听器阵列,4元DFB光纤激光器通过同一个980nm激光器同线泵浦,阵列发出的1550nm左右的复合激光通过解波分复用(BWDM)分离至独立的通道,实验结果表明,4元光纤激光水听器探测的水声信号能被无失真的解调,阵列各通道间串扰小于-60dB。     

一种X波段船舶导航雷达射频接收机设计

根据一种X波段船舶导航雷达的总体技术指标,研制了一款与之配套的低噪声镜像抑制射频前端接收机。整个接收机由限幅、低噪声放大、镜像抑制混频三个主要功能模块构成。在研制过程中采取由独立到集成的研制思路,在每个独立模块的性能经测试符合技术指标的基础上再进行整个接收机的集成设计及实验测试,给出了接收机的噪声及链路增益测试曲线。测试结果表明：该射频接收机在9.36 GHz~9.46 GHz频率范围内具有3.6 dB的噪声系数及2.5 dB的链路增益,镜像抑制度达到30 dB,各项性能指标均满足船舶导航雷达使用要求。整个前端模块体积小、成本低,适合民用领域的规模化生产。     

一种-16 dB ~12 dB增益范围的高线性度PGA设计

可编程增益放大器广泛应用于射频接收通道,起中频放大、驱动模数转换器的功能.基于电阻反馈运放设计的可编程增益放大器具有动态范围大、线性度高的特点.文中采用互补金属氧化物半导体工艺设计实现了一种基于全差分运放和衰减器的宽范围、高线性度可编程增益放大器.测试结果表明增益变化范围为-16dB～12dB,步进为1 dB,输出1 dB压缩点大于10 dBm@60 MHz,输出三阶交调点大于26 dBm@60 MHz.