低噪声系数微波光子链路的设计

首先分析了激光器的强度、电光调制器的半波电压与偏置电压对微波光链路噪声系数的影响,进行系统优化,然后级联低噪声放大器,并采用互相关技术最终实现了低噪声系数微波光子链路的设计。

外调制微波光子链路性能研究

针对外调制方式工作的微波光子链路,建立了链路的小信号分析模型,理论仿真了调制器输入光功率及调制器直流偏置点对链路增益、噪声系数和线性动态范围的影响。理论仿真与实验结果表明,适当增大调制器输入光功率以及使调制器工作在最佳线性偏置点,可提高链路增益和线性动态范围,同时降低链路噪声系数。该研究为优化外调制微波光子链路性能提供了有益参考。

基于相位调制的线性化微波光子链路

针对微波光子链路在抑制三阶交调失真的同时不能消除二阶交调和二次谐波失真的问题,设计了一种基于相位调制的线性化微波光子链路。通过单边带(SSB)调制和平衡探测的方法,可有效抑制三阶交调、二阶交调与二次谐波失真,基频信号功率增大一倍且不存在色散效应。进行了理论分析研究并利用Optisystem进行了仿真实验,结果表明:相对于传统SSB相位调制的微波光子链路(MPL),该方案的SFDR提高了17dB。

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120dB·Hz^(2/3)左右。

基于相位调制的无色散大动态范围微波光子链路

为了抑制微波光子链路的三阶交调失真,提高链路的动态范围,提出了一种基于相位调制的无色散大动态范围的微波光子链路。通过对相位调制器横电模和横磁模的使用,以及将相位相差π的两路信号相加,消除三阶交调失真;另外,由于线性化后双边带信号转变为单边带信号,消除了色散的影响。仿真实验结果显示,与传统相位调制的微波光子链路相比,该方案的无杂散动态范围扩大了约19.5dB。

微波光子链路无杂散动态范围概述

本文介绍了微波光子学应用前景和微波光子链路研究现状,研究限制微波光子链路动态范围的首要因素三阶交调失真,以及提高链路动态范围的现有技术,并且提出了未来微波光链路设计中需要解决的问题。

基于双平行相位调制器的微波光子链路系统

针对相位调制微波光子链路输出信号无法被光电探测器直接探测的问题,采用双平行相位调制器搭建微波光子链路,从而实现相位调制的直接探测。双平行相位调制器微波光子链路采用2个相位调制器,通过调节调制器的相位偏移差为π,使2路相位调制信号在接收端拍频时不会相互抵消,实现微波信号相位调制直接探测。采用光仿真软件Optisystem进行链路模拟仿真设计和性能分析,仿真结果表明:优化后的链路可有效传输相位调制信号,并具有结构简单和噪声小等优势。

超长距离无中继微波光子链路传输的探讨

文章建立了采用外调制方式的超长距离无中继微波光传输链路的理论模型,分析了超长距离无中继微波光子链路传输系统在工程设计中需要考虑和解决的问题及其实现方案,论述了超长距离无中继微波光传输方案的应用模型及各种设备在系统中所起的作用。

基于EDFA的微波光子链路噪声系数研究

文章首先展望了微波光子技术的发展前景,接着阐述了影响微波光子链路噪声系数的主要因素,分析了散粒受限系统和RIN噪声受限系统噪声演化规律,总结了系统中加入EDFA后的噪声特点。搭建实验链路,实验结果表明,进入EDFA光功率超过10dBm,系统的噪声系数与输入EDFA光功率不再满足线性关系,出现压缩。这一结论对指导实际的微波光子链路设计非常重要,可以根据系统中EDFA的光功率大小估算链路噪声系数。

高增益微波光子链路的设计

微波光子链路基于光纤的低损耗、大带宽、抗电磁干扰等优点而得到广泛地应用。一方面,分析了激光器的输出功率与电光调制器的偏置电压对微波光链路增益的影响,通过优化系统参数提高链路增益;另一方面,基于理论分析与仿真,结合实际器件的性能指标,提出了实现高增益链路的具体实施方案。

浅析电源性能对微波光子链路相位噪声的影响

从噪声源的产生机理和相位噪声定义的角度出发,浅析线性电源及开关电源中的纹波抑制和噪声对微波光子链路的相位噪声指标的影响。针对在微波光子系统中运用较多的开关电源进行优化设计,并将优化前后的两组方案进行实验验证、测试两种情况下微波光子链路的噪声系数指标,得出结论,给微波光子链路系统的电源设计提供参考。

微波光子链路附加于电域相噪的理论研究

随着近些年微波光子学的快速发展,对微波光子链路的相位噪声的关注越来越高,本论文基于直调微波光子链路建立了链路对微波信号产生的附加相位噪声的理论模型。

大动态范围微波光子链路的建模与分析

对微波光链路的三阶无杂散动态范围进行了理论建模,并分析了激光器输出功率、调制器的半波电压与偏置电压对动态范围大小的影响。结果表明,较大的激光器输出功率、调制器的低偏置工作电压与适中的半波电压是获取大动态范围的有效方式。

基于双波长双并联调制的大动态范围微波光子链路

为改善微波光子链路的动态范围,提出了一种基于双波长双并联调制的线性化方法。仿真分析了激光器输出光功率漂移对该线性化链路无杂散动态范围的影响,结果显示基于现有的商用器件即可实现该线性化方法。此外,实验对比了单调制器基本链路和双波长双并联调制线性化链路的性能。实验结果显示,线性化后,链路的压缩动态范围提高了1.5 d B,无杂散动态范围提高了15.6 d B,其中无杂散动态范围可达到122.5 d B·Hz4/5。该线性化方法简单、易实现,为光链路动态范围要求较高的应用领域提供了一种很好的解决方案。

两路输入前置光放大星间微波光子链路优化

考虑到星间微波光子链路传输损耗大且多路微波信号之间交调干扰严重,利用前置光放大来提高链路的信号噪声失真比RSNDR。建立了两路输入前置光放大星间微波光子链路模型,推导出了RSNDR的解析表达式。通过优化马赫-曾德尔调制器的直流偏置相移,使得在给定输入射频信号功率条件下RSNDR最大,并进一步分析了前置光放大器参数对最优直流偏置相移和RSNDR的影响。仿真结果表明,前置光放大改变了影响RSNDR的主要因素,使信号放大的倍数大于噪声和三阶交调(IM3)放大的倍数,从而提高了链路的RSNDR。当前置光放大器增益为20dB、噪声系数为3dB时,最优的RSNDR比不加前置光放大器时提高24dB。前置光放大器增益和噪声系数对最优的RSNDR影响很大,而对最优的直流偏置相移几乎无影响。

探测器非线性对微波光子链路性能的影响

提出了一种新的光电探测器(PD)非线性模型,进而分析了PD非线性对系统增益及三阶无杂散动态范围(SFDR3)的影响。实验表明,当调制器的直流偏置角变化时,含PD非线性的实际链路与忽略PD非线性的理想链路相比,信号增益的最大值将下降1.7dB,SFDR3最大值下降3dB,因此在高性能链路中考虑探测器非线性是十分必要的。

双频段信号同步调制下星间微波光子链路性能分析

多频段多路信号同步调制时,星间微波光子链路性能与单路信号调制时相比有很大不同。基于Ku和Ka频段4路信号同步调制的星间微波光子链路模型,实现了卫星接收射频信号在光域上的放大、传输和分束等处理,利用贝塞尔函数展开分析了输出端非线性失真分量,推导了单边带、双边带和推挽调制方式下输出信号失真比(SDR)和信号噪声失真比(SNDR)。结果表明,非线性失真对单边带调制的影响小于双边带调制;单边带和双边带调制时最优输出SNDR值相同,对应的双边带调制时调制系数小于单边带调制;推挽调制方式时低偏置相位不能优化输出SNDR值。综合考虑输出信号质量和功耗因素,多频段信号同步调制时星间微波光子链路应选取双边带调制方式。

带前置光放大的星间微波光子链路性能优化

考虑发射机和接收机对准误差引起的信号衰落,推导出带前置光放大的星间微波光子链路输出信噪比(SNR)的解析表达式,并建立了基于平均SNR原则的链路优化模型。在给定SNR要求及对准误差条件下,对Mach-Zehnder调制器(MZM)直流偏置相移进行了优化,使所需激光器(LD)输出功率最小,并进一步分析了前置放大器参数对最小LD输出功率和最优直流偏置相移的影响。数值仿真结果表明,与增益相比,前置放大器噪声系数决定了指定SNR所需的最小LD输出功率。当对准误差角标准差为0.4μrad时,噪声系数加倍会使SNR达到15.56dB时所需的最小LD输出功率增加6.73dB。然而,前置放大器噪声系数对最优的直流偏置相移几乎无影响,噪声系数加倍后最优直流偏置相移的变化不会超过0.003π。

直调与外调型微波光子链路线性度的实验研究

理论研究了直接调制与外调制模式下的微波光子链路的线性度,以直调激光器为核心器件的直接调制型短距离微波光子链路具有明显优势。着重开展实验研究,采集和分析两种调制模式下的信号,获得关键性能参数,包括链路损耗、线性动态范围(CDR)和无杂散动态范围(SFDR)。比较了不同长度光纤传输下的动态范围,发现直接调制型微波光子链路经10 km光纤传输后性能显著下降。此外,纳入直调激光器线宽、啁啾因素,实验研究了不同长度光纤下色散的影响。结果显示,直接调制型短距离微波光子链路具有高线性度的优势。

单驱动双平行马赫-曾德尔调制器的微波光子链路宽带线性化

为了提高微波光子链路在宽带传输的无杂散动态范围(SFDR),提出了一种单驱动双平行马赫-曾德尔调制器(SD-DPMZM)的宽带线性化方案。该方案通过使用一个180°混合耦合器和调整调制器的偏置点,在理论上完全消除三阶交调失真(IMD3)。输入双音信号进行仿真,实验结果表明该方案能完全消除IMD3,当以10 GHz和10.01 GHz为双音信号输入时,IMD3抑制达68 dB,SFDR比传统型提高14.5 dB。此外,信号从X波段变化到K波段时,SFDR可始终保持在114.3 dB·Hz^(2/3)以上。