微波本振的光纤稳相传输技术研究

发布时间：2020-07-31 15:27

【摘要】：光纤稳相传输是通过光纤传输高稳定度时钟参考信号的技术,被广泛应用于甚长基线干涉、时钟比较等领域。时钟有多种表现形式,可以是一个微波频率的本振信号,也可以是一个高稳定度的光频。通过光纤进行微波本振的稳相传输具有稳定性高、使用方便、成本较低等优点,近年来获得了研究人员的广泛关注。在光纤稳相传输系统中由于光纤受到环境温度、应力等因素的变化,传到远端的本振信号相位噪声恶化,需要对相位误差进行检测,并且进行校正。本文介绍了光纤稳相传输的理论基础以及微波本振光纤稳相传输的基本方法,对系统中涉及到的重要因素进行了分析,并提出一种基于中频相位校正的微波本振光纤稳相传输方法,使得在不牺牲校正范围和系统复杂度的情况下,传输时钟的频率得以提高。光纤稳相传输主要分为两类主要方法：第一种传输被微波本振强度调制的光载波,第二种直接传输高稳定度的光频。这两种方法的区别本质是相位(或传输延时)检测方法的区别。此外,校正方法也能分为基于声光调制器、光纤拉伸器和压控振荡器三种主要方法。本文以此为基础对光纤稳相传输系统中使用到的常用方案进行比较,分析了各自的优点和缺点。本文探讨了微波本振光纤稳相传输系统的设计理论,从线性模型出发分析其性能、稳定性、环路滤波器设计等稳相传输系统中所涉及到的关键问题,并且对系统中的部分噪声进行了理论分析,研究了加性白噪声对信号相位噪声的影响,将其应用在光电接收机上,分析它对系统的影响。此外,还对常用的电路与光路器件对相位噪声的影响进行了测量。微波本振信号的频率越高,系统对传输延时的灵敏度越高,传输系统对时钟信号稳定性的影响越小。但是由于射频压控振荡器以及环路带宽的限制,较难同时实现对射频信号相位的精确和大范围控制,因此较少有方案能够实现远距离传输10 GHz的微波本振信号,并且同时具有无限大的相位校正范围。针对这个问题,本文提出的基于中频相位校正的微波本振稳相传输系统,将相位校正信号通过中频的压控振荡器产生,并用单边带调制器搬移到射频上,实现对10.03 GHz微波本振信号相位的精确控制,并且以此为基础进行远距离稳相传输。系统在10000秒平均下的不稳定性低于1×10-16,相位噪声在1 Hz频偏处为-70 dBc/Hz,本地端与远端的信号相位差峰峰值不超过±0.03π。本系统具有实现方便、所用射频器件较少、稳定性高、不易出现周期滑步等特点,适合微波频率的本振信号远距离稳相传输。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN253

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本文编号：2776659