基于光纤的稳相传输技术研究

发布时间：2020-11-08 06:55

　　 由于光纤本身具有低损耗和低本征噪声等特性,通过它来传输高度稳定的频率信号有许多优势,并且在过去的几十年已经成为了全球范围内的研究热点。在应用需求和成本等多方面因素的作用下,传输射频信号成为光纤频率传输的发展趋势。不过光纤容易受环境因素的影响而出现传输延时的变化,进而导致在其中传输的射频信号的相位产生抖动。论文围绕目前的稳相传输系统中,相位稳定时纠正速度较慢、延时稳定时补偿范围受限等问题,研究了针对性的解决方法,并在此基础上设计了适合多天线阵列信号接收的稳相回传系统。针对直接调节射频信号相位的稳相传输系统,存在相位抖动纠正速度较慢的不足,论文研究并设计了使用相位共轭的方法来稳定信号相位的方案。该方案不依赖任何相位锁相环路,可以实现快速的相位纠正,也不需要相位可调器件,所以相位的调节范围不受限制。实验实现了2.42GHz信号在30 km光纤中的稳相传输,并验证了系统对信号相位抖动的快速纠正能力。传输后信号半小时时长的均方根相位抖动为0.026 rad,链路延时变化700 ps时,信号传输延时抖动的峰峰值为2.73 ps。鉴于稳定链路延时的稳相传输系统,往往难以实现大范围的延时调节,因此论文研制并实现了利用色散延时来补偿光纤延时抖动的系统。系统根据光纤的延时抖动来调节光载波波长,形成一个色散导致的光可调延时,用来稳定链路的抖动。色散可调延时的大小和光纤的长度成正比,所以可以获得非常大的延时调节范围。实验中经过54 km的光纤传输后,2.42 GHz信号的均方根延时抖动为0.854 ps。另外该系统具有宽带特性,可以同时传输多个频率信号或宽带信号。另一个实验在30 km的光纤链路中同时传输了2.46 GHz和8.00 GHz的信号,在两个频率处都实现了对相位抖动很大的抑制。为了进一步提高传输系统的稳定性,论文中还引入了压电陶瓷光纤延迟线来消除链路中变化迅速但是较小的延时抖动,它与色散延时结合,可以获得大范围、细尺度的延时控制。实验实现了2.48 GHz的射频信号通过60 km的光纤的传输,获得的频率秒稳定度为6.5×10-14,104 s的稳定度为2.1×10-1为了解决多天线阵列接收信号时在天线处变频容易引入额外的相位抖动,进而影响系统性能的问题,论文设计了宽带射频信号的稳相回传系统,它可以将天线接收到的射频信号直接相位稳定地传输回处理中心。实验实现了2.5 GHz射频信号的稳相回传,传输链路长度为45 km,回传后的秒稳定度为3.3×10-13,104 s的稳定度为7.5×10-17。总的来说,论文主要针对现有的射频光纤稳相传输系统的不足之处,研究和设计了解决这些不足的稳相传输方法和系统。论文的研究成果已经成功地应用于航天飞行控制中心的无线电测月数据接收处理系统,保证了系统对嫦娥三号卫星X波段信标信号的精确采集,并有望在未来的高精度深空探测领域获得进一步的推广。
【学位单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN253
【部分图文】：

第一章绪论??Ｉ??图１－２银河系星光下的ＡＬＭＡ天线降列曰Ｉ。??Ｗ阿塔卡玛大型毫米波／亚毫米波天线阵列（ＡＬＭＡ）为例ＩＷ，它由六十多个天??线组成，天线间的最长距离可化达到１８?ｋｍ。天线阵列设计的频谱接收范围为３?Ｗ５０??ＧＨｚ，如此离频率的信号需要在天线处进行下变频和数字化后传输回处理中也用??于下变频的本振信号的频率需要达到２７－９３８?ＧＨｚ，本振信号通过传输２７－１４２?ＧＨｚ的??本振参考信号到天线，在天线处进行锁相倍频来获得为了保证各个天线接收到??的信号的相位相干性，天线处的高频本振信号必须是相位相干的。本振参考信号通过??处理中也高稳定的原子钟获得，并且在传输到各个天线的过程中，它们的延时不稳定??度需要小于３８?ｆｓ

它可１＾１根据探测到的链路抖动来改变光信号的频率，进而影响传输后信号的相位。德??国马普学会量子光学研究所（ＭＰＱ）和联邦物理技术研究院（ＰＴＢ）进行了很多传输??光频率信号的实验Ｗ－４６】。如图１－４，实验中传输的光频率为１９４ＴＨＺ?（？１５４２ｎｍ），其??线宽为几个Ｈｚ，光纤链路的长度达到了?９２０?ｋｍｌｊｉｌ。??，扣?Ｓｔａｎｄａｒｄ?隨Ｉ?，妄私??義Ｉ?良ｉＶＴｉ無？中一艇．Ｉｓ霄?４、－－－??Ａｂｓ．?Ｆｒｅｃｕｅｎｃｙ?Ｍｅａｓｕｒｅｒｒｅｎｔ?ｙ?ｊ?ｉＴ?？？?？?－?＾?２??青舞Ｖ續讀＇言??；点＇?Ｉ??Ｍｌ?口?ｆｃａ?卿放＼?．?Ｉ??巧無ｔ：。；资。??ｉ?ｃａｒｒｉｅｒ?Ｐｈａｓｅ?Ｍｅａｓｕｒｏｍｅ＾ｒ＂＇＇＂＾?ＩＫ??图１－４?ＭＰＱ和ＰＴＢ通过光汁链路传输光频率信号的实验系统Ｉ＇ｉｉｌ。??系统的稳定度如图１－５，使用Ａ型计数器进行测量，秒稳定度为５Ｘ１０－１Ｓ，并且在??１０００?ｓ平均时间后，达到１０－＂量级Ｗ。这里的稳定度是用修正阿伦标准偏差（ｍｏｄｉｆｉｅｄ??ＡＤＥＶ）来表示的，在后面的章节中会对ＡＤＥＶ的概念进行介绍，这里只要知道它是??频率稳定度的一种最常用的表征形式。在接下来的实验中，这两个研究所还进行了??１８４０?ｋｍ距离上的光频率信号的稳相传输１＾＾

图１－５?ＭＰＱ和ＰＴＢ通过光巧链路传输光频率信号实验的稳定度ｔＷ。??法国的物理激光实验室（ＬＰＬ）也进行了光频率信号稳相传输的研究ｌ４７－Ｗ，并提??出了一种中继传输的方式１４７１。如下图１－６所示，每个中继节点接收上一节点发送过来??的稳定的光频信号，然后转发给下一节点，每个节点负责它和下一节点之间信号传输??的相位稳定，相邻节点间的传输距离可Ｗ达到上百公里。使用这种方式，ＬＰＬ在同时??伴随着数据传输的实际通信链路中进行了?３００?ｋｍ的长距离光频率信号传输，系统的??秒稳定度达到了?３ｘｌ〇’ｉ５，?２０小时平均时间的稳定度为５ｘ］（Ｔ２°。??９？９?ｗｍ?ｍｍ?？ｍｍ?？■？■？?ｍｈ＊?ｉ？ｎ４?３ＮＮ？?ｓｃ＊ｗ?ｓｎｍ?？？？？?ｗｍ?？？？？？?９＾?？＊〇？?ｍｍ？?ｖｗ－?ｓｍ？?ｖｃ？？?ｏｔｍｏ?？？？：??ｆ—、、?Ｓｔａｔｉｏｎ?Ｎ?Ｊ??凹?ｓ?ＯｐＷｃａｌ?ｓ??………?Ｉ?３日ＭＨＺ?，?Ｔ?ｍｏｄｕｌｅ??，ｉ｜?國＋ｉ?Ｔ??Ｎ－１?Ｉ?＇?＇?ｔ?＊?．１?Ｊ?Ａ０Ｍ１?山ｉｎｋＮＭ?Ｔｏ??Ｉ?［ＦｉｂｅｒＬａｓｅｒＨＡ〇＞ｐＨｐ叫！?—￣Ｗ５Ｍｌ￥ｌ?４〇ＭＨｚ．｜｜?ｓｔａｔｉｏｎ??ｉ?卓立巫軒ｓｉ’?、ｙ?／?Ｎ＋１??ｉｆ呼Ｈｐ却￣￣Ｍ?：■?Ｉ??Ｉ?尼每｝篇ｎｇ?？委］??ｉｊ?．■；！■．■■…ｉ?７５ＭＨｚ?￣?
【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 孟娜;;京津铁路客运专线工程时间同步系统概述[J];铁路通信信号工程技术;2008年03期

本文编号：2874438