光纤频率传输中频率合成模块的设计与实现

发布时间：2017-07-13 15:09

  本文关键词：光纤频率传输中频率合成模块的设计与实现

  更多相关文章： 上变频 下变频 相位补偿 光纤频率传递

【摘要】：近年来原子钟技术发展迅速,目前商用化的铯原子钟天稳定度已经达到了10-16的量级,现有的基于卫星的长距离频率传递技术,其频率稳定度只能达到10-15/天的水平,无法满足高稳定度频率对比的需求。光纤传输具有带宽大、损耗小、抗干扰性强等优点,具备实现高稳定度频率传递的巨大潜力,并引起了国内外的广泛关注。当前高质量的频率源输出信号的频率一般在10MHz~100MHz之间,相噪指标要优于光纤链路的本底噪声,为了克服这个问题同时为了提高在频率补偿时相位差信号的检测灵敏度,需要对原子钟输出的频率信号倍频到较高的频率进行光纤传递,同时在远端需要用下变频的方法将信号还原成初始的频率传递给用户。本文采用锁相环电路倍频的方法实现了将频标信号从10MHz到1GHz的100倍频,同时设计了FPGA控制电路以实现对锁相环芯片上电后自动写入控制字程序的过程。而在下变频端,通过两级分频实现了100分频,得到用户需要的10MHz的频率信号。实验结果表明,在经过先倍频再分频后,输出信号与原始频标信号相比在近端1Hz处的相噪仅恶化了3dBc/Hz,而远端100KHz处的相噪提高了2dBc/Hz;与RS公司的频率综合器SMF100A的频率变换效果相比在1Hz处的相噪提高将近20dBc/Hz。将设计的上下变频模块加入到20km光纤链路的频率传输系统中,并利用本课题组已有的光学相位补偿方案对其进行补偿,最后实现了4×10-13的秒稳定度和1.6×10-15的1000秒稳定度。本文首先简单介绍了微波光纤的基本组成以及传输链路引入的各类噪声,并分析了激光器的相位噪声和外界温度变化对光纤频率传输稳定度所造成的影响。其次对上变频模块进行了仿真和设计,并且为克服每次掉电后寄存器不能保存数据的影响而制作了相应的FPGA控制电路,同时利用两级分频的方式设计了100分频模块。最后测试了上下变频模块的输出频率和相位噪声,然后将其接入到光纤频率传输系统中与微波源的变频效果进行了对比,并测试了补偿前后系统的频率稳定度;进行了时间和频率信号在100km光纤链路上的同时传输并分析了相关的实验结果。
【关键词】：上变频 下变频 相位补偿 光纤频率传递
【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】：TN74
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 光纤频率传递国内外研究进展10-13
• 1.3 频率合成技术研究现状13-14
• 1.4 本文主要工作14-16
• 2 光纤频率传递与频率合成原理16-39
• 2.1 频率稳定度16-20
• 2.1.1 精密频率源输出的噪声模型16-18
• 2.1.2 频率稳定度的频域表征量—相位噪声18-19
• 2.1.3 频率稳定度的时域表征量—阿伦方差19-20
• 2.2 光纤频率传递链路分析20-28
• 2.2.1 链路的基本构成21-23
• 2.2.2 光纤链路中的噪声分析23-28
• 2.3 频率合成技术简介28-30
• 2.3.1 直接模拟频率合成28
• 2.3.2 直接数字频率合成28-29
• 2.3.3 锁相环频率合成29-30
• 2.4 锁相环30-38
• 2.4.1 锁相环的基本组成30-36
• 2.4.2 锁相环的相位噪声分析36-38
• 2.5 本章小结38-39
• 3 变频电路的设计与分析39-54
• 3.1 上变频电路的设计39-45
• 3.1.1 压控振荡器的选择41-42
• 3.1.2 环路滤波器的选择42-45
• 3.2 FPGA控制电路的设计45-48
• 3.3 下变频电路的设计48-52
• 3.4 本章小结52-54
• 4 变频电路的实现与测试54-66
• 4.1 上下变频的电路实现54-55
• 4.2 变频电路的测试55-64
• 4.2.1 上变频电路的频谱测试55-57
• 4.2.2 下变频电路的频谱测试57-60
• 4.2.3 变频电路的相噪测试60-64
• 4.3 本章小结64-66
• 5 光纤频率传递系统实验66-78
• 5.1 单纯光纤频率传递实验66-71
• 5.1.1 无补偿光纤频率传输测试66-69
• 5.1.2 有相位噪声补偿光纤频率传递实验69-71
• 5.2 光纤时间和频率同时传递实验71-76
• 5.3 本章小结76-78
• 6 总结与展望78-80
• 参考文献80-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间发表论文情况84-86

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 方洪俊;;一种宽频带、高速频率合成方法的研究[J];无线电工程;2000年08期

2 李兆训;现代通信中的频率合成新技术[J];电子产品世界;2002年18期

3 周杰,吕良飞,栾宝宽,董茂林;一种数字式频率合成环路的设计与应用[J];电子工程师;2002年07期

4 周登荣;;频率合成解决方案[J];攀枝花学院学报;2006年04期

5 房启志;张盱昊;罗海明;耿爽;;基于数字补偿的快速频率合成方法的研究[J];沈阳航空工业学院学报;2007年01期

6 董继承;黄宇;;频率合成方案浅析[J];科技资讯;2007年16期

7 姜涛;;频率合成方法与实现[J];中华文化论坛;2008年S1期

8 付聪;;应用于某雷达射频前端的频率合成模块设计[J];大众科技;2010年03期

9 成华强;;锁相环在捷变频率合成中的应用[J];电子质量;2010年07期

10 胡仁深;数字式频率合成的一种新方法[J];电讯技术;1983年02期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 丁宗文;李铭祥;葛建民;;一种新的锁相式频率合成源的实现[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年

2 方立军;马骏;龚晓凌;;雷达低噪声锁相频率合成[A];中国电子学会第七届学术年会论文集[C];2001年

3 周东明;卢中昊;李高升;何建国;;P波段瞬态极化雷达频率合成控制组件设计[A];2009年全国微波毫米波会议论文集（下册）[C];2009年

4 张显满;;利用声体波器件实现频率合成[A];1991年全国微波会议论文集（卷Ⅱ）[C];1991年

5 管弘;纪华;汪海勇;纪晨华;黄丽芳;龙程;宋伟霖;;1MHz～26.5GHz宽带频率合成信号源[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

6 纪晨华;刘同贺;纪华;;1MHz～26.5GHz宽带频率合成信号源ALC稳幅技术的探讨[A];2003'全国微波毫米波会议论文集[C];2003年

7 黄蕾;王祝盈;陈小林;谢中;;改善直接数字频率合成信号质量的研究[A];2004全国测控、计量与仪器仪表学术年会论文集（下册）[C];2004年

中国重要报纸全文数据库 前4条

1 浙江 陈军伟;自制宽频带频率合成寻呼码发生器[N];电子报;2002年

2 四川 杨虹;ZN-0112调频立体声发射机及锁相环频率合成单元电路剖析[N];电子报;2002年

3 山东 郑茂欣;频率合成器信号源[N];电子报;2006年

4 武汉 叶启明;自制两功能逻辑笔[N];电子报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 詹铭周;小型毫米波频率合成技术研究[D];电子科技大学;2011年

2 陈海琴;光学频率合成关键技术研究[D];华东师范大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 贺双;低相噪频率合成模块的研究与实现[D];电子科技大学;2015年

2 雷鑫;基于FPGA的数字锁相环与直接数字频率合成器设计与实现[D];电子科技大学;2014年

3 王文超;合成源信号产生与控制模块设计[D];电子科技大学;2014年

4 宗慎言;一种面向微型核磁共振的射频发射电路研究[D];东北大学;2014年

5 杨鉴;声光信号处理测试系统硬件的设计与实现[D];电子科技大学;2015年

6 王宁;基于FPGA的多波形信号源研究和仿真[D];河北科技大学;2015年

7 刘超;10MHz-6GHz频率源研究[D];电子科技大学;2014年

8 彭昭;基于FPGA的直接数字频率合成器的设计[D];电子科技大学;2015年

9 王灵东;光纤频率传输中频率合成模块的设计与实现[D];上海交通大学;2015年

10 孙尉恒;小数频率合成源技术研究[D];电子科技大学;2003年

，

本文编号：537362