微波光子传输链路的精准控制研究

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微波光子链路是微波光子学研究的主干,微波光子传输链路继承了微波光子技术的主要特点。其充分的利用了微波光子技术高频宽带、抗电磁干扰、低传输损耗等优点,有效的克服了传统微波通信中“电子瓶颈”的限制,给高频宽带通信领域提供了新的方向。本文从微波光子传输链路的结构展开研究,针对宽带信号在微波光子传输链路的线性化和稳定控制提出了解决方案,研究内容主要分为以下两部分。1、对于传输链路的宽带线性化,本文以典型的幅度调制直接检测(IMDD)链路为例,阐述了链路传输非线性产生的过程。然后分析了基于双平行马赫-曾德尔调制器(DPMZM)常用的链路线性化方案。分析表明,通过调节输入功率比和调制器偏置电压的方案,由于偏置电压工作在非常用偏置点上,会存在难以稳定的问题;通过外部相移器控制输入相位,使调制器偏置电压工作在常用偏置点上实现链路的线性化,但是外部相移器的使用,导致了输入路径的不对称,限制了链路的宽带线性化传输出。针对上述问题,本文提出了基于单驱动双平行马赫-曾德尔调制器(SD-DPMZM)的微波光子链路宽带线性化模型。该模型只需一个180°混合耦合器实现外部输入相位的匹配,同时调制器偏置电压只需工作在最小或最大传输点就可以实现链路的线性化。实验表明,本文提出的链路系统比传统的幅度调制直接检测(IMDD)链路,无杂散动态范围(SFDR)提高了14.5d B。在X~K波段传输的SFDR高于114.3 d B·Hz2/3,波动小于2.5 d B,表明了系统具有良好的宽带传输特性。2、对于调制器偏置电压的自动控制。针对所提出的SD-DPMZM的线性化方案的需求,本课题提出了双扰频信号监测的方案,通过监测扰频信号的一阶交调(IMD1)和三阶交调(IMD3)功率,并以对应的IMD3功率和IMD1功率的比值作为参考,实现了两个射频子调制器最小/最大传输点的稳定控制;以IMD1功率的变化作为参考,实现相移调制器在最大传输点的稳定控制。并进行了硬件控制系统的设计,以及偏置电压稳定控制的实验。实验表明,所提出的线性化系统在所提出的偏置电压自动控制系统下工作超过一个小时时长,系统SFDR的波动小于0.7 d B。本文设计的微波光子链路传输系统,具有良好的宽带传输特性,同时为链路中调制器偏置点漂移的稳定控制提供了有利条件,通过双扰频信号监测方案实现了链路系统的精准控制。
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