雷达科学与技术
!ada$ Science and Technology
第2期
2021年4月
Vol19No2
April2021
DOI ： 10. 3969/j. issn. 1672-2337. 2021. 02. 010
张浩1 ，杨海峰2 ，李璇1夏运霞3 ，田思玉1 ，何磊1 ，王世腾1 ，瞿鹏飞1 ，孙力军1
1重庆光电技术研究所，重庆400060； 2.中国西南电子技术研究所，四川成都610036
；
3.中国科学院光电技术研究所，
四川成都610209)
摘要：针对分布式宽带微波频率信号光纤传输的幅相一致性，本文
了一种反馈 方案。由于无法通过待
宽带微波信号
获取光纤
信号。由
信号和待
传输宽带微波信号在同一根光纤中波分复
，参考信号可以感知和反馈光纤 时延及其波动。为了
多路信号
的幅相一致性，设计了 光开关的轮询式多路幅度和相位检测；为了实现高精.范
光纤时延波动补偿，设计了 光开关的多比特可调光纤延迟线。本文搭建了分布式宽带微波频率信号
光纤 实验平台，演示了 宽带微波频率信号50 km 光纤 实验。 ，两路微波信号在20
GHz 带宽 幅度一致 4.4 dB,40 GHz 频率信号 的相位一致
11.8°。
关键词：光纤；分布式；宽带微波；幅相一致性中图分类号：TN29
文献标志码：A 文章编号：1672-2337(2021)02-0178-05
Amplitude-Phase Consistency of Wideband Microwave Frequency Distribution
over Multi-Access Optical Fiber Links
ZHANG Hao 1, YANG Haifeng 2, LI Xuan 1, XIA Yunxia 3, TIAN Siyu 1, HE Lei 1, WANG Shiteng 1, QU Pengfei 1, SUN Lijun 1
(1. Chongqing Optoelectronics Research Institute , Chongqing 400060, China &
中医推拿按摩床2. Southwest China Institute of Electronic Technology , Chengdu 610036, China &
3. Institute of Optics and Electronics , Chinese Academy of Sciences , Chengdu 610209, China')
Abstract ：Inthispaper $afeedbackcontrolschemeisproposedforthefiber-opticwidebandmicrowavefre-
quency distribution. Amplitude-phase consistency can be achieved for multi-access. Since the wideband
micro w ave frequency cannot provide the fiber propagation delay and its variation, a reference frequency signal is introduced. With wavelength division multiplexing (WDM) transmission along the same fiber , the reference fre
quency signal can sense and feed back the fiber delay information. For the amplitude and phase detection , optical switch is adopted , which is of great importance in the time division multiplexing (TDM) mode. For the fiber de
lay compensation with high p recision and large range , multi-bit fiber delay line is implemented. Moreover , a
multi-access wideband micro w ave frequency distribution testbed is established. And a proof of concept
experiment is demonstrated for two end users with the fiber extension of 50 km. The amplitude consistency of less than 4. 4 dB is observed in a 20 GHz bandwidth. And the phase consistency of below 11. 8° is realized for the
40GHzMrequencytransmission.
Key w&rds ： iber-optic ； multi-access ； widebandmicrowave ； amplitude-phaseconsistency
引言
由于具有低损耗、大带宽
等优
势，光纤光学吸引着众 研 者和研究机构, 持续推动着微波光子相 的发展。高性能宽
带微波频 重大 设施和工程 着
重要作用，特别
空探测、天线拉远和雷达
网等大规模分 应用
:1-3\
然而，光 ：
输时延
着温 动等
而变
:-5:
，经光 输后的宽带微波
将发生相位
、频率稳定度的 ，多路宽带微波 ■
间的幅相
也无法保证，无法 远端用户
协同组网对高性能宽带微波频
的需求。
期：2020-08-16； 期：2020-09-20
2021年第2期
张浩：分布式宽带微波光纤传输幅相一致性技术
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针对分 宽带微波频 光 输的点，本文设计了 控 。该控制环括光
输时延波动检测 两部分*由于
法
待传输宽带微波
直接获取光 卩
输时延波动，检测部分引 点频参考信M o
由于参 待传输宽带微波信号在
光 输，参 以 光
输时延及其波动。为了
的幅相
，本文设计了
光 的 I 式相位检测。 普通单模光 「
输时延随温度的
系数为35 ps/(km ・°C %即的
光纤$年传输时延波动也
能超过100 ns *为了实现大 高 光
延波动 ，本文设计了 光 的多比 '
调光纤延迟线*
控 ，本文搭建了
两路宽带微波频
光 输实验 ，演示
了 50 km 光 输实验，并 测试分析了幅相
一致性的具 能*
1
实验原理
1给出了分 宽带微波光 输幅相一控原理图。忽 ，位 点
的待 输宽带微波频
以
M 1=cos(®s t +%s )
(1)
式中灿s 和9s 频 初始相位*
输入
丽转换V,
*光开关|
久3
时延 计数器
光电转换!■光电转换
电光转换卜一1
I 宽带微波信号,
~~SS2~~ 仏
兀惨考信号|
光电转可
牛_ —
图1分布式宽带微波光纤传输原理图
彳电光转换卜-
、旺
IW O 夕
光 ，待传输宽带微波频
加载至」波长为入2的光
。为了
，以
两个用户
*经波分复用器、光耦合器、环形
器 延
器后，光载宽带微波 光
扑
输*
宽带微波频率信
以
M 2 = cos+>s ( —t ：—如)+9s,
(2)
V2 = cos+>s ( —t ： —t d2 )+9s,
(3)
式中卍为波分复用器、光耦合器、环形器等无源 由器件的附加时延,t dl 丨t d2
两 延补偿
器的 加 延*
用户
，
波分复用器提取出
的
光载宽带微波
，并 光 还原为微波
*两
以分别表示
M 3 = cos[，s ( —化一t di —t fi — t ；1)+9s] (4)
V3=cos ,s (^—t ^ —t d2 —t f2 — t ；2)+9s] (5) 式中$1和t f2 2个用户站的光纤
输时延昇；1和坨为2个用户站宽带微波信号接
加 延*
由于光纤传输时延t i ( = 1 2)随温度、振动 等
而 ，相对
的 ，用
户站点 的宽带微波 相位不稳定;
同时$由于两段光纤的外界环境变化不同，2个用
户站点
的宽带微波
相位不 ：0
了消除 对分 用户站点 微波信号幅 相的影响，需要采用负
控 *由 法
待 输宽带微波
直 获 光 输 延
波动信息，环路引 点频参
，「如
所示：
V 4 = cos(,r t +90)
(6)
90 初始相位* 由 参
待 输宽带
微波
光 输，参
以感映光纤传输时延波动*
参
分为两路* 一路参
经电
18雷达科学与技术第19卷第2期
光转换加载到波长为儿的光载波上后，依次经过波
分复用器、环形器延器输入对应光输。在用户接收端，光载参经波分复用提光还原为微波信号，可以
V5=cos[®r#—t：—t d—t f—t；i)十％0,(7) M5=cos[,r#—t：—坨一t2—t L)十(8)式中,t为参考信号在中心站经过波分复用器、光
耦合器、环形器等光器件的附加时延,t r i和
t X2个用户站参加时延。
本文采用法获取光输时延波动。为了消除输过程利散光纤端等对参比的影响，用户站点采用波A3的光载波将的参点。为了非光纤散对传输时延的影响,3个波持等间隔且A2位间值。的参以为V6=cos[,r(—t'—r—2t#—2t1—t X—t X)十
压铸机料筒的设计
(9)
X=cos[,r(t—tc—r—2址一2^—t'—1$)十%0,
10)式中，疔为参考信号经过中心站环形器、光开关和光的附加时延,t2个用户站参考
加时延。需要指出的是，为了：中点在大规输分的系统，本文用了延检测。该光.的路由，分检测光输时延。
参另本地参考
延计数器(或鉴相器)中实现光
输时延及其波动的检测。(6)和式(9)、式(10)，获得的以
M7=cos[，r(t十t十2如十2如+t'十t')(11) X=cos[,r(t'十t；'十2址十2r2十t'十t$)((12)管用户站的延
馈控，但一般可以定；即室内
温度大波动的情况也可以温度系数标定
者恒温控制来对系统传输性能的影响*因此，，11)或式(12)，可以来控延器，使得每延器和光的总共时延保持定常数*(4)和
(5)可以看出，用户站点的微波此保持相位恒定，即实现宽带微波的分稳相输；另，若两路总共时延的差值控制并保持在同一数值(忽略发射和接收时延的影响)，即实现分微波输分配的相位：性。对于具定带宽的微波，需要保持光纤传输延的绝对，才能实现宽带微波信号的相位。绝对时延的测以用多点频参*
对延器，本文设计了光的比光纤延迟线，通过高小范蛋
时延和大固定时延相结合的来实现大范高光延波动，如图2所示*
2r2"r 高精度可调1x22x22x21x2
光纤延迟线光开关光开关光开关光开关图2基于光开关的多比特可调光纤延迟线
此外，还可以 参的幅度
不的光传输损耗及，从而实现分宽带微波的*
2实验设计
3出了分宽带微波频光输实验原理图*实验系统普通空间内，温度波动3°C*宽带微波频经带宽为40GHz的光器加波1549.32nm光*压控制，电光调制器始交状态*在两个用户站，经50km光(光)输的光宽带微波频带宽为40GHz的光电探测器中微波*探针，固定频7 1GHz的参考信号分为两路*参
波1551.72nm的光上，并经波分复用器、光分器、光器延器耦合光输*用户端参光探测器并重新波1546.92nm的光上*，心两参光的控分以100ms的周期 与另参
相器相位比较，获得的两路光延波动信息用于控制对应时延器，使得两：收微波实相位*参输检波器，获得的用于控制双向光放大器两微波实*每点，使用商用电放大器来获.够的功率，使用商用光放大器#器刀来补
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张浩：分布式宽带微波光纤传输幅相一致性技术
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输出2
—|光探测器3|~T 电放大器3|
|激光器3 |
|光滤波器|
图3分布式宽带微波光纤传输实验图
鉴相器/ 检波器
*电放大嗣 匸二|处理控制團
----1调制器------1内衣加工
—|光探测器1H 电放丄器H
光探测器2卜日电放大器21
宽鬻賈叭
|宽带微波信号.、 一
~
~
时延双向（O
补偿器1光放大1
双向 光放大2
/ —I 光探测器4卜T 电放大器4 F
银氏光 输 损耗，使用200 GHz 间隔的波分
用器来合并和提取双 输的 光 *时延补偿器使用了 8 bit 可调延迟线，总共时延量为 256 ns *高 小
延采用 1ns 的机 光纤延迟线，大 固定时延使用响应速 1ms 的机械光
。为了 宽带
微波 光
输的功 ，两路50 km 光纤
经散补偿后的 散不超过士3 ps/nm *
出，在20〜40 GHz 的频率范围内，单个用户接收
微波信号的 分别为士2. 3 dB 和士3. 2 dB，性
能主要
用光
放大。为了获
好的
，可以选用匹 好的光电
放大器*
，两个用户站的幅度
全频段内优于士2 2 dB，随时间的
几
乎可以忽略*
对于两路微波信号的相位一致性，为了更好地
表征反馈控
对 的跟踪 ，本文测了在单 稳相情况下的两
相位一
致性，如图5所示。传输频
40 GHz * 中可
3
结果分析
HP 二 ZS
HP 二 ZS
ssbvsc9CQ P
二
ZS
图4给出了两个用户站点接收宽带微波频率
信号的射频损耗（S21）测
果*
以看
图4两个用户站点 宽带微波频 的射频损耗
（S21）测 果（上子 第 测 果，中子
图为第
测试结果，下子 两 ）
以看出，在300 s 时间范围内，单路微波信号相位波
两 用户 点 宽带微波频 的相位
间变化情况（传输频 40 GHz，上子 第 •
测试结果，中子 第 测试结果，下子
两
）
5
182
雷达科学与技术
第19卷第2期
动超过1 800。(绝对时延变化为125 ps )。通过反馈
控
，两路微波
相位 的
值不超
11.8°(0.82ps )$ 标 2.6。(0. 18ps )。
4
结束语
针对分布式宽带微波频 光纤传输的幅相
，本文设计了反馈控
，并搭建了传输实
验平台，演示了两路宽带微波频
50 km 光纤
输实验。两路微波 .20 GHz 带宽范围内，幅
度一致性优于±2. 2 dB40 GHz 频率信号的相位一
优于±5. 9。。结果 ，该控 以促进
微波光子在相关重大基础设施和工程中的大 应
用$提高对应的性能指标$并加速其更新
*
参考文献：
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作者简介：
张浩男，1989年出生，重庆人，博 士，主要研究
微波光子频 i 合技术、光
间频 技术*
机柜空调器（上接第171页）
张业斌 男1988年生，安徽铜陵人,
博士，高级工程师，主要研究 微
波光子技术*
张方正 男1984年生，河北保定人,
博士，南京航空航天大学电子信息工
程学院教授、博士生导师，主要研究方
微波光子学与雷达成像技术*
（上接第177页）
薛晓晓 男，1985年生，山东潍坊人, 清华大学电子工程系副教授，主要研 究
微波光子学和非 光学*郑小平 男，1965年生，江苏靖江人,
清华大学 子 程 系教 授 主 要研究
微波光子学、光网络与光
*
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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