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光锁相环环路设计与仿真研究

作　者: 丁之
导　师: 邱琪；王云祥
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 相干光通信 光频锁相环 环路滤波器 频率扫描
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


星间通信领域的发展趋势,要求通信系统实现更高的带宽,数据率和传输距离。激光通信相对于传统的微波通信体现出了巨大的优势。相干光通信技术可以提高接收灵敏度,增强信号传输的抗干扰能力,适合光信号的长距离传输,在空间光通信领域有巨大的应用价值。光频锁相环作为相干光通信的关键技术,实现本振波与信号波相位同步,具有很大的发展空间与研究价值。本文以1064nm相干光通信为课题背景,对光频锁相环技术进行了深入的研究。针对光频锁相环的特点,结合对于环路系统性能的相关要求,进行了环路设计。设计了相应的机制将本地激光器的两种频率调谐方式有机的结合起来,并且设计了程序实现了系统的优化。本文首先介绍了相干光通信系统以及锁相环技术的背景与特点。结合传统锁相环技术理论,对几种常用的光频锁相环的工作原理进行了介绍与分析。随后对光频锁相环中的重要部件,可调谐激光器和环路滤波器进行了介绍。区别于传统锁相环系统中的压控振荡器,文章对课题所采用的环形激光器的结构,工作原理以及频率调谐机理进行了较为详细的介绍,并结合理论推导,就环路滤波器对系统性能的影响做了详细的分析。结合实验条件,为选择环路滤波器提供了理论依据。从锁相环的原理入手,搭建模型对光频锁相环系统进行仿真分析。针对可调谐激光器的工作特点,设计了环路频率控制机制,并且结合理论分析,搭建实验平台,最终在环路总增益为2.7MHz的条件下,实现了锁相环路系统短时间的相位锁定,并对系统参数对环路相位锁定性能的影响,以及不同的环路失锁的类型进行了相关的分析。此外对环路频率控制机制作出了改进,编写频率扫描自动控制程序为频率扫描方式的实现提供了一种自动化运行的方案。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 直接探测与相干探测  9-10
  1.2 基于星间光通信的相干光通信系统国内外研究动态  10
  1.3 光频锁相环基本原理  10-16
    1.3.1 锁相环基本结构  11-12
    1.3.2 平衡锁相环  12-13
    1.3.3 Costas（科斯塔斯）锁相环  13-15
    1.3.4 判决反馈锁相环  15-16
    1.3.5 锁相环路的选择  16
  1.4 论文主要工作  16-18
第二章 光频锁相环的关键元件分析  18-29
  2.1 可调谐激光器  18-22
    2.1.1 激光器的基本结构  18-20
    2.1.2 固体环形激光器  20
    2.1.3 激光器频率变化原理  20-22
  2.2 环路滤波器  22-28
    2.2.1 系统稳定性  23-25
    2.2.2 常用的一阶滤波器  25-27
    2.2.3 环路滤波器的选择  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 OPLL 模型搭建与仿真分析  29-39
  3.1 信号产生模块  29-30
  3.2 本振激光器模块  30-31
  3.3 90°光混频器模块  31
  3.4 平衡探测模块  31-32
  3.5 环路滤波器模块  32-34
  3.6 系统模型仿真  34-38
  3.7 本章小结  38-39
第四章 光频锁相环系统的设计与实验  39-58
  4.1 频率控制单元工作原理  39-41
  4.2 频率控制环路设计方案  41-49
    4.2.1 频率扫描基本方案  41-42
    4.2.2 环路电路设计  42-48
    4.2.3 实验电路搭建与测试  48-49
  4.3 实验与分析  49-57
    4.3.1 实验设计  49-51
    4.3.2 实验现象  51-54
    4.3.3 实验分析  54-57
  4.4 本章小结  57-58
第五章 环路频率自动扫描控制设计  58-67
  5.1 Verilog HDL 简介  58-59
  5.2 频率扫描自动控制原理  59-62
  5.3 自动控制系统仿真分析  62-66
    5.3.1 环路辅助捕获过程  62-64
    5.3.2 频率跳变环路失锁的补救机制  64-66
  5.4 本章小结  66-67
第六章 全文总结与展望  67-69
  6.1 全文总结  67-68
  6.2 课题展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
攻硕期间取得的研究成果  73-74
附录： 频率控制扫描控制过程  74-81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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