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高性能微波光子链路研究

作　者: 金丽丽
导　师: 陈福深
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 微波光子学微波光子链路平衡探测载波抑制单边带调制
分类号: TN015
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着信息技术对高容量的要求和光纤技术、光电子器件以及微波毫米波集成电路技术的发展,形成了一门新兴学科——微波光子学。微波光子学是利用光学方法实现微波信号处理的一门学科。由于光子技术具有带宽大、并行处理能力强、体积小、重量轻、抗电磁干扰等优点,因此,微波信号的光处理有望解决现有微波系统处理带宽小、速度慢、处理能力弱等瓶颈问题。微波光子技术包括微波信号产生、传输、滤波、延时等许多方面,在通信、雷达等领域具有广泛的应用前景。作为光处理的核心,微波光子链路可以实现微波与光波的相互转换以及传输等处理功能。因此,实现低噪声、大动态的微波光子链路是非常重要的研究内容。本文主要研究传输模拟信号的微波光链路,分析影响链路性能的各种因素,提出高性能的微波光链路系统。首先,论文对最基本的IMDD(强度调制直接探测)链路进行建模,得到了直接调制和外调制链路的增益、噪声系数以及动态范围的数学模型,并且理论和仿真分析了激光器的相对强度噪声、光纤损耗、光电及电光转换效率以及信号的频率等对微波光子链路的影响。在此基础上,对微波光子链路进行了实验验证,实验结果与理论分析基本一致。其次,论文对基本光链路进行了优化,在前面分析的基础上,改进了探测方法,引入了相干平衡探测来提高链路的灵敏度,降低激光器产生的相对强度噪声(RIN)。建立了采用平衡探测外调制链路的等效噪声模型,推导出该链路的增益与噪声系数数学模型,通过计算证明平衡探测能将链路的噪声系数降低9.7dB。为了提高链路的动态范围和调制效率,还引进了抑制光载波的单边带调制技术,仿真分析了抑制光载波单边带调制链路对链路性能的影响,结果表明采用抑制光载波的单边带调制后,链路的光载波功率能被抑制了34.6 dB,其中一个边带被抑制了47.5 dB,链路的动态范围会提高约20 dB。最后,论文将平衡探测技术与抑制光载波单边带调制技术结合,形成一种新的链路结构。对该结构的微波光子链路进行仿真,结果显示,新结构的微波光子链路与单一探测的载波抑制链路相比,噪声系数下降15.3 dB,与平衡探测的普通外调制链路相比,噪声系数下降5.6 dB。这说明经过优化,链路的性能被提高。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章绪论  13-18
  1.1 研究背景  13-14
  1.2 微波光链路的国内外发展动态  14-17
  1.3 本文所做的工作及内容安排  17-18
第二章微波光链路的性能分析  18-39
  2.1 微波光子链路的性能参数  18-20
  2.2 直接调制微波光子链路  20-27
    2.2.1 增益建模  20-21
    2.2.2 噪声系数建模与仿真  21-25
    2.2.3 直调链路的频响分析  25-27
  2.3 外调制微波光子链路  27-38
    2.3.1 M-Z 调制器的工作原理  28-30
    2.3.2 调制器的动态范围分析  30-33
    2.3.3 外调制链路的增益分析  33-36
    2.3.4 外调制链路的噪声系数分析  36-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章微波光子链路系统的优化  39-69
  3.1 探测方法的改进  39-53
    3.1.1 相干探测的基本原理  39-41
    3.1.2 平衡探测原理  41-43
    3.1.3 光耦合器工作原理  43-44
    3.1.4 外调制平衡探测系统  44-46
    3.1.5 外调制平衡探测系统增益与噪声系数模型  46-50
    3.1.6 理论计算与仿真分析  50-53
  3.2 光载波抑制链路  53-58
    3.2.1 光载波抑制技术原理  53-55
    3.2.2 光载波抑制链路系统仿真  55-58
  3.3 抑制光载波单边带调制链路  58-64
    3.3.1 单边带调制技术  59-61
    3.3.2 抑制光载波的单边带调制链路建模  61-62
    3.3.3 抑制光载波单边带调制链路系统仿真  62-64
  3.4 结合平衡探测的光载波抑制链路  64-68
    3.4.1 平衡探测光载波抑制链路系统分析  64-66
    3.4.2 优化的光载波抑制单边带调制链路系统仿真  66-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章微波光子链路的实验研究  69-87
  4.1 直调链路实验  69-77
    4.1.1 直调链路线性动态范围的测量  69-71
    4.1.2 直调链路无寄生动态范围的测量  71-73
    4.1.3 直调链路噪声系数的测量  73-77
  4.2 直调链路中增加EDFA 实验研究  77-81
    4.2.1 带有EDFA 链路动态范围研究  77-79
    4.2.2 带有EDFA 链路噪声系数研究  79-81
  4.3 外调链路实验  81-86
    4.3.1 外调链路噪声系数的测量  81-84
    4.3.2 外调链路动态范围的测量  84-86
  4.4 本章小结  86-87
第五章总结与展望  87-89
致谢  89-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间的研究成果  94-95

高性能微波光子链路研究

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