一种基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器的制作方法

1.本实用新型涉及一种基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器，属于光纤通信、声光调制、仪器仪表领域。


背景技术：

2.目前无线通信集中在3ghz以下，且带宽资源非常拥挤，可提供的无线接入的窄带无线通信带宽速率已经很难满足未来宽带通信的需要。3ghz～300ghz的高频微波频段至毫米波频段可传输更大的容量和更高的数据速率。但大气对电磁波的传输损耗随着载波频率的提高而增加，导致长距离传输微波或者毫米波信号时需要复杂而昂贵的中继设备。光载无线(rof,radio over fiber)通信技术以光纤作为传输媒介，利用了光纤传输技术的低传输损耗、超大的带宽优势和抗电磁干扰的特点，并结合了无线接入技术灵活性和普适性的优势，安装维护简单，可实现多操作多服务通信且功耗低，有望大幅降低宽带毫米波通信系统的复杂度和成本，为未来宽带无线接入网络提供更高带宽、更高速率、更广覆盖范围、更大灵活性的解决方案。
3.在5g及下一代通信系统中，为了提高通信系统的利用效率，所有通信系统均采用多个信道同时传输多种类型的数据信号。那么，需要按照用户需求提供多个信道所需频率的多种波长毫米波载波，多个用户可通过不同的波长共享同一个基站基础设施。
4.光纤声光可调谐滤波器，作为一种可调谐的光纤器件，通过控制声波信号的相关参数实现滤波性能的灵活、快速调谐。与光纤马赫
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曾德尔干涉仪型滤波器、光纤fabry-perot型滤波器和光纤光栅型滤波器相比，在调谐特性上，光纤声光可调谐滤波器具有调谐速度快、调谐范围宽及插入损耗低等优点，基于光纤光栅的全光纤声光滤波器结合了光纤光栅和全光纤声光滤波器的优点，能够很好地应用于滤波、多路复用、光纤激光器的选频光纤通信等领域。
5.另外，随着目前用户业务形式从单一业务、分立场景走向多业务、全场景的趋势来看，采用多业务传输的rof传输技术，利用毫米波信号其频谱中的多个频段承载多种数据信号，使链路能同时传输多种不同的移动或者固定业务，可有效提高rof链路的带宽利用率。国内外已报道的为数不多的基于多波长信号的rof链路研究中，有些报道巧妙运用单驱动马赫增德尔调制器和相位调制器等产生了基带信号、微波信号和毫米波信号，然而该报道并未给出同时生成多种频率或多种波长毫米波信号的方法；也有报道提出可同时支持传统无线业务和视频业务等多种业务的rof系统方案，但是所提方案采用的光滤波器对拍频谐波分量不能灵活选择。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的缺陷，本实用新型目的在于充分利用声光滤波器的可调谐特性，克服目前rof模拟光链路中同时生成多种频率毫米波信号以提供更多信道服务这一难题，提供一种基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器。
7.本实用新型采用的技术方案是：
8.一种基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器，包括：激光器、毫米波本振源、马赫增德尔调制器、相位调制器、带阻滤波器、1:2光分插复用器、光纤光栅型声光滤波器一、光环行器一、光纤放大器一、光电探测器一、带通滤波器一、光纤放大器二、光电探测器二、带通滤波器二、光纤光栅型声光滤波器二、光环行器二、光纤放大器三、光电探测器三、带通滤波器三、光纤放大器四、光电探测器四、带通滤波器四；具体连接方式为：
9.激光器的输出端接马赫增德尔调制器的光输入端，毫米波本振源的输出端接马赫增德尔调制器的电调制端，马赫增德尔调制器的光输出端接相位调制器的输入端，相位调制器的输出端接带阻滤波器的输入端，带阻滤波器的输出端接1:2光分插复用器的输入端，1:2光分插复用器的输出端i接光环行器一的1端口，光纤光栅型声光滤波器一的输入端接光环行器一的2端口，光纤光栅型声光滤波器一的输出端接光纤放大器一的输入端，光纤放大器一的输出端接光电探测器一的输入端，光电探测器一的输出端接带通滤波器一；光环行器一的3 端口接光纤放大器二的输入端，光纤放大器二的输出端接光电探测器二的输入端，光电探测器二的输出端接带通滤波器二。1:2光分插复用器的输出端ii接光环行器二的1端口，光纤光栅型声光滤波器二的输入端接光环行器二的2端口，光纤光栅型声光滤波器二的输出端接光纤放大器三的输入端，光纤放大器三的输出端接光电探测器三的输入端，光电探测器三的输出端接带通滤波器三；光环行器二的3端口接光纤放大器四的输入端，光纤放大器四的输出端接光电探测器四的输入端，光电探测器四的输出端接带通滤波器四；
10.所述的马赫增德尔调制器和相位调制器级联后输出的信号包括载波和各阶边带。采用带阻滤波器将输出信号中的载波滤除。采用 1:2的光分插复用器将马赫增德尔调制器的输出信号的奇数次边带和偶数次边带进行分离。
11.所述的光纤光栅型声光滤波器透射谱中包括主透射峰、左次透射峰、右次透射峰。光纤光栅型声光滤波器透射谱中次透射峰和主透射峰之间的波长间距同压电陶瓷片所加声波频率成线性关系。
12.光纤光栅型声光滤波器反射谱中包括主反射峰、左次反射峰、右次反射峰。光纤光栅型声光滤波器反射谱中次反射峰和主反射峰之间的波长间距同压电陶瓷片所加声波频率成线性关系。
13.改变施加在光纤光栅型声光滤波器上的声波频率可对其透射谱或反射谱进行控制，能实现倍频因子可调谐的四信道毫米波信号生成。
14.光纤光栅型声光滤波器包括符合上述特征的均匀光纤光栅型声光滤波器和啁啾光纤光栅型声光滤波器。
15.激光器包括脉冲锁模激光器(mll)或连续波激光器(cw)。
16.马赫增德尔调制器包括单驱动马赫增德尔调制器或双驱动马赫增德尔调制器。
17.本实用新型和已有技术相比所具有的有益效果如下：
18.1、本实用新型充分利用光纤光栅型声光滤波器的透射信号和反射信号选取相应的谐波分量进行拍频获取毫米波信号，只需改变施加的声波频率便可获得具有目标透射谱或者反射谱的光纤光栅型声光滤波器。
19.2、本实用新型能够同时实现四个信道的毫米波信号生成，并且生成的四个信道的毫米波信号倍频因子可调谐，故而适用于多信道、多业务的rof通信链路。
附图说明
20.图1为基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器示意图。
21.图2为图1中的光纤光栅型声光滤波器结构图。
22.图3为图1中马赫增德尔调制器与相位调制器级联后输出的双边带信号示意图。
23.图4为实施例一中光纤光栅型声光滤波器一透射谱示意图。
24.图5为实施例一中光纤光栅型声光滤波器一反射谱示意图。
25.图6为实施例一中光纤光栅型声光滤波器二透射谱示意图。
26.图7为实施例一中光纤光栅型声光滤波器二反射谱示意图。
27.图8为实施例一中生成的2倍频毫米波信号示意图。
28.图9为实施例一中生成的4倍频毫米波信号示意图。
29.图10为实施例一中生成的6倍频毫米波信号示意图。
30.图11为实施例一中生成的8倍频毫米波信号示意图。
31.图12为实施例二中光纤光栅型声光滤波器一透射谱示意图。
32.图13为实施例二中光纤光栅型声光滤波器一反射谱示意图。
33.图14为实施例二中光纤光栅型声光滤波器二透射谱示意图。
34.图15为实施例二中光纤光栅型声光滤波器二反射谱示意图。
35.图16为实施例二中生成的10倍频毫米波信号示意图。
36.图17为实施例二中生成的12倍频毫米波信号示意图。
37.图18为实施例二中生成的14倍频毫米波信号示意图。
38.图19为实施例二中生成的16倍频毫米波信号示意图。
具体实施方式
39.下面结合附图1至19对基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器进一步描述。
40.实施例一
41.一种基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器，包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、带阻滤波器15、1:2光分插复用器16、光纤光栅型声光滤波器一17、光环行器一18、光纤放大器一19、光电探测器一20、带通滤波器一21、光纤放大器二22、光电探测器二23、带通滤波器二24、光纤光栅型声光滤波器二25、光环行器二26、光纤放大器三27、光电探测器三28、带通滤波器三29、光纤放大器四30、光电探测器四 31、带通滤波器四32；具体连接方式为：
42.激光器11的输出端接马赫增德尔调制器13的光输入端，毫米波本振源12的输出端接马赫增德尔调制器13的电调制端，马赫增德尔调制器13的光输出端接相位调制器14的输入端，相位调制器14的输出端接带阻滤波器15的输入端，带阻滤波器15的输出端接1:2光分插复用器16的输入端，1:2光分插复用器16的输出端i接光环行器一18的1端口，光纤光栅型声光滤波器一17的输入端接光环行器一18的2端口，光纤光栅型声光滤波器一17的输出端接光纤放大器一19的输入端，光纤放大器一19的输出端接光电探测器一20的输入端，光电探测器一20的输出端接带通滤波器一21；光环行器一18 的3端口接光纤放大器二22的输入端，光纤放大器二22的输出端接光电探测器二23的输入端，光电探测器二23的输出端接带
通滤波器二24。1:2光分插复用器16的输出端ii接光环行器二26的1端口，光纤光栅型声光滤波器二25的输入端接光环行器二26的2端口，光纤光栅型声光滤波器二25的输出端接光纤放大器三27的输入端，光纤放大器三27的输出端接光电探测器三28的输入端，光电探测器三 28的输出端接带通滤波器三29；光环行器二26的3端口接光纤放大器四30的输入端，光纤放大器四30的输出端接光电探测器四31的输入端，光电探测器四31的输出端接带通滤波器四32；其中光纤光栅型声光滤波器由光纤布拉格光栅33、压电陶瓷片34、玻璃圆锥35 以及信号源36组成。
43.本实例中毫米波本振源12产生正弦波信号10ghz，激光器11 中心频率193.0thz，经马赫增德尔调制器13和相位调制器14调制后变成光双边带信号，其频谱图如图3所示。该双边带信号经过带阻滤波器15滤除光载波，并经1:2光分插复用器16将奇数次边带和偶数次边带分离。以上奇数次边带经过光纤光栅型声光滤波器一25(透射谱如图4所示)后，选择出奇数次边带信号中的 1阶和-1阶段边带进行拍频，经光电探测器一20拍频，带通滤波器一21滤波后生成的2倍频毫米波信号如图8所示。选择合适的声波频率和声致应变幅度得到光纤光栅型声光滤波器一17(反射谱如图5所示)后，其反射信号经过光环行器一18的3端口后选择出奇数次边带信号中的 3 阶和-3阶边带进行拍频，经光电探测器二23拍频，带通滤波器二24 后滤波生成的6倍频毫米波信号如图10所示。1:2光分插复用器16 分离后的偶数次边带经过光纤光栅型声光滤波器二17(透射谱如图6 所示)后，选择出偶数次边带信号中的 2阶和-2阶段边带进行拍频，经光电探测器三28拍频，带通滤波器一29滤波后生成的4倍频毫米波信号如图9所示。选择合适的声波频率和声致应变幅度得到光纤光栅型声光滤波器二17(反射谱如图7所示)后，其反射信号经过光环行器二26的3端口后选择出偶数次边带信号中的 4阶和-4阶边带进行拍频，经光电探测器四28拍频，带通滤波器四32后滤波生成的 8倍频毫米波信号如图11所示。
44.实施例二
45.一种基于声光滤波器的四信道多倍频可调谐毫米波发生器，包括：激光器11、毫米波本振源12、马赫增德尔调制器13、相位调制器14、带阻滤波器15、1:2光分插复用器16、光纤光栅型声光滤波器一17、光环行器一18、光纤放大器一19、光电探测器一20、带通滤波器一21、光纤放大器二22、光电探测器二23、带通滤波器二24、光纤光栅型声光滤波器二25、光环行器二26、光纤放大器三27、光电探测器三28、带通滤波器三29、光纤放大器四30、光电探测器四 31、带通滤波器四32；具体连接方式为：
46.激光器11的输出端接马赫增德尔调制器13的光输入端，毫米波本振源12的输出端接马赫增德尔调制器13的电调制端，马赫增德尔调制器13的光输出端接相位调制器14的输入端，相位调制器14的输入端接带阻滤波器15的输入端，带阻滤波器15的输出端接1:2光分插复用器16的输入端，1:2光分插复用器16的输出端1接光环行器一18的1端口，光纤光栅型声光滤波器一17的输入端接光环行器一18的2端口，光纤光栅型声光滤波器一17的输出端接光纤放大器一19，光纤放大器一19的输出端接光电探测器一20的输入端，光电探测器一20的输出端接带通滤波器一21；光环行器一18的3端口接光纤放大器二22，光纤放大器二22的输出接光电探测器二23，光电探测器二23的输出端接带通滤波器二24。1:2光分插复用器16 的输出端2接光环行器二26的1端口，光纤光栅型声光滤波器二25 的输入端接光环行器二26的2端口，光纤光栅型声光滤波器二25的输出端接光纤放大器三27，光纤放大器三27的
输出端接光电探测器三28的输入端，光电探测器三28的输出端接带通滤波器三29；光环行器二26的3端口接光纤放大器四30，光纤放大器四30的输出接光电探测器四31，光电探测器四31的输出端接带通滤波器四32；其中光纤光栅型声光滤波器由光纤布拉格光栅33、压电陶瓷片34、玻璃圆锥35以及信号源36组成。
47.本实例中毫米波本振源12产生正弦波信号10ghz，激光器11 中心频率193.0thz，经马赫增德尔调制器13和相位调制器14调制后变成光双边带信号，其频谱图如图3所示。该双边带信号经过带阻滤波器15滤除光载波，并经1:2光分插复用器16将奇数次边带和偶数次边带分离。以上奇数次边带经过光纤光栅型声光滤波器一25(透射谱如图12所示)后，选择出奇数次边带信号中的 5阶和-5阶段边带进行拍频，经光电探测器一20拍频，带通滤波器一21滤波后生成的10倍频毫米波信号如图16所示。选择合适的声波频率和声致应变幅度得到光纤光栅型声光滤波器一17(反射谱如图13所示)后，其反射信号经过光环行器一18的3端口后选择出奇数次边带信号中的 7阶和-7阶边带进行拍频，经光电探测器二23拍频，带通滤波器二 24后滤波生成的14倍频毫米波信号如图18所示。1:2光分插复用器 16分离后的偶数次边带经过光纤光栅型声光滤波器二17(透射谱如图14所示)后，选择出偶数次边带信号中的 6阶和-6阶段边带进行拍频，经光电探测器三28拍频，带通滤波器一29滤波后生成的12 倍频毫米波信号如图17所示。选择合适的声波频率和声致应变幅度得到光纤光栅型声光滤波器二17(反射谱如图15所示)后，其反射信号经过光环行器二26的3端口后选择出偶数次边带信号中的 8阶和-8阶边带进行拍频，经光电探测器四28拍频，带通滤波器四32 后滤波生成的16倍频毫米波信号如图19所示。
48.激光器产生光信号输入到马赫增德尔调制器的光输入端，毫米波本振源产生的副载波信号输入到级联的马赫增德尔调制器和相位调制器的电调制端。两个调制器级联产生包含光载波和各阶边带的光频梳信号，该光频梳信号经过中心波长与光载波一致的一个带阻滤波器后保留下奇数次边带信号和偶数次边带信号。经过一个1:2光分插复用器将奇数次边带和偶数次边带分离。对于奇数次边带链路，信号从光环行器一1端口输入，选择合适的声波频率的光纤光栅型声光滤波器，从光环行器一的2端口输出的信号经过光纤光栅型声光滤波器一的透射选择出其中的两个边带经过光纤放大器一进行功率的放大，以及光电探测器一拍频后，经带通滤波器一滤波后通过得到一定倍频的毫米波信号。调节声波频率，光环行器一的端口3输出的信号经过光纤光栅型声光滤波器一的反射选择出其中另外两个边带经光纤放大器二进行功率的放大，以及光电探测器二进行拍频、带通滤波器二滤波后得到一定倍频的毫米波信号。对于偶数次边带链路，原理类似。
49.以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范围。
50.本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。