电光调节回路的制作方法

1.本发明涉及一种电光调节回路。


背景技术：

2.在许多系统中需要调节回路。
3.下面以无线阵列天线为例来讨论一系列问题，这些问题因此也可能至少部分存在于其他系统中，例如通信技术中的系统中，并且本发明同样可以为这些问题提供有利的解决方案。
4.从一系列出版物中，例如从li等人在opt.express 25,14334-14340(2017)发表的“demonstration of a microwave photonic synthetic aperture radar based on photonic-assisted signal generation and stretch processing(基于光子辅助信号生成和拉伸处理的微波光子合成孔径雷达演示)”；ghelfi等人在nature，vol.507，pp.341ep-，2014年3月发表的“a fully photonics-based coherent radar system(完全基于光子学的相干雷达系统)”；preusler等人在12th german microwave conference(gemic),stuttgart,germany,2019,pp.154-157发表的“optical signal generation and distribution for large aperture radar in autonomous driving(自动驾驶中的大孔径雷达的光学信号生成和分配)”；以及zhang等人在opt.express 25,16274-16281(2017)发表的“photonics-based broadband radar for high-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging(用于高分辨率和实时反合成孔径成像的基于光子学的宽带雷达)”中，已知在无线hf发射电路和hf接收电路上具有相控阵列天线的无线系统，其部分与在基站中产生的光载波同步。对接收到的数据的信号处理也在该基站中进行。从hf接收器到基站的模拟信号路径可以通过玻璃纤维来实现。
5.此外，这种无线hf接收系统也可以在恶劣的环境条件下使用，例如在汽车行业或飞机制造中使用。在恶劣的环境条件下，系统例如受到温度波动、气压波动和/或湿度波动影响。
6.可以进一步确定，存在许多(无线)系统，即基于qam的通信系统，例如第五代移动无线电网络(例如参见t.asai在2015international conference on optical network design and modeling(ondm)，pisa，2015，pp.7-11发表的“5g radio access network and its requirements on mobile optical network(5g无线电接入网络及其对移动光网络的要求)”)，以及雷达(例如参见m.ulrich和bin yang在2017年18th international radar symposium(irs),prague,2017,pp.1-10发表的“iq and array calibration for fmcw radar(用于fmcw雷达的iq和阵列校准)”)，其中，期望的信息存在于同相信号和正交信号两者中。
7.已知的系统呈现一种模拟的实时控制算法，用于稳定iq信号以抵抗环境条件、老化效应和过程变化。
8.例如从美国专利us 9,823,540 b2中，以及从作者chung，hwanseok&chang，sun&
lee，jong&kim，kwangjoon在opt express.2013oct 21；21(21):24962-8.doi:10.1364/oe.21.02496公开的“field trial of automatic bias control scheme for optical iq modulator and demodulator with directly detected112gb/s dqpsk signal(用于直接检测112gb/s dqpsk信号的光iq调制器和解调器的自动偏置控制方案的现场试验)”中，已知一种用于iq信号的光传输的系统，其中，对iq调制器的控制借助数字信号处理单元(dsp)纯电子地进行。这需要两个光电二极管和在发射支路中具有高带宽的昂贵的模拟到数字转换器(adc)来完成任务。对于iq生成，需要使用数字dsp和模拟移相器。为了实现这些部件的协作，不仅需要具有高带宽的数字到模拟转换器(dac)，而且需要具有高带宽的模拟到数字转换器(adc)。dac和adc都具有固有的量化噪声。然而，由此不再保证同相和正交相之间的稳定的固定的相位关系。为了避免这个问题，adc和dac必须具有大量的有效位(enob)。
9.此外，从作者h.s.chung，s.h.chang和k.kim在ieee photonics technology letters,vol.22,no.5,pp.308-310,march 1,2010公开的文章“effect of iq mismatch compensation in an optical coherent ofdm receiver(光相干ofdm接收器中的iq失配补偿的影响)”中，已知用于补偿相干光学系统中的iq误差的复杂的gram-schmidt正交化方法。此外，这种正交化方法极易受到舍入误差的影响，从而adc的量化噪声可能导致同相和正交相之间的稳定的相位关系不再得到保证。为了避免这个问题，必须使用具有高enob的高带宽adc。
10.此外，从作者j.lee，y.ha，b.shin，s.kim，b.kim和w.chung在ieee photonics technology letters,vol.24,no.17,pp.1543-1545,2012年9月1日发表的文章“novel pilot scheme for transmitter iq mismatch compensation in co-ofdm system(用于协同ofdm系统中的发射器iq失配补偿的新颖的先导方案)”中，已知发送附加的导频信号来表征信道，随后相应地能够恢复iq信号。
11.此外，从作者m.s.faruk和k.kikuchi在ieee photonics journal,vol.5,no.2,pp.7800110-7800110,2013年4月,art no.7800110发表的文章“compensation for in-phase/quadrature imbalance in coherent-receiver front end for optical quadrature amplitude modulation(用于光学正交振幅调制的相干接收机前端中的同相/正交不平衡补偿)”中，已知在蝶形配置中使用自适应fir滤波器，这允许补偿可能的iq不平衡。
12.从上面提到的两个系统中仅已知一种静态调节算法，该静态调节算法仅考虑初始值。也就是说，不考虑环境影响引起的任何可能的变化。
13.从专利ep 2 763 333 b1中已知一种光发射器和一种光信号生成方法。在此，需要激光二极管和相臂的空间紧凑的布置。此外，在一种有缺陷的方案中，必须由载波与输出信号相乘产生监视信号。为了进行确定，需要容易出错的数字相位检测器。
14.所有先前已知的系统的缺点是，为了满足同相和正交相之间的稳定的相位关系，需要推动大的设计和材料开销，以便几乎实时地稳定相位。此外，并非所有系统都同样适合用于在(强烈)变化的环境条件下几乎实时地保持相位关系稳定。


技术实现要素：

15.本发明要解决的技术问题是，避免现有技术中的一个或多个问题，特别是提供一
种低成本的解决方案。
16.上述技术问题通过根据独立权利要求1所述的电光调节回路来解决。有利的设计方案是从属权利要求、说明书和附图的主题。
附图说明
17.下面参考附图更详细地解释本发明。在附图中：
18.图1示出了根据本发明的实施方式的电光调节回路的框图，
19.图2示出了根据本发明的实施方式的具有用于微调的光学定向耦合器和移相器的光学iq发生器的第一实施方式
20.图3示出了根据本发明的实施方式的具有1x2 mmi和移相器的光学iq发生器的第二实施方式
21.图4示出了具有光学定向耦合器的相位差检测器的第一实施方式，
22.图5示出了具有多模干涉仪的相位差检测器的第二实施方式，以及
23.图6示出了误差放大器的第一实施方式，以及
24.图7示出了误差放大器的第二实施方式
25.根据本发明的实施方式的移相器。
具体实施方式
26.下面将参考附图更详细地示出本发明。在此应注意的是，对不同的方面进行描述，这些不同的方面可以分别单独或组合使用。也就是说，每个方面可以与本发明的不同的实施方式一起使用，除非明确地作为纯粹的替换方案示出。此外，下面，为了简单起见，通常总是仅提及一个实体。但是，只要没有明确说明，本发明也可以分别具有多个所涉及的实体。就此而言，词语“一”，“一个”和“一个的”的使用仅应当被理解为，表明在简单的实施方式中使用至少一个实体。
27.就下面描述的方法而言，方法的各个步骤能够以任意的顺序布置和/或组合，只要通过上下文没有明确地得出不同的情况。此外，除非另外明确说明，否则这些方法可以彼此组合。
28.具有数值的陈述通常不应理解为准确的值，而是还包含 /-1％至 /-10％的公差。
29.对标准或规范的引用应理解为对在申请时和/或(如果要求优先权)在优先权申请时适用的标准或规范的引用。然而，这并不意味着对后续或替代标准或规范的适用性的一般排除。
30.在图1中示出了一个较复杂的系统，其可以被划分成两个逻辑子区域。通常例如可以布置在基站bs中的左侧子区域bs和通常可以布置在前端fe中的右侧子区域fe。接下来，首先考虑前端fe侧的子区域，其中，类似的元素也可以在基站bs侧使用。
31.在图1中示出了具有其他部件的电光调节回路1。该电光调节回路具有用于激光源ld的光的输入端和用于产生两个分离的相移信号ei，eq的光学iq发生器oiq。
32.电光调节回路1还具有用于确定两个相移信号ei，eq之间的相位差的(模拟的)相位差检测器δφ，其中，(模拟的)相位差检测器δφ在运行中生成控制参量，该控制参量被间接或直接提供给光学iq发生器oiq，用于重新调节相移信号ei，eq的相位差。
33.(例如来自hf接收器的)电信号vi和vq可以在马赫曾德尔(mach zender)干涉仪中与相位稳定的信号ei和eq混合，例如相乘。因此，在节点2中存在稳定的光学iq信号。(模拟的)相位差检测器δφ检查信号es和em的相对相位，其在本技术中为90
°
。(模拟的)相位差检测器δφ的(光学)控制信号被间接或直接提供给光学iq发生器oiq，用于重新调节相移信号ei，eq的相位差，以便在需要时(例如借助移相器)重新调节相位。因此，这些单元形成模拟的电光闭环调节回路，其将信号es和em的相对相位调节到90
°
。因此，例如使得能够借助于2x4 mzi或光学定向耦合器进行相干检测。在此，信号es可以是在节点(1)处导出的光学载波信号，其相位已经被重新调节。
34.所开发的系统不需要附加的数字构件来实时地稳定相位。也就是说，通过缺少昂贵且耗电的dsp，电力消耗也减少。此外，所使用的adc的带宽仅仍然必须关于信号vi和vq满足香农定理(shannon theory)，从而在此也可以使用更便宜并且功率要求更低的adc。此外，如果信号vi和vq模拟地存在，则电光调节回路也不需要dac。也就是说，由此也可以在设计和运行中实现进一步的成本节约。
35.在本发明的一个实施方式中，电光调节回路1还具有两个光调制器mzi1，mzi2，其中，将两个相移信号中的第一相移信号ei与第一输入信号vi相乘，并且将两个相移信号中的第二相移信号eq与第二输入信号vq相乘。
36.在本发明的实施例中，电光调节回路1具有两个光调制器mzi1，mzi2，其中，两个光调制器mzi1，mzi2的输出信号被引导到公共输出端(如图1中所示)或单独的输出端。
37.特别是，光调制器mzi1，mzi2可以是马赫曾德尔(mach-zender)干涉仪。
38.在本发明的一个实施方式中，电光调节回路1还具有误差放大器amb。在此，误差放大器amb可以接收相位差检测器δφ的控制参量。误差放大器amb可以(在运行中)生成控制参量，控制参量被间接或直接提供给光学iq发生器oiq，用于重新调节相移信号ei，eq的相位差。也就是说，误差放大器amb可以(考虑(模拟的)相位差检测器δφ的控制信号)关于变化的环境条件提供重新调节。误差放大器例如可以作为差分放大器来实现。
39.在图6和7中示出的本发明的一个实施方式中，误差放大器amb具有至少一个光电二极管pd0，pd1和至少一个跨阻抗放大器tia，其中，由跨阻抗放大器tia的差分电压v
out
生成用于光学iq发生器oiq的控制参量。在此，误差放大器amb的跨阻抗放大器tia的实施方案可以基于双极晶体管q1，q2(图6)以及基于(c)mos晶体管q1，q2(图7)来实现。在附图中示出的i
dac
和单元允许进行初始化，以便持久地补偿(模拟的)相位差检测器中的可能的不对称和/或过程变化和/或误差放大器amb的晶体管q1，q2和光电二极管pd0，pd1的过程变化。
40.当光电二极管pd0的输入信号|e
δφ
|2大致为零时，则电路处于静止状态并且v
out
＝0v。现在，当由于环境影响或过程变化等而|e
δφ
|2≠0时，光电二极管pd0产生电流i
δφ
～r|e
δφ
|2。因此，节点v
x
处的电压比节点vy处的电压小，并且差分电压v
out
增大。该输出电压只能用作用于控制光学iq发生器的控制参量。例如，差分电压v
out
可以用于控制前端fe的光学iq发生器oiq中的一个(或多个)移相器和/或基站bs中的移相器ps。又存在闭环的电光调节回路。出于稳定性的原因，可能需要适当地选择z
tia
(s)，使得系统满足用户选择的关于静态调节误差、上升速率、超调等的规范。特别是，也应当选择z
tia
(s)，使得电光调节回路是稳定
的。
41.在本发明的一个实施方式中，光学iq发生器oiq具有光学定向耦合器rk和移相器ps。移相器ps在此可以提供微调。所有部件可以集成在一个芯片上。图2示出了基于光学定向耦合器的光学iq发生器oiq。由于光学定向耦合器rk已经产生90
°
的相位差，因此在这种类型的光学iq生成中，移相器仅必须补偿环境影响，因此预期的控制电压较低。
42.在本发明的一个替换的实施方式中，光学iq发生器oiq具有光功率分配器，例如多模干涉仪mmi(multi-mode interferometer)、特别是1x2的mmi或y分路器，以及移相器。移相器ps在此可以提供微调。所有部件可以集成在一个芯片上。例如，由于1x2 mmi在两个输出之间不产生相位差，因此必须通过另外的元件提供相移。在此，这可以通过移相器ps一起产生，从而在这种情况下，将不仅仅提供微调。于是与图2中的实现不同，可以预期控制电压可以更高。
43.在本发明的另外的实施方式中，光学(模拟)相位差检测器δφ(如图4所示)具有光学定向耦合器。如果信号ei和eq相对于彼此具有π/2 2πn的相位差，则|e
δφ
|2＝0。
44.在本发明的另外的实施方式中，(模拟的)相位差检测器δφ(如图5所示)具有光功率分配器，例如多模干涉仪mmi或y分路器。工作原理类似于图4中的具有定向耦合器的光学δφ检测器的工作原理。如果信号ei和eq相对于彼此具有例如π/2 2πn的特定相位差，则|e
δφ
|2＝0。在此，光功率分配器可以被设计为，使得有利地仅将一定百分比的能量引导到2x2mmi，从而保留大部分能量用于光学iq通道。
45.当然，也可以选择混合系统，其为两个系统的混合物。
46.前面的发明既可以用于有线系统，也可以用于无线系统。