一种低相噪微波信号源

技术领域

本申请涉及微波信号源领域，尤其是涉及一种低相噪微波信号源。

背景技术

高质量的微波信号源是一切微波应用的基础，微波信号源作为各种微波光电设备中最为基础的一部分，其产生信号的质量直接影响着微波系统中各种装备的性能。

光电振荡器（OEO）是一种高性能的微波信号源，OEO其主要由稳定的直流激光源、电光调制器、长光纤、光电检测器、射频放大器和射频滤波器等光电器件组成；由于长光纤提供的高质量因子，OEO可以产生具有超低相位噪声的频谱纯微波信号。

现有高性能OEO光电振荡器，为了保证振荡环路的高Q值，均使用长距离光纤作为腔体介质，光信号在长距离光纤传输中，由于光纤中有受激布里渊散射、瑞利散射、相对强度噪声、色散、干涉强度噪声、模式分割噪声MPN等等噪声因素，造成光电检测输出信号幅度和相位指标的劣化，导致光电振荡器输出RF信号相噪劣化。

发明内容

本申请提供一种低相噪微波信号源，具有改善了长距离光纤传输导致的OEO输出RF相噪劣化问题的特点。

本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种低相噪微波信号源，包括：

光源模块，用于发射光源；

分束模块，连接光源模块，接收光源并对光源进行分束后输出光信号；

转换模块，连接分束模块，接收光信号，并将光信号转换成电信号输出；

调相器，连接转换模块，接收电信号，并对电信号进行调相处理后输出；

所述分束模块包括保偏分束器、传输光纤和偏振分束器；所述保偏分束器的输入端连接光源模块；所述保偏分束器的第一输出端连接传输光纤的输入端；所述传输光纤的输出端连接偏振分束器的输入端；所述偏振分束器的输出端连接转换模块；

所述转换模块包括第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器；所述第一光电探测器的输入端连接保偏分束器的第二输出端；所述偏振分束器的输出端包括第一输出端和第二输出端；所述第二光电探测器的输入端连接偏振分束器的第一输出端，所述第三光电探测器的输入端连接偏振分束器的第二输出端。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括合路分路器和放大器；所述合路分路器的输入端连接第二光电探测器的输出端和第三光电探测器的输出端；所述合路分路器的第一输出端连接放大器的输入端；所述放大器的输出端连接调相器。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括拍频鉴相单元；所述拍频鉴相单元连接第一光电探测器的输出端和合路分路器的第二输出端；所述拍频鉴相单元还连接调相器。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括滤波器和功分器；所述滤波器连接调相器；所述功分器连接滤波器。

本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括强度调制器；所述强度调制器连接光源模块和分束模块，用于对光源进行调制后输出道分束模块中；所述强度调制器还连接功分器，接收功分器反馈的信号。

附图说明

图1是本申请实施例中一种低相噪微波信号源的系统结构示意图。

附图标记说明：1、光源模块；2、分束模块；21、保偏分束器；22、传输光纤；23、偏振分束器；3、转换模块；31、第一光电探测器；32、第二光电探测器；33、第三光电探测器；4、合路分路器；5、放大器；6、拍频鉴相单元；7、调相器；8、滤波器；9、功分器；10、强度调制器。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例作出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合说明书附图对本申请实施例做进一步详细描述。

目前，高性能OEO光电振荡器在使用过程中，为了保证振荡环路的高Q值，均使用长距离光纤作为腔体介质，光信号在长距离光纤传输中，由于光纤中有受激布里渊散射、瑞利散射、相对强度噪声、色散、干涉强度噪声、模式分割噪声MPN等等噪声因素，造成光电检测输出信号幅度和相位指标的劣化，综合各种影响因素，导致光电振荡器输出RF信号相噪劣化，尤其RF信号的近端部分(1KHz以下）的相噪较高，现有OEO技术方案无法很好地解决此问题，近端相噪劣化问题对OEO技术的实际应用有很大影响。

为解决上述问题，本申请还提供一种低相噪微波信号源，如图1所示，一种低相噪微波信号源包括光源模块1、分束模块2、转换模块3和调相器7；光源模块1用于发射光源；分束模块2连接光源模块1，对光源进行分束；转换模块3连接分束模块2，用于对信号进行转换；调相器7连接转换模块3，用于对信号进行调相处理；通过上述模块之间的配合使用，实现了对长距离光纤传输导致的OEO输出RF相噪劣化问题的改善效果。

本申请实施例中，光源模块1包括激光器，其目的在于发射稳定的光源，对具体的光源模块1不作限定，本实施例中也仅是以激光器作为示例性说明。

低相噪微波信号源还包括强度调制器10；强度调制器10连接激光器，用于对激光器光源进行调制，这里的强度调制器10是一种光强度调制器；强度调制器能够调整光功率，连接激光器能够对激光器发出的激光的光功率进行调整。

分束模块2包括保偏分束器21、传输光纤22和偏振分束器23；转换模块3包括第一光电探测器31、第二光电探测器32和第三光电探测器33；保偏分束器21的输入端连接强度调制器10，接收经过调制后的光源；保偏分束器21设置有两个输出端口，其中保偏分束器21的第一输出端连接传输光纤22的输入端，保偏分束器21的第二输出端连接第一光电探测器31的输入端；传输光纤22的输出端连接偏振分束器23的输入端；偏振分束器23同样设置有两个输出端，其中偏振分束器23的第一输出端连接第二光电探测器32的输入端，偏振分束器23的第二输出端连接第三光电探测器33的输入端。

在本申请实施例中，保偏分束器21与传输光纤22之间采用45度熔接的方式进行连接；保偏分束器21包括保偏光纤环；上述45度熔接的方式指的是通过这种方式将保偏分束器21的快轴与传输光线22的快轴呈45度角的方式进行熔接；保偏分束器21将光信号分快慢轴进入到保偏光纤环，光信号在环内通过快慢轴分别传输，进入到偏振分束器23后形成两路光信号，再分别进入到两个光电探测器；由于两个不同轴向的光信号传播的路程是不相同的，这样就会导致两个不一样的起振模式，而只有在满足耦合振动的条件下，才可以得到边模抑制比比较好的微波信号；通过上述方式，利用保偏光线快慢轴代替传统的双环路，节省了保偏光纤的长度，降低了成本。

PMFS（保偏光纤分束器）的功能是在保持光波原有偏振态前提下，实现光波功率的分束；具有低WDL、低PDL、工作温度范围和工作波长范围宽等优点；产品制作采用微光学与成熟的玻璃管工艺，具有环境适应性强、性能优良和适宜批量生产等优点；尾纤类型有全保偏、保偏单模混合等规格。

偏振分束器的功能是在保持光波原有偏振态前提下，实现光波功率的分束；其具有低WDL、低PDL、工作温度范围和工作波长范围宽等优点；该产品制作采用微光学与成熟的玻璃管工艺，具有环境适应性强、性能优良和适宜批量生产等优点；尾纤类型有全保偏、保偏单模混合等规格。偏振分束器的优势是低插入损耗、高稳定性和可靠性、高回波损耗及高消光比。偏振分束器广泛应用于光纤激电流互感器、光纤陀螺、光纤传感、相干通信之上。

偏振分束器与非偏振分束器的主要不同：偏振分束器对入射光线进行分束，出射光为两个方向，一束光的振动方向垂直入射面，一束振动方向平行入射面，常用于对偏振态有特殊要求的光路，偏振分束原理是入射角为起偏振角时，反射光为振动方向垂直入射面的线偏振光，反射光一般占总光强的个位百分数，因此使用多层介质叠加的办法来筛出每次入射光中的垂直入射面的线偏振光分量，终使得最后的出射光的两部分分别为比较纯净的垂直线偏振光和剩余的较为纯净的平行线偏振光。

本实施例中的低相噪微波信号源还包括合路分路器4、放大器5、拍频鉴相单元6、滤波器8和功分器9。

其中，合路分路器4的输入端连接第二光电探测器32的输出端和第三光电探测器33的输出端，合路分路器4的第一输出端连接放大器5的输入端，放大器5的输出端连接调相器7；拍频鉴相单元6连接第一光电探测器31的输出端和合路分路器4的第二输出端，拍频鉴相单元6还连接调相器7。

这里的合路分路器可以理解为合路器和分路器配合使用，即合路分路器包含了合路器和分路器两种装置的功能。

保偏光纤分束器的第二输出端输出的光信号经过第一光电探测器31转化成电信号；经过偏振分束器23第二输出端和第三输出端输出的光信号经过第二光电探测器32和第三光电探测器33转换为电信号，两路电信号通过合路分路器4合成一路后，一部分进入到拍频鉴相单元6，与经过第一光电探测器31的电信号在拍频鉴相单元6进行相噪的解调；经过合路分路器4的另一部分信号输出至放大器5，进行信号的放大后进入到调相器7，通过调相器7内的调相电路对经过放大的电信号进行补偿；通过上述方式，实现了对光电信号之间的转换以及相应的处理。

在本申请实施例中，滤波器8连接调相器7，功分器9连接滤波器8和强度调制器10；经过调相器7处理的信号进入到滤波器8进行滤波处理，然后再进入功分器9进行处理；功分器9将部分电信号反馈回强度调制器10，另一部分输出；强度调制器10接收功分器9反馈的电信号，这部分电信号可以理解为调制信号，强度调制器10会将调制信号加载的激光器发射的激光光波上，从而提高激光的光强。

在本申请实施例中，保偏分束器21包含透镜，该透镜采用半透半反结构，通过镀膜控制第一输出端和第二输出端的分束比。

在本申请实施例中，拍频鉴相单元6可以采用锁相环等器件，用于解调光纤环路引入的相位噪声；对于解调出的相位噪声，可以通过调相器7内的调相电路对信号进行补偿；通过这种方式，实现了对主路信号的相噪补偿。

上述提供的低相噪微波信号源在经过试验模拟后，缩短了一半的保偏环路长度，将位于1kHz处的相位噪声改善了10dB以上；因此，通过相关试验证明，本方案中的低相噪微波信号源可以有效改善OEO装置RF信号的近端相位噪声劣化情况，解决了由长距离光纤导致的噪声劣化问题。

在一个示例中，还包括信号处理模块；信号处理模块连接上述三个光电探测器，接收光电探测器输出的电信号，并对电信号进行分析处理，将不同光电探测器输出的电信号转换成相应的信号图像，分别为第一信号图像、第二信号图像和第三信号图像；信号处理模块中预存有预设的电信号图像，分别将第一信号图像、第二信号图像和第三信号图像与预设的电信号图像进行相似比较得到三个信号图像的相似度值，计算相似度值与预设相似度阈值之间的相似度差值，根据相似度差值判断对应的光电探测器是否出现故障；信号处理模块中还设置有差值阈值，将相似度差值与差值阈值进行比较，若相似度差值大于差值阈值，则表示相应的信号图像出现异常，从而说明对应的光电探测器出现异常。

通过上述检测过程，可以证明光电探测器出现异常，但是并不能说明光电探测器本身出现了故障，还是由于特殊情况导致光电探测器此次工作过程出现问题，因此需要对相关信息进一步进行分析。

若光电探测器出现异常，那么需要对光电探测器进行检测，判断此时出现的异常属于光电探测器本身发生故障，还是属于特殊情况。

在本申请实施例中，光电探测器需要将来自保偏分束器21和偏振分束器23的光信号转换成电信号，再经由相关模块对电信号进行处理，最终由功分器9输出经过处理的电信号；因此，光电探测器在本申请的方案中是至关重要的，所以需要对光电探测器进行分析，判断光电探测器是否能正常工作。

信号处理模块在对光电探测器进行分析时，获取三个光电探测器的编号，其中，第一光电探测器31的编号为1，第二光电探测器32的编号为2，第三光电探测器33的编号为3，在进行分析工作时，先对第一光电探测器31进行检测，判断第一光电探测器31是否产生异常，若第一光电探测器31未发生异常再对第二光电探测器32和第三光电探测器33进行检测；在本申请的方案中，保偏分束器21对激光进行处理，然后经由传输光纤22和偏振分束器23对激光进行进一步处理，而第一光电探测器31连接保偏分束器21，第二光电探测器32和第三光电探测器33均连接偏振分束器23，而偏振分束器23是通过传输光纤22连接保偏分束器21，所以当检测出第一光电探测器31出现异常时，可能是第一光电探测器31本身故障，也可能是第一光电探测器31连接的保偏分束器21出现故障。

在本申请实施例中，对光电探测器的故障检测是对信号进行分析处理，而第一光电探测器31连接保偏分束器21，接收保偏分束器21传输的光信号，并将光信号转换成电信号，因此若检测出电信号出现问题，那么可能是传输过来的光信号出现问题，可能是在将光信号转换成电信号的过程中出现了问题；若是因为光信号存在问题，则说明保偏分束器21出现故障；若是因为光信号转换至电信号的过程存在问题，则说明第一光电探测器31出现故障。

以上描述仅为本申请得较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。