外调制微波光子链路性能研究

针对外调制方式工作的微波光子链路,建立了链路的小信号分析模型,理论仿真了调制器输入光功率及调制器直流偏置点对链路增益、噪声系数和线性动态范围的影响。理论仿真与实验结果表明,适当增大调制器输入光功率以及使调制器工作在最佳线性偏置点,可提高链路增益和线性动态范围,同时降低链路噪声系数。该研究为优化外调制微波光子链路性能提供了有益参考。     

宽带多频段微波光子链路性能研究

覆盖C、Ku、Ka三个频段的多频段微波光子系统链路性能受自频段三阶交调失真、不同频段间二次谐波和二阶交调失真以及电光调制器半波电压变化的影响.分析了不同频段内干扰信号,得到了链路性能优化时调制器直流偏置电压,讨论了不同输入射频功率时各频段主要干扰信号.     

星上双频段多通道微波光子链路传输性能的优化研究

利用星上微波光子技术,将多个频段微波信号调 制到光域,可解决数据在星上的高 速处理和星间远距离传输等问题。当多频段微波信号进行 光学调制时,交调失真是影响星上多频段微波信号光域传输性能的重要因素。研究了星上双 频段、每个频段内2信道的微波信号光学调制方法,分别推导了Ku、Ka波段微波信号的输出 信号噪声失真比(SNDR)和无杂散动态范围(SFDR)表达式,分析了 各次谐波和各阶交调失真分量对链路性能 的影响,获得了保证链路输出SNDR最优的最佳直流偏置相位和调制系 数。利用OptiSystem软件建立了仿真模型,并进行了仿真验证。研究结果表明 ,Ku 频段中非线性交调分量包括自频段三阶交调(IMD3)分量、频段间IMD3分量 和频段间二阶交调(IMD2)分量;Ka频段中非线性交调分量包括自频段IMD3分量、Ku频段IMD2分量、Ku频段二次谐波(HD2)分量以及频段间IMD3分量。对于Ku频 段信号,当调制系数和直流偏置相位分别为0.17和0.535π时,SNDR取得最优值21.50dB;对于Ka频段信号,调制系数和直流偏置相 位分别为0.22和0.525π时,SND R取得最优值15.32dB。     

带前置光放大的星间微波光子链路性能优化

考虑发射机和接收机对准误差引起的信号衰落,推 导出带前置光放大的星间微波 光子链路输出信噪比(SNR)的解析表达式,并建立了基于平均SNR原则的 链路优化模型。在给定 SNR要求及对准误差条件下,对Mach-Zehnder调制器(MZM) 直流偏置相移进行了优化,使所需激 光器(LD)输出功率最小,并进一步分析了前置放大器参数对最小LD输出功率和最优直 流偏置 相移的影响。数值仿真结果表明,与增益相比,前置放大器噪声系数决定了指定SNR所需 的最小LD输出功率。当对准误差角标准差为0. 4μrad时,噪声系数加倍会使SNR达到 15.56dB时所需的最小LD输出功率增加6.73dB。然而,前置放大 器噪声系数对最优的直流偏置相移几乎无影响,噪声系数加倍后最优直流偏置相移的变化不 会超过0.003π。     

噪声对消射频光子链路的噪声系数研究

噪声系数是宽带射频光子链路的重要参数,影响 射频信号传输和处理系统的信噪比。 提出了一种噪声对消射频光子链路,采用平衡光探测器对直流光和调制光转换的光电流相减 处理,得到链路的噪声系数改善。从光信号调制、探测及噪声功率变化特性出发,建立了噪 声对消射频光子链路的理论模型,并通过理论分析研究了噪声系数与激光功率、相对强度噪 声、光调制器损耗、光耦合器分光比等参数的关系。构建了噪声对消射频光子链路实验,对 频率6~18 GHz的噪声系数进行对比研究。实验研究结果表明,在相同 条件下,噪声 对消射频光子链路的噪声系数减小2～4 dB。理论和实验结果充分证 明提出的方法正确性。     

基于光载波抑制调制的星间微波光子下变频研究

针对卫星通信中微波信号光学处理问题,建立了星间微波光子下变频系统模型,采用两个双电极马赫-曾德尔调制器(DE-MZM)并联形式,以光载波抑制(DCS)方式实现了星间微波信号的光域放大、传输和下变频。利用贝塞尔函数展开分析了下变频系统中信号和各噪声分量,对射频本振信号功率进行了优化,仿真研究了调制器直流偏置漂移、移相器相移误差和发射光功率对系统性能的影响。结果表明,调制器直流偏置相位漂移小于5℃时输出载噪比(CNR)恶化小于0.05 dB,移相器相移误差小于5℃时输出CNR恶化小于0.02 dB,系统具有较高稳定性;当发射功率为10.48 dB时,输出CNR达31.33 dB,系统能够满足输出CNR要求。     

电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响

马赫-曾德尔电光调制器的偏置点控制是光载射频传输链路中一项十分关键的技术。为了分析马赫-曾德尔电光调制器偏置点抖动控制对射频信号的影响,用贝塞尔级数展开再进行频谱分析的方法对系统输出信号成分进行了理论分析,设计了马赫-曾德尔调制器任意点控制系统并进行了实验验证。用MATLAB进行仿真后可知,在输入射频功率为18dBm时,抖动信号幅度需小于45mV,2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比才能大于20dB;而在输入射频功率为10dBm时,这个幅度要小于19mV。改变抖动信号幅度进行实验,得到2次射频信号对抖动信号引起的频率分量抑制比与仿真结果误差始终保持在3dB~3.2dB左右。结果表明,马赫-曾德尔电光调制器工作在线性偏置点时,抖动信号引起的频率分量是可以忽略的;但将调制器偏置控制在最低偏置点时,对射频信号的影响不可忽略。     

基于EDFA的长距离微波光子链路噪声恶化研究

文章针对长距离模拟微波光链路存在性能参数难以改善的问题,建立了在外调制方式下基于掺铒光纤放大器(EDFA)的超长距离微波光子链路参数理论模型,并在该模型下根据单个EDFA的噪声恶化表达式推导了链路中级联三个EDFA时整个链路的噪声恶化表达式,给出了整个链路的噪声恶化与增益、噪声系数、无杂散动态范围以及1d B压缩动态范围的函数关系式,详细论述了链路性能随器件参数变化的演变规律。通过对参数的仿真分析,其结果表明可以通过控制直流光电流以及噪声恶化的程度来提高链路的综合性能,对微波光链路的工程设计和应用提供了理论参考。     

RoF外调制链路的噪声系数分析

分析了光纤承载无线（RoF,Radio over Fiber）外调制链路的噪声系数。通过建立数学模型,从小信号模型下推导出外部调制链路的增益和噪声系数的表达式,并研究了影响链路噪声系数的各种因素,如调制器的半波电压,输入光功率,光纤损耗,检测器的效率等,理论上得出降低噪声系数的一般方法和结论,即可以适当的降低调制器的半波偏置电压,提高激光器的输入光功率,可以选用低损耗光纤以及提高检测器的斜度效率等。     

外调制微波光传输链路性能优化研究

微波光传输链路(MWPL)具有损耗小、容量大、重量轻、抗干扰能力强等优点,已在军事、雷达、无线通信等领域得到广泛应用.决定微波光传输链路性能的参数主要有链路增益、噪声系数和动态范围.文章首先通过建模分析,推导出了增益和噪声系数的关系,研究了微波光传输系统噪声系数的各种影响因素.通过仿真与实验验证表明,合理的调节调制器输入光功率,可提高链路增益,同时降低链路噪声系数,优化传输链路的性能.     

长距离传输中毫米波光链路性能的分析

建立了毫米波长距离光传输链路增益和噪声系数模型,分析了外调制器工作点对链路增益、噪声系数等的影响;计算了长距离传输中色散效应对链路增益的影响;推导分析了激光器相对强度噪声、散弹噪声、EFDA自发辐射噪声对链路噪声系数的函数关系。通过控制调制器工作点等技术手段优化了链路的增益和噪声系数指标,对毫米波光链路工程设计和应用提供了理论指导。     

Carrier-to-noise ratio optimization by modulator bias control in radio-over-fiber links

We propose a method to optimize the carrier-to-noise ratio (CNR) in optically amplified narrowband radio-over-fiber links which employ a Mach-Zehnder modulator. This is achieved by control of the modulator bias in order to suppress the optical carrier. In this letter, we experimentally prove that this carrier suppression technique can simultaneously improve the link detected RF power and suppress the stimulated Brillouin scattering, which is shown to be an important source of noise. Thus, we observe an improvement of about 20 dB in CNR of our link with respect to the unsuppressed carrier case.     

Novel bias control of electroabsorption waveguide modulator

A novel approach is proposed for controlling the bias of an electroabsorption waveguide modulator for maximum radio-frequency (RF) gain in analog fiber-optic links. It is based upon the correlation between the RF gain and the modulator DC photocurrent. It is found that, under various operating conditions, the modulator bias at which the modulator DC photocurrent experiences the largest change with incremental bias, coincides with the bias for the maximum RF gain. This approach eliminates the need for an external tracking photodiode, and can be useful in bias controls of a modulator array     

Nonlinearity modelling of an on-board microwave photonics system based on Mach-Zehnder modulator

For the nonlinearity distortion problem of Mach-Zehnder modulator(MZM)applied in the on-board microwave photonics system,the situation for two input radio frequency(RF)signals with different frequencies and phases is discussed,and an exact analytical solution is derived with the method of expanding Bessel series and Graf addition theory.According to the analytical expression,the nonlinearity characteristics of the modulator can be precisely predicted,and the system performance can be optimized.The correctness of the analytical solution is approved by simulation results.Analytical results indicate that the nonlinearity distortion is suppressed as the decrease of modulation index,the increase of direct current bias phase shift and phase difference between two input RF signals.When the phase difference equals zero orπand the direct current bias phase shift isπ/2,there are only odd-order distortion terms.When the phase difference equals zero orπand the direct current bias phase shift isπ,there are only even-order distortion terms.     

交叉耦合效应对M-Z调制器谐波抑制比的影响

针对微波光子链路低噪声高线性度的应用需求,研究了Mach-Zehnder (M-Z)型电光调制器波导交叉耦合效应对谐波抑制比的影响。首先通过OptiBPM和MATLAB联合仿真发现波导间交叉耦合效应会导致调制器射频电极与偏置电极工作点的偏移,进而降低谐波抑制比;其次利用特制的窄波导间距铌酸锂调制器实测验证了该现象,最后提出了一种能快速检测M-Z型电光调制器交叉耦合效应的方法。文章不仅探索了波导结构对谐波抑制比的影响,还为用于微波光子技术的脊波导及光子晶体薄膜铌酸锂调制器的研制提供了一定参考。     

双音调制星间微波光子链路信号噪声失真比优化

建立了包括光源、马赫曾德尔调制器、掺铒光纤放大器和光电探测器的双音调制星间微波光子链路模型。利用贝塞尔函数展开、傅里叶变换/反变换和Graf加法定理,推导出探测器输出信号的严格通用解析解,考虑三阶交调失真的影响,得出信号噪声失真比（SNDR）的表达式。着重分析了在不同调制方式下SNDR、基波和三阶交调信号功率随射频输入功率的变化情况。数值计算结果表明:SNDR、基波和三阶交调信号功率随射频输入功率的增大先增大后减小,存在最优的射频输入信号功率使SNDR达到最大。相同射频输入功率条件下,双边带调制SNDR大于单边带调制,适合星间微波光子链路应用。     

Maximum dynamic range operation of a microwave external modulationfiber-optic link

We fully analyze the analog performance of an external modulation fiber-optic link. We express relevant figures of merit-including gain, noise figure, third-order intermodulation distortion, AM compression, and dynamic range-in terms of the microwave scattering matrices of the modulator and detector circuits, and we predict the modulator bias condition promoting optimum link performance. Our predictions match the measured gain, noise figure, and dynamic range of an experimental 870-930 MHz external modulation fiber-optic link. Maximum spurious-free dynamic range-77 dB·MHz^2/3 (117 db·Hz^2/3 )-occurs when the modulator is biased at its halfwave voltage, where the optical throughput is nearly pinched off     

微波光链路的噪声系数分析

微波光链路(MPL)是利用光纤传输微波信号,与传统的射频链路相比具有带宽大、损耗小、质量轻、抗电磁干扰等优势,但也存在噪声系数较大的问题,从而影响链路的动态范围.建立了直接调制的微波光链路模型,在不考虑频响的情况下推导出链路固有增益和噪声系数的表达式,研究了激光器的转换效率、光纤的损耗和相对强度噪声(RIN)对链路噪声系数的影响.还建立了链路频响的模型,推导出固有增益与频率关系的表达式,分析仿真了频率对链路固有增益和噪声系数的影响,并与实验结果进行了比较.     

A 0.35μm CMOS Mixer for 2.45-GHz RFID Application

A RF mixer with both low noise and high linearity is designed,operating at 2.45-GHz ISM band for RFID application.The designed mixer uses an optimal input matching network and the carefully chosen sizes of transistors,also with the appropriate bias point,to improve the noise figure(NF).Also,with a resonant LC loop as the current source and a parallel PMOS-resistor as the load,the mixer has a high linearity.The post simulation results show that the single side- band noise figure of 8.57 dB,conversion gain of 10.02 dB,input 1-dB compression point(P-1dB)of-8.33 dBm,and input third-order intercept point(IIP3)of 5.35 dBm.