基于级联强度调制器的微波光子变频技术分析-analysis of microwave photon frequency conversion technology based on cascaded intensity modulator.docx

摘要光纤通信技术的不断成熟和微波技术的不断发展使得这两门原本独立的学科开始逐渐融合，形成了一种新兴的技术—微波光子学。微波光子学主要研究的是微波信号与光子信号间的相互作用，其主要职能包括微波和毫米波信号的光学产生，处理，控制以及馈送。微波光子技术的一个典型应用即是光载射频通信（Radio-over-Fiber，RoF）系统，由于RoF可以提高系统传输容量、带宽和移动性而服务于固定及移动用户，其被认为是未来毫米波频段最具吸引力的宽带无线接入解决方案。微波光子变频技术对于RoF系统以及其他应用都是至关重要的一项技术，目前已经成为国内外众多科研单位的研究热点。本论文主要对微波光子学中基于电光调制器实现Ka波段的微波光子下变频系统进行理论分析和实验研究。论文首先分析了基于级联强度调制器的微波光子变频系统中各个参数对变频性能的影响，对发射端、调制端、接收端三部分中的每个参数做详细说明，并进行理论分析和仿真验证。最后在不加外部器件的情况下提出一种最优化的光子变频方案。其次，在方案中引入EDFA、FBG等器件，对系统性能进行进一步改善。经过理论分析发现，在引入EDFA或者FBG的复杂链路中，通过精确控制调制器工作点以及调制指数等参数，可以提高中频信号功率，抑制IMD3干扰，使得增益、无杂散动态范围等性能指标得到明显改善。其中加入EDFA后增益最大能够达到7.5dB，相比无EDFA提高约43dB，而加入FBG后无杂散动态范围能够达到121dB/Hz4/3，相比无FBG提高约20dB。根据理论分析结果我们还进行了简单的级联调制器变频实验平台搭建，对结论进行实验验证。本论文最终的理论研究和仿真成果具有一定的参考意义，相关实验平台的搭建工作也为今后实现更为复杂的实验系统积累了宝贵的经验。关键词：光载射频通信微波光子变频EDFAFBGIMD3无杂散动态范围AbstractWiththeopticalfibercommunicationandthemicrowavetechniquesdevelopment,twooriginallyindependentdisciplinebeginstofuse,whichiseventuallyforminganinterdisciplinarytechnologyarea—MicrowavePhotonics.Microwavephotonicsstudiestheinteractionbetweenmicrowaveandopticalsignals.Themajorfunctionsofmicrowavephotonicssystemsincludephotonicgeneration,processing,controlanddistributionofmicrowaveandmillimeter-wavesignals.TypicalapplicationofmicrowavephotonicsisRadio-over-Fiber(RoF),whichisapromisingsolutionforfuturebroadbandwirelessaccessinthemillimeter-waveband,asitcanincreasethecapacity,bandwidthandmobilitytoservebothfixedandmobileusers.Opticalmillimeter-wavefrequencyconventionschemesareessentialforRoFandotherapplications,whichhavebeentheresearchtopicsofmanyscientificresearchinstitutionsathomeandabroad.Inthisthesis,wedidmanytheoreticalanalysisabouttheopticalfrequencydownconversionschemesbasedontheelectroopticmodulators.Firstly,variousofparameterswereanalysedontheeffectofthepropertiesoffrequencyconversion,WemadedetailedtheoreticalanalysisandsimulationverificationforeachparameterofthepartsofTransmittingTerminal,ModulationTerminalandtheReceivingTerminal.Accordingtotheanalysisresults,weproposedanoptimizedsolutionfo