發(fā)布時間：2020-11-08 06:55

　　 由于光纖本身具有低損耗和低本征噪聲等特性,通過它來傳輸高度穩(wěn)定的頻率信號有許多優(yōu)勢,并且在過去的幾十年已經(jīng)成為了全球范圍內(nèi)的研究熱點。在應用需求和成本等多方面因素的作用下,傳輸射頻信號成為光纖頻率傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢。不過光纖容易受環(huán)境因素的影響而出現(xiàn)傳輸延時的變化,進而導致在其中傳輸?shù)纳漕l信號的相位產(chǎn)生抖動。論文圍繞目前的穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)中,相位穩(wěn)定時糾正速度較慢、延時穩(wěn)定時補償范圍受限等問題,研究了針對性的解決方法,并在此基礎(chǔ)上設計了適合多天線陣列信號接收的穩(wěn)相回傳系統(tǒng)。針對直接調(diào)節(jié)射頻信號相位的穩(wěn)相傳輸系統(tǒng),存在相位抖動糾正速度較慢的不足,論文研究并設計了使用相位共軛的方法來穩(wěn)定信號相位的方案。該方案不依賴任何相位鎖相環(huán)路,可以實現(xiàn)快速的相位糾正,也不需要相位可調(diào)器件,所以相位的調(diào)節(jié)范圍不受限制。實驗實現(xiàn)了2.42GHz信號在30 km光纖中的穩(wěn)相傳輸,并驗證了系統(tǒng)對信號相位抖動的快速糾正能力。傳輸后信號半小時時長的均方根相位抖動為0.026 rad,鏈路延時變化700 ps時,信號傳輸延時抖動的峰峰值為2.73 ps。鑒于穩(wěn)定鏈路延時的穩(wěn)相傳輸系統(tǒng),往往難以實現(xiàn)大范圍的延時調(diào)節(jié),因此論文研制并實現(xiàn)了利用色散延時來補償光纖延時抖動的系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)光纖的延時抖動來調(diào)節(jié)光載波波長,形成一個色散導致的光可調(diào)延時,用來穩(wěn)定鏈路的抖動。色散可調(diào)延時的大小和光纖的長度成正比,所以可以獲得非常大的延時調(diào)節(jié)范圍。實驗中經(jīng)過54 km的光纖傳輸后,2.42 GHz信號的均方根延時抖動為0.854 ps。另外該系統(tǒng)具有寬帶特性,可以同時傳輸多個頻率信號或?qū)拵�信號。另一個實驗在30 km的光纖鏈路中同時傳輸了2.46 GHz和8.00 GHz的信號,在兩個頻率處都實現(xiàn)了對相位抖動很大的抑制。為了進一步提高傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性,論文中還引入了壓電陶瓷光纖延遲線來消除鏈路中變化迅速但是較小的延時抖動,它與色散延時結(jié)合,可以獲得大范圍、細尺度的延時控制。實驗實現(xiàn)了2.48 GHz的射頻信號通過60 km的光纖的傳輸,獲得的頻率秒穩(wěn)定度為6.5×10-14,104 s的穩(wěn)定度為2.1×10-1為了解決多天線陣列接收信號時在天線處變頻容易引入額外的相位抖動,進而影響系統(tǒng)性能的問題,論文設計了寬帶射頻信號的穩(wěn)相回傳系統(tǒng),它可以將天線接收到的射頻信號直接相位穩(wěn)定地傳輸回處理中心。實驗實現(xiàn)了2.5 GHz射頻信號的穩(wěn)相回傳,傳輸鏈路長度為45 km,回傳后的秒穩(wěn)定度為3.3×10-13,104 s的穩(wěn)定度為7.5×10-17。總的來說,論文主要針對現(xiàn)有的射頻光纖穩(wěn)相傳輸系統(tǒng)的不足之處,研究和設計了解決這些不足的穩(wěn)相傳輸方法和系統(tǒng)。論文的研究成果已經(jīng)成功地應用于航天飛行控制中心的無線電測月數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng),保證了系統(tǒng)對嫦娥三號衛(wèi)星X波段信標信號的精確采集,并有望在未來的高精度深空探測領(lǐng)域獲得進一步的推廣。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

第一章緒論??Ｉ??圖１－２銀河系星光下的ＡＬＭＡ天線降列曰Ｉ。??Ｗ阿塔卡瑪大型毫米波／亞毫米波天線陣列（ＡＬＭＡ）為例ＩＷ，它由六十多個天??線組成，天線間的最長距離可化達到１８?ｋｍ。天線陣列設計的頻譜接收范圍為３?Ｗ５０??ＧＨｚ，如此離頻率的信號需要在天線處進行下變頻和數(shù)字化后傳輸回處理中也用??于下變頻的本振信號的頻率需要達到２７－９３８?ＧＨｚ，本振信號通過傳輸２７－１４２?ＧＨｚ的??本振參考信號到天線，在天線處進行鎖相倍頻來獲得為了保證各個天線接收到??的信號的相位相干性，天線處的高頻本振信號必須是相位相干的。本振參考信號通過??處理中也高穩(wěn)定的原子鐘獲得，并且在傳輸?shù)礁鱾�天線的過程中，它們的延時不穩(wěn)定??度需要小于３８?ｆｓ

它可１＾１根據(jù)探測到的鏈路抖動來改變光信號的頻率，進而影響傳輸后信號的相位。德??國馬普學會量子光學研究所（ＭＰＱ）和聯(lián)邦物理技術(shù)研究院（ＰＴＢ）進行了很多傳輸??光頻率信號的實驗Ｗ－４６】。如圖１－４，實驗中傳輸?shù)墓忸l率為１９４ＴＨＺ?（？１５４２ｎｍ），其??線寬為幾個Ｈｚ，光纖鏈路的長度達到了?９２０?ｋｍｌｊｉｌ。??，扣?Ｓｔａｎｄａｒｄ?隨Ｉ?，妄私??義Ｉ?良ｉＶＴｉ無？中一艇．Ｉｓ霄?４、－－－??Ａｂｓ．?Ｆｒｅｃｕｅｎｃｙ?Ｍｅａｓｕｒｅｒｒｅｎｔ?ｙ?ｊ?ｉＴ?？？?？?－?＾?２??青舞Ｖ續(xù)讀＇言??；點＇?Ｉ??Ｍｌ?口?ｆｃａ?卿放＼?．?Ｉ??巧無ｔ：。；資。??ｉ?ｃａｒｒｉｅｒ?Ｐｈａｓｅ?Ｍｅａｓｕｒｏｍｅ＾ｒ＂＇＇＂＾?ＩＫ??圖１－４?ＭＰＱ和ＰＴＢ通過光汁鏈路傳輸光頻率信號的實驗系統(tǒng)Ｉ＇ｉｉｌ。??系統(tǒng)的穩(wěn)定度如圖１－５，使用Ａ型計數(shù)器進行測量，秒穩(wěn)定度為５Ｘ１０－１Ｓ，并且在??１０００?ｓ平均時間后，達到１０－＂量級Ｗ。這里的穩(wěn)定度是用修正阿倫標準偏差（ｍｏｄｉｆｉｅｄ??ＡＤＥＶ）來表示的，在后面的章節(jié)中會對ＡＤＥＶ的概念進行介紹，這里只要知道它是??頻率穩(wěn)定度的一種最常用的表征形式。在接下來的實驗中，這兩個研究所還進行了??１８４０?ｋｍ距離上的光頻率信號的穩(wěn)相傳輸１＾＾

圖１－５?ＭＰＱ和ＰＴＢ通過光巧鏈路傳輸光頻率信號實驗的穩(wěn)定度ｔＷ。??法國的物理激光實驗室（ＬＰＬ）也進行了光頻率信號穩(wěn)相傳輸?shù)难芯浚欤矗罚�Ｗ，并�??出了一種中繼傳輸?shù)姆绞剑保矗罚�。如下圖１－６所示，每個中繼節(jié)點接收上一節(jié)點發(fā)送過來??的穩(wěn)定的光頻信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點，每個節(jié)點負責它和下一節(jié)點之間信號傳輸??的相位穩(wěn)定，相鄰節(jié)點間的傳輸距離可Ｗ達到上百公里。使用這種方式，ＬＰＬ在同時??伴隨著數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶嶋H通信鏈路中進行了?３００?ｋｍ的長距離光頻率信號傳輸，系統(tǒng)的??秒穩(wěn)定度達到了?３ｘｌ〇’ｉ５，?２０小時平均時間的穩(wěn)定度為５ｘ］（Ｔ２°。??９？９?ｗｍ?ｍｍ?？ｍｍ?？■？■？?ｍｈ＊?ｉ？ｎ４?３ＮＮ？?ｓｃ＊ｗ?ｓｎｍ?？？？？?ｗｍ?？？？？？?９＾?？＊〇？?ｍｍ？?ｖｗ－?ｓｍ？?ｖｃ？？?ｏｔｍｏ?？？？：??ｆ—、、?Ｓｔａｔｉｏｎ?Ｎ?Ｊ??凹?ｓ?ＯｐＷｃａｌ?ｓ??………?Ｉ?３日ＭＨＺ?，?Ｔ?ｍｏｄｕｌｅ??，ｉ｜?國＋ｉ?Ｔ??Ｎ－１?Ｉ?＇?＇?ｔ?＊?．１?Ｊ?Ａ０Ｍ１?山ｉｎｋＮＭ?Ｔｏ??Ｉ?［ＦｉｂｅｒＬａｓｅｒＨＡ〇＞ｐＨｐ叫！?—￣Ｗ５Ｍｌ￥ｌ?４〇ＭＨｚ．｜｜?ｓｔａｔｉｏｎ??ｉ?卓立巫軒ｓｉ’?、ｙ?／?Ｎ＋１??ｉｆ呼Ｈｐ卻￣￣Ｍ?：■?Ｉ??Ｉ?尼每｝篇ｎｇ?？委］??ｉｊ?．■；！■．■■…ｉ?７５ＭＨｚ?￣?
【參考文獻】

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1 孟娜;;京津鐵路客運專線工程時間同步系統(tǒng)概述[J];鐵路通信信號工程技術(shù);2008年03期

本文編號：2874438