一种差分式光纤微波频率传递装置

本发明属于频率信号传输，具体涉及一种差分式光纤微波频率传递装置。

背景技术：

1、随着高精度原子钟比对、天文观测和深空探测等领域对时频同步精度的要求不断提高，传统基于卫星链路的时频传递技术(长期稳定度达到10-15量级)已不再满足需求。因此，发展高精度时间频率传递技术变得至关重要。

2、相较于卫星链路的时频传递技术，基于光纤链路的频率传递技术在长期稳定度上实现了2至3个数量级的显著提升。其中，光纤微波频率传递技术借助电学相位补偿方案，在100km光纤链路上实现了10-18至10-19量级的长期稳定度。

3、在光纤微波频率传递技术中，以压控振荡器为执行机构的电相位补偿方案具备结构紧凑、相位调节灵活、补偿范围大的特点。在长距离的信号传递大型系统中，为了减小光纤链路中的背向散射和瑞利散射等对信噪比的影响，光载波的波长需要在收发两端予以区分。但是不同波长的光在光纤链路中传输时，会引入光纤色散的影响，在往返传输的过程中产生非对称的相位时延，影响微波信号的长期稳定度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种差分式光纤微波频率传递装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种差分式光纤微波频率传递装置，包括：发射端和接收端，其中，

3、所述发射端包括：分频功分模块、第一光载波链路、第二光载波链路和第一波分复用器；所述分频功分模块用于将待传微波信号分频后功分为第一微波信号和第二微波信号；所述第一光载波链路用于将所述第一微波信号调制至第一光载波，得到第一光信号；所述第二光载波链路用于将所述第二微波信号调制至第二光载波，得到第二光信号；所述第一波分复用器用于将所述第一光信号和所述第二光信号进行合束，得到合束光信号；

4、所述接收端包括：第二波分复用器、第一光电探测器、第二光电探测器、第一混频器、第一分频器和第三光载波链路；所述第二波分复用器用于将所述合束光信号进行分束，得到第一分束光信号和第二分束光信号；所述第一光电探测器用于对所述第一分束光信号进行解调，得到第三微波信号；所述第二光电探测器用于对所述第二分束光信号进行解调，得到第四微波信号；所述第一混频器用于将所述第三微波信号和所述第四微波信号进行混频，得到接收微波信号；所述第一分频器用于对所述接收微波信号进行分频，得到第一分频微波信号；所述第三光载波链路用于将所述第一分频微波信号调制至第三光载波，得到第三光信号；

5、所述第三光载波的波长介于所述第一光载波的波长和所述第二光载波的波长之间。

6、在本发明的一个实施例中，所述第一光载波的波长、所述第二光载波的波长、所述第三光载波的波长满足预设关系：。

7、在本发明的一个实施例中，所述第一光载波链路、所述第二光载波链路和所述第三光载波链路的结构相同，均包括依次连接的激光器、调制器和扰偏器，其中，

8、所述激光器用于产生光载波；

9、所述调制器用于将微波信号调制至所述光载波，得到调制信号；

10、所述扰偏器用于将所述调制信号的偏振态进行扰动，得到光信号。

11、在本发明的一个实施例中，所述发射端还包括：第三光电探测器和微波共轭补偿模块，其中，

12、所述第三光电探测器用于对所述第三光信号进行解调，得到返回微波信号；

13、所述微波共轭补偿模块用于基于所述返回微波信号和所述待传微波信号，采用锁相环进行光纤链路噪声补偿。

14、在本发明的一个实施例中，所述微波共轭补偿模块包括：频率参考源、第二混频器、第三混频器、第四混频器、第二分频器、锁相环、压控恒温晶体振荡器和锁相介质振荡器，其中，

15、所述锁相介质振荡器用于产生所述待传微波信号；

16、所述频率参考源用于产生频率参考信号；

17、所述第二混频器用于将所述返回微波信号和所述频率参考信号进行混频，得到第一混频信号；

18、所述第三混频器用于将所述待传微波信号和所述频率参考信号进行混频，得到第二混频信号；

19、所述第二分频器用于对所述第二混频信号进行分频，得到第一分频信号；

20、所述第四混频器用于将所述第一混频信号和所述第一分频信号进行混频，得到误差信号；

21、所述锁相环用于实现所述误差信号的相位闭环；

22、所述压控恒温晶体振荡器用于当所述锁相环闭环后调节所述压控恒温晶体振荡器的频率，以对光纤链路中的相位时延进行补偿。

23、在本发明的一个实施例中，还包括第一环形器、色散补偿模块、光纤链路和第二环形器，其中，

24、所述第一环形器、所述色散补偿模块设置在所述发射端，所述第二环形器设置在所述接收端；

25、所述第一环形器、所述色散补偿模块、所述光纤链路和所述第二环形器依次连接，且所述第一环形器与所述第一波分复用器、所述第三光电探测器分别连接，所述第二环形器与所述第二波分复用器、所述第三光载波链路分别连接。

26、本发明的另一个实施例提供了一种差分式光纤微波频率传递装置，包括：发射端和接收端，其中，

27、所述发射端包括第一光载波链路，所述第一光载波链路用于将待传微波信号调制至第一光载波，得到第一光信号；

28、所述接收端包括第一光电探测器、分频功分模块、第二光载波链路、第三光载波链路和第一波分复用器；所述第一光电探测用于对所述第一光信号进行解调，得到第一微波信号；所述分频功分模块用于将所述第一微波信号分频后功分为第二微波信号和第三微波信号；所述第二光载波链路用于将所述第二微波信号调制至第二光载波，得到第二光信号；所述第三光载波链路用于将所述第三微波信号调制至第三光载波，得到第三光信号；所述第一波分复用器用于将所述第二光信号和所述第三光信号合束，得到合束光信号；

29、所述第一光载波的波长介于所述第二光载波的波长和第三光载波的波长之间。

30、在本发明的一个实施例中，所述第一光载波的波长、所述第二光载波的波长、所述第三光载波的波长满足预设关系：。

31、在本发明的一个实施例中，所述发射端还包括：第二波分复用器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一混频器和微波共轭补偿模块，其中，

32、所述第二波分复用器用于将所述合束光信号进行分束，得到第一分束光信号和第二分束光信号；所述第二光电探测器用于对所述第一分束光信号进行解调，得到第四微波信号；所述第三光电探测器用于对所述第二分束光信号进行解调，得到第五微波信号；所述第一混频器用于对所述第四微波信号和所述第五微波信号进行混频，得到返回微波信号；

33、所述微波共轭补偿模块用于基于所述返回微波信号和所述待传微波信号，采用锁相环进行光纤链路噪声补偿。

34、在本发明的一个实施例中，还包括第一环形器、色散补偿模块、光纤链路和第二环形器，其中，

35、所述第一环形器、所述色散补偿模块设置在所述发射端，所述第二环形器设置在所述接收端；

36、所述第一环形器、所述色散补偿模块、所述光纤链路和所述第二环形器依次连接，且所述第一环形器与所述第一光载波链路、所述第二波分复用器分别连接，所述第二环形器与所述第一光电探测器、所述第一波分复用器分别连接。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果：

38、1、本发明的差分式光纤微波频率传递装置在发射端采用第一光载波链路和第二光载波链路传输微波信号，在接收端采用第三光载波链路传输微波信号，且第三光载波的波长介于第一光载波的波长和第二光载波的波长之间，三路光载波的设置可以有效提高光纤链路往返等效光程的对称性，进而减小光纤色散在非对称性的双向光纤链路中的影响，极大减小了与色散高度相关的变量：链路温度对光纤微波频率信号传递的影响，可显著减少在波分式光纤微波频率传递系统中由于链路光程不对称而对长期稳定度产生的影响，提高了光纤微波频率传递的长期稳定度；

39、2、本发明的差分式光纤微波频率传递装置在发射端采用第一光载波链路传输微波信号，在接收端采用第二光载波链路和第三光载波链路传输微波信号，且第一光载波的波长介于第二光载波的波长和第三光载波的波长之间，三路光载波的设置可以有效提高光纤链路往返等效光程的对称性，进而减小光纤色散在非对称性的双向光纤链路中的影响，极大减小了与色散高度相关的变量：链路温度对光纤微波频率信号传递的影响，可显著减少在波分式光纤微波频率传递系统中由于链路光程不对称而对长期稳定度产生的影响，提高了光纤微波频率传递的长期稳定度。