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宽谱光源波束形成网络中矢量信号传输和偏振技术研究

李遥  
【摘要】:微波光子学是研究光信号与微波、毫米波段电信号相互作用的一门交叉学科。光控微波波束形成器(OBFN)是微波光子学的重要研究领域,也是下一代无线通信中相控阵雷达和智能天线的核心技术,它通过控制阵列中各微波链路的相位差或真延时差,使各微波辐射源的辐射场在远场的特定方向产生干涉极大,达到定向发射(或接收)的目的。它具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、带宽大、无波束倾斜等优点。本文结合国家自然科学基金重点项目、国家重点基础研究计划(973)项目和国家高技术研究发展计划(863计划),围绕OBFN系统结构实用性方案和OBFN中偏振特性及损伤,研究工作主要分为如下两个方面:提出基于宽谱光源适用于OBFN的新型矢量信号传输系统结构;研究OBFN系统偏振所致功率衰落、延时误差的机理及其补偿方法。 针对如何降低OBFN系统成本、提高系统稳定性和实用化问题,提出一种基于宽谱光源的新型矢量信号传输系统结构。该方案分析了基于宽谱光源系统与基于激光器光源系统的区别,在于宽谱光源的差拍噪声在光链路中占主导,从这一主要矛盾出发,通过信号调制深度和光电探测器光接收功率的优化选择,实现基于宽谱光源结构下毫米波信号传输和真延时分配。完成了64QAM、2.4GHz、10Mbps20km无误码传输和本地下的真延时控制,对于支持IEEE802.11协议QPSK、16QAM等调制格式,传输速率为1.25Mbps、2Mbps、3.5Mbps的矢量信号也有相似结果;传输OFDM信号方面,提出通过抑制输入OFDM信号峰均比和选择调制深度的方法,使基于宽谱光源的结构实现了3.0GHz、1GHz带宽、16QAM、512子载波、2Gbps OFDM信号20km传输和延时分配。 OBFN系统偏振相关损伤方面的研究,分为偏振所致功率衰减和延时误差两个方面。研究从理论偏振态的概念出发,创新性得到输入光偏振态、链路PMD矢量方向、链路中一阶PMD瞬时值,与功率衰减和延时误差之间的准确定量表达,并给予实验佐证。提出一种适用于OBFN结构,基于法拉第旋转镜的PMD补偿方案,补偿后PMD最大残留0.164ps。


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