射频微波信号在光纤中传输及处理技术的相关研究

摘要

微波光子学是一门将微波射频工程与光电子工程紧密结合的交叉学科，其基于光纤通信近乎无穷的巨大带宽和极低的光学损耗，使得微波光子系统相比于传统电子系统具有性能上的巨大优势。微波光子技术为射频无线通信网络和宽带接入技术的发展提供了新的机遇，直接推动了通信及信号处理技术向高速化、低成本化的方向发展，在电子工程领域、光通信领域、民用通信领域、军事应用领域以及医学工程领域都有着极大的应用潜力。本文内容基于微波光子学的主要应用领域展开，研究了射频微波信号在光纤中传输及处理的相关技术，分别从理论上和实验中对射频微波信号的光纤传输、光学处理以及光学产生系统进行了深入的研究和讨论。
　　 针对射频微波信号的光纤传输技术，本文对光纤无线(RoF)通信系统的基本原理、典型链路结构、以及各种基站简化技术进行了深入的探讨，并实现了基于商用电吸收调制器的基站最简化RoF系统。在此基础上，研究RoF技术在分布式天线系统和MIMO系统中的具体应用，提出并搭建了基于RoF技术的3×3MIMO系统，通过实验证明，基于RoF技术的分布式MIMO系统能够进一步优化系统信噪比和空间相关等特性，因此相比于传统分布式天线系统和MIMO系统具有更大的信道容量、更小的系统功耗、更均衡的小区覆盖、以及更为灵活的系统扩展性。
　　 对于射频微波信号的光学处理技术而言，本文主要对微波光子滤波器及其应用进行了详细的分析和讨论，研究并实现了基于各种结构的单光源微波光子滤波器、多光源微波光子滤波器、以及微波光子滤波器的级联系统，其中基于相位强度混合调制机制的单光源微波光子滤波器能够实现采样权重正负系数的灵活切换，而级联微波光子滤波器则进一步优化了频率响应的各项性能参数，最终实现了形状可变并且频率可调的单通带滤波响应。在此基础上，利用微波光子滤波器与RoF技术良好的兼容性，通过实验研究各种不同结构的微波光子滤波器在RoF系统副载波解复用以及频率变换技术中的应用表现。而射频微波信号的光学产生技术实际上可以作为微波光子信号处理技术的部分延伸，本文分别对单频微波信号和超宽带(UWB)脉冲信号的光学产生方法进行了详细的分析讨论，通过实验证明，利用微波光子滤波系统可以灵活地产生高频微波信号和各阶UWB脉冲信号，在诸如RoF以及UWB over Fibre等通信系统中具有很好的应用价值。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 微波光子学的研究概况

1．2．1 微波光子学概述

1．2．2 微波光子学的历史背景及发展概况

1．2．3 微波光子学的关键器件及主要技术

1．3 微波光子学的研究热点及应用领域

1．3．1 光学相控阵天线技术

1．3．2 Radio over fibre(RoF)技术

1．3．3 微波信号光学产生技术

1．3．4 微波信号光学处理技术

1．3．5 微波光子学在军事领域的应用

1．3．6 微波光子学在生物医学领域的应用

1．4 本文研究内容及章节安排

1．4．1 本文研究的主要内容

1．4．2 本论文的章节组织结构

2 RoF系统理论与实验研究

2．1 引言

2．2 RoF系统原理

2．3 RoF系统链路结构

2．3．1 射频信号光纤传输技术

2．3．2 中频信号光纤传输技术

2．3．3 基带信号光纤传输技术

2．4 RoF系统基站简化技术

2．4．1 基于波分复用原理的基站简化设计及仿真

2．4．2 基于半导体光放大器的基站简化设计及仿真

2．4．3 基于相位强度混合调制原理的基站简化设计及仿真

2．4．4 基于电吸收调制器的基站简化设计及实验研究

2．5 本章小结

3 RoF技术在下一代无线通信技术中的应用研究

3．1 引言

3．2 RoF技术在分布式天线系统(DAS)中的应用

3．2．1 分布式天线系统概述

3．2．2 基于RoF技术的分布式天线系统

3．3 RoF技术在MIMO系统中的应用

3．3．1 MIMO系统概述

3．3．2 基于RoF技术的分布式MIMO系统

3．4 本章小结

4．微波光子滤波器的理论与实验研究

4．1 引言

4．2 微波光子滤波器原理

4．3 单光源微波光子滤波器

4．3．1 单光源微波光子滤波器原理

4．3．2 基于光纤环结构的单光源微波光子滤波器

4．3．3 基于单调制器反复调制机制的单光源微波光子滤波器

4．3．4 基于相位强度混合调例机制的单光源微波光子滤波器

4．4 多光源微波光子滤波器

4．4．1 多光源微波光子滤波器原理

4．4．2 基于调制产生多边带机制的多光源微波光子滤波器

4．4．3 基于宽带光源光谱分割机制的多光源微波光子滤波器

4．5 微波光子滤波器的级联

4．5．1 微波光子滤波器的级联原理

4．5．2 微波光子滤波器的级联设计与实验研究

4．6 本章小结

5 微波光子滤波器的系统应用研究

5．1 引言

5．2 微波光子滤波器在副载波复用RoF系统中的应用

5．2．1 副载波复用技术原理

5．2．2 基于周期性响应微波光子滤波器的RoF系统副载波解复用技术

5．2．3 基于单通带响应微波光子滤波器的RoF系统副载波解复用技术

5．3 微波光子滤波器在RoF系统频率变换技术中的应用

5．3．1 RoF系统中的频率变换技术

5．3．2 基于微波光子滤波器的RoF系统上交频技术

5．4 本章小结

6 光学方法产生微波信号的理论与实验研究

6．1 引言

6．2 单频微波信号的光学产生技术

6．2．1 光学方法产生微波信号原理

6．2．2 基于微波光子滤波器的微波信号产生技术

6．3 超宽带(UWB)脉冲信号的光学产生技术

6．3．1 UWB通信系统概述

6．3．2 光学方法产生UWB脉冲信号原理

6．3．3 低阶UWB脉冲信号的光学产生方法与实验研究

6．3．4 商阶UWB脉冲信号的光学产生方法与实验研究

6．4 本章小结

7 总结

7．1 本论文的工作总结

7．2 本论文的主要创新点

7．3 未来研究展望

参考文献

作者简历