基于光子技术及具有低相位噪声的互相关零差检测

摘要

一方面，本文档提供了用于描述振荡器特征的系统的实现。该系统包括：输入端口，从所测试振荡器接收振荡信号；输入端口信号分路器，将所接收的振荡信号分路为第一振荡信号和第二振荡信号；第一光子信号处理分支电路，处理该第一振荡信号来产生第一分支输出信号；第二光子信号处理分支电路，处理该第二振荡信号来产生第二分支输出信号；双路信号分析器，接收该第一和第二分支输出信号来测量所接收的振荡信号中的噪声；以及计算机控制器，控制该第一和第二光子信号处理分支电路和该双路信号分析器，以控制所接收的振荡信号中噪声的测量。

说明书

优先权声明和相关申请

本文档要求在2007年11月13日提交的、申请号为No.61/002,918、题为“基于光子技术(photonic)及具有低相位噪声的互相关零差检测”的美国临时申请的优先权，其公开内容通过引用被合并作为本文档说明书的一部分。

背景技术

本申请涉及振荡器和振荡器的特征描述，包括在RF(射频)、微波或毫米波谱范围中的振荡器。

振荡器是在期望振荡频率产生振荡信号的器件。振荡器的输出可以被用作各种应用的频率基准，因此希望振荡器的噪声很低并可以被正确地测量。描述振荡器特征的测量设备应该具有低噪声。

发明内容

一方面，本文档提供了用于描述振荡器特征的系统的实现。该系统包括：输入端口，从所测试振荡器接收振荡信号；输入端口信号分路器，将所接收的振荡信号分路为第一振荡信号和第二振荡信号；第一光子信号处理分支电路，处理该第一振荡信号来产生第一分支输出信号；第二光子信号处理分支电路，处理该第二振荡信号来产生第二分支输出信号；双路信号分析器，接收该第一分支输出信号和第二分支输出信号来测量所接收的振荡信号中的噪声；以及计算机控制器，控制该第一光子信号处理分支电路和第二光子信号处理分支电路以及该双路信号分析器，以控制所接收的振荡信号中噪声的测量。

在以上系统的一个实现中，该第一光子信号处理分支电路包括：第一信号分路器，将该第一振荡信号分路为第一分支信号和第二分支信号；光子分支，接收该第一分支信号，并且包括产生激光束的激光器，响应于该第一分支信号而调制该激光束来产生载有该第一分支信号的调制激光束的光学调制器，传送该调制激光束以在该调制激光束中产生延时的光学延时单元，以及将该调制激光束转换为检测器信号的光学检测器；电分支，接收该第二分支信号，并且包括接收该第二分支信号并改变该第二分支信号的相位来产生输出信号的压控移相器；以及信号混频器，混合检测器信号和该输出信号，以产生该第一分支输出信号。

这些和其它特征将在附图、说明书和权利要求书中更详细地描述。

附图说明

图1示出了自动光电互相关零差相位噪声装置的示例来阐述各种技术特征。

具体实施方式

本申请描述了基于光子技术部件描述RF、微波或毫米波谱范围的振荡器的特征的技术、设备和系统。

图1示出了自动光电互相关零差相位噪声装置的示例来阐述各种技术特征。该示例装置通过用作长延时线的光纤来实现。然后双零差装置在信号分析器中互相关，以通过平均掉与所测试振荡器不相关的噪声来降低每个零差分支的噪声。

对产生高纯电磁信号的微波/RF振荡器的相位噪声测量需要低相位噪声测量装置。本技术可以被用来通过互相关两个测量装置的信号而降低单个零差测量装置的背景噪声(noise floor)。在该方法中，来自每个装置的不相关噪声在信号分析器中被平均掉。互相关的双系统的相位背景噪声可以提高20log(N)(以dB为单位)，其中N是平均次数。

该两个测量装置中的每个都是带有两个信号分支的电光零差装置。信号分路器将接收的微波/RF信号分路为两个分支。所测试振荡器101连接到包括输入端口分路器102的系统的输入端口。该两个信号分支分别包括两个分支信号分路器102A和102B。分路器102A和102B中的每个都将接收的信号分路为用于两个分支的两个信号。

第一信号分支是光子(photonic)信号分支，其包括高速光调制器(Mod)111或121，响应于微波/RF信号调制来自激光器110或121的CW激光束，以产生载有该微波/RF信号的调制光信号。考虑到足够的噪声辨别，该调制光信号被导引沿着用作信号延时线112或122的光纤传导。光纤112或122长度的增加导致信号延时的增加，并降低了该装置的接近(close-in)相位噪声。光电检测器(PD)113或123将调制光转换回微波信号，该微波信号然后通过放大器114或124放大。第二信号分支包括压控移相器(VCP)115或125和信号放大器116或126。信号混频器117或127被用来将该两个分支合并在一起，以混合来自该两个分支的信号，产生拍频(beat)信号。

双路信号分析器130被提供来接收来自两个测量装置的拍频信号。

该系统可以通过使用压控移相器(VCP)和计算机控制器140来自动化。VCP 115和125被用于装置的校准(电压到相位)和用于调谐信号在混频器处的相位(置于正交)，因而其对相位噪声敏感。计算机或微处理器被用来自动执行测量。计算机测量校准因子(factor)，并将混频器置于正交。计算机还控制信号分析器参数，例如频率、平均次数、分辨率、带宽等。另外，计算机在监视器上绘制相位噪声，并考虑保存数据。

以下是用于图1中的互相关零差相位噪声装置的调谐和校准过程。计算机可以被操作来自动执行该过程。

1.校准：

a.计算机扫描压控移相器(VCP)上的偏置电压，并同时通过A/D卡记录混频器输出电压响应。

b.存储的压控移相器的校准公式，作为VCP偏置电压的函数，(VVCP)，允许计算机为两个同样装置的每个，计算相位对混频器电压之间的校准响应(Vmixer＝0处的/ΔVmixer)。

2.正交设置

a.计算机调谐VCP的偏置电压，以便混频器具有0DC输出。这将混频器设置于正交处，使它们对相位噪声敏感(对饱和处的幅度噪声不敏感)。

3.相位噪声测量：

a.计算机在测量频率范围、分辨率带宽、平均次数(用户通过用户界面软件对这些参数进行控制)以及其它参数方面控制信号分析器。

b.计算机从信号分析器中提取混频器电压波动的FFT数据。

c.同时，计算机监视混频器电压。如果电压由于振荡器频率漂移和/或延时热漂移而漂移出所允许的范围，则计算机将信号分析器设置为暂停模式，将系统重新设回到正交，并继续FFT测量。

d.然后使用在第1部分中测量的校准值和光纤延时长度值来将数据转换为相位噪声频谱密度。

e.然后在屏幕上绘制数据，并可选地将数据存储到文件中。

系统的背景噪声可以通过提高FFT的平均次数N而改进。背景噪声以5log(N)(以dB为单位)降低。

以上过程描述了仅软件操作模式中的一个。其它模式允许使用两个零差装置中的仅仅一个，或者直接测量混频器电压频谱密度(用于有源/无源器件相位噪声的测量)。用户还对延时长度进行控制。

该装置具有直接相位噪声测量的优势(不需要第二振荡器和相位锁定)。RF载波频率范围宽，并通常由RF放大器和VCP限制。在当前装置中，其在6到12GHz之间。

在新的互相关零差装置的最近构建中，装置背景噪声被改进，并且当前好于：

a.-110dBc/Hz  在100Hz偏移处

b.-140dBc/Hz  在1kHz偏移处

虽然本说明书包含许多具体特征，但这并不构成对发明或权利要求的范围的限制，而作为对专属于本发明特定实施例的特征的描述。在本说明书中、在分离的实施例上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例上下文中描述的各种特征也可以在多个实施例中分离地实现或以任何适当子组合实现。此外，虽然可以如上将特征描述为在一定组合中执行，甚至起初也如此要求权利，但来自所要求的组合的一个或多个特征可以在某些情况下从该组合来执行，并且所要求的组合可以被引导到子组合或子组合的变换。

虽然仅公开几个实施例，但可以理解可以进行变化和改进。