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CN108055035A - 一种光电振荡器的宽带频率扩展装置 - Google Patents

一种光电振荡器的宽带频率扩展装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光电振荡器的宽带频率扩展装置，包括：窄带光电振荡器、分频器、第一锁相环、第二锁相环，其中，窄带光电振荡器分别与分频器、第一锁相环的输入端连接；第二锁相环的输入端分别与第一锁相环、分频器的输出端连接；窄带光电振荡器输出的信号分别通过第一锁相环、第二锁相环变频后输出。本发明解决了传统频率合成的参考源相位噪声无法满足量传要求；通过多环频率扩展技术，解决了光电振荡器的输出频率窄，无法满足宽带的校准需求。

Description

一种光电振荡器的宽带频率扩展装置
技术领域
本发明涉及光电领域。更具体地，涉及一种光电振荡器的宽带频率扩展装置。
背景技术
在微波毫米波频率范围内，目前市场上的低相位噪声参考源主要包括引进的HP8663A/B、E8257D以及SMA/B系列等，这些参考源的组成主要包括低噪声的时基链路、谐波产生器、基带信号、中频单元、上变频单元、下变频单元以及显控系统。这些微波毫米波参考源均是采用传统频率合成方案，其最显著的缺点就是随着输出频率的提高，相位噪声水平大幅下降。而且随着待测微波毫米波源相位噪声研制水平的提升，微波毫米波参考源的相位噪声水平无法满足10dB的量传要求，只能通过比对的方式对待测源的相位噪声进行校准，这就导致微波毫米波源的相位噪声无法溯源。由于光腔远优于传统微波腔的品质因数，光电振荡器(OEO)的相位噪声非常优越，而且其最显著的优点就是输出信号的相位噪声不随频率的提高而产生恶化。尽管光电振荡器的相位噪声非常优越，但是其最大的缺点就是输出频率是窄带的，无法满足宽带的测量要求。
目前国内微波毫米波频率范围内的参考源问题是：1、传统频率合成的参考源相位噪声无法满足量传要求；2、光电振荡器的输出频率窄，无法满足宽带的校准需求。
因此，需要提供一种光电振荡器的宽带频率扩展装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光电振荡器的宽带频率扩展装置，特别适用于作为微波毫米波频率范围内的相位噪声校准参考源使用，可以解决目前微波毫米波源在相位噪声校准过程中，参考源难以选择的难题。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种光电振荡器的宽带频率扩展装置，包括：窄带光电振荡器、分频器、第一锁相环、第二锁相环，其中，
窄带光电振荡器分别与分频器、第一锁相环的输入端连接；
第二锁相环的输入端分别与第一锁相环、分频器的输出端连接；
窄带光电振荡器输出的信号分别通过第一锁相环、第二锁相环变频后输出。
进一步地，第一锁相环包括：第一混频器、第一鉴相器、第一环路滤波器，所述第一鉴相器的输入端与第一混频器连接，输出端与第一环路滤波器的输入端连接。
进一步地，第一锁相环还包括功率分配器，所述功率分配器的输入端与窄带光电振荡器连接，输出端与第一混频器连接。
进一步地，第一锁相环还包括降低信号频率的直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器的输入端与功率分配器连接，输出端与第一鉴相器连接。
进一步地，第一锁相环还包括扩展信号频率范围的压控振荡器，所述压控振荡器的输入端与第一环路滤波器的输出端连接，输出端与第二锁相环连接。
进一步地，第二锁相环包括：第二混频器、第二鉴相器、第二环路滤波器，所述第二鉴相器的输入端与第二混频器连接，输出端与第二环路滤波器输入端连接。
进一步地，第二锁相环还包括扩展信号频率带宽的取样介质振荡器，所述取样介质振荡器的输入端与第二环路滤波器输出端连接，输出频率范围扩展后的信号。
进一步地，装置还包括由第三混频器、第三鉴相器、第三环路滤波器、YIG振荡器构成的第三锁相环，所述取样介质振荡器与第三混频器的输入端连接，将第二锁相环频率扩展后的信号发送至第三混频器。
进一步地，分频器的输出端分别与第二鉴相器连接、第三鉴相器连接，分别将窄带光电振荡器输出的信号与对应第二混频器、第三混频器输出的信号进行相位比较。
进一步地，第三锁相环还包括分频倍频器，所述YIG振荡器输出端与分频倍频器连接，对信号频率进行扩展后输出。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案所述的一种观点振荡器的宽带频率扩展装置，解决目前微波毫米波源在相位噪声校准过程中，参考源难以选择的难题，其具有以下优点：1、解决了传统频率合成的参考源相位噪声无法满足量传要求；2、通过多环频率扩展技术，解决了光电振荡器的输出频率窄，无法满足宽带的校准需求。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1为本发明光电振荡器的宽带频率扩展装置示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明公开的一种光电振荡器的宽带频率扩展装置，包括：窄带光电振荡器1、分频器2、第一锁相环11、第二锁相环22，其中，
窄带光电振荡器1分别与分频器2、第一锁相环11的输入端连接；
第二锁相环22的输入端分别与第一锁相环11、分频器2的输出端连接；
窄带光电振荡器1输出的信号分别通过第一锁相环11、第二锁22相环变频后输出。
其中，第一锁相环11包括：第一混频器4、第一鉴相器6、第一环路滤波器7，所述第一鉴相器6的输入端与第一混频器4连接，输出端与第一环路滤波器7的输入端连接。第一锁相环11还包括功率分配器3、直接数字式频率合成器(DDS)5、压控振荡器8，所述功率分配器3的输入端与窄带光电振荡器1连接，输出端与第一混频器4连接；所述直接数字式频率合成器5的输入端与功率分配器3连接，输出端与第一鉴相器6连接；所述压控振荡器8的输入端与第一环路滤波器7的输出端连接，输出端与第二锁相环22连接。
工作时，窄带光电振荡器1的输出信号经过功率分配器3后，一路通过与第一混频器4实现基波混频下变频，下变频后得到的中频信号与直接数字式频率合成器5产生的细分辨频率信号经过第一鉴相器6进行鉴相，直接数字式频率合成器5的时钟是由窄带光电振荡器1功分后的另一路来提供，鉴相后的误差信号通过第一环路滤波器7进行积分后，反馈控制压控振荡器8，环路锁定后，窄带光电振荡器1信号就锁定在了压控振荡器8，环路带宽设置要宽，带宽在1MHz附近，这样，第一锁相环11输出信号的相位噪声特性，在频偏1MHz以内，保持窄带光电振荡器1信号的低相噪特性。在频偏1MHz以外，相位噪声由压控振荡器8来决定。第一锁相环11的作用就是将传统压控振荡器频率较宽的特性与光电振荡器的低相噪特性进行了结合。将窄带光电振荡器1的频率通过压控振荡器8进行了频率扩展，带宽为200MHz左右。
第二锁相环22包括：第二混频器9、第二鉴相器10、第二环路滤波器11，所述第二鉴相器10的输入端与第二混频器9连接，输出端与第二环路滤波器11输入端连接。第二锁相环22还包括扩展信号频率带宽的取样介质振荡器12，所述取样介质振荡器12的输入端与第二环路滤波器11输出端连接，输出频率范围扩展后的信号。
工作时，经过第一锁相环11锁定后的压控振荡器8与第二混频器9进行基波混频下变频，下变频后得到的中频信号与窄带光电振荡器1经过分频器2分频后的一路信号通过第二鉴相器10进行鉴相，鉴相得到的误差信号通过第二环路滤波器11进行积分，积分后的误差信号反馈控制取样介质振荡器12，环路锁定后，窄带光电振荡器1就锁定在了取样介质振荡器12上，第二锁相环22是将第一锁相环11输出的信号通过微波锁相环路与取样介质振荡器12锁定，把第一锁相环11产生的200MHz带宽的信号扩展到带宽1100MHz左右，环路带宽设置大于1MHz，这样，第二锁相环22输出信号的相位噪声特性，在环路带宽内，复制了第一锁相环11输出信号的相位噪声特性，在环路带宽外，相位噪声由取样介质振荡器12的性能来决定。这样，低相噪光电振荡器的特性与振荡器压控振荡器和取样介质振荡器结合了起来，既保持了光电振荡器的相位噪声特性，又利用了压控振荡器和取样介质振荡器频带较宽的特性进行了频率扩展。
光电振荡器的宽带频率扩展装置还包括由第三混频器13、第三鉴相器14、第三环路滤波器15、YIG振荡器16构成的第三锁相环33，所述取样介质振荡器12与第三混频器13的输入端连接，将第二锁相环22频率扩展后的信号发送至第三混频器13。第三锁相环33还包括分频倍频器17，所述YIG振荡器16输出端与分频倍频器17连接，对信号频率进行扩展后输出。
工作时，经过第二锁相环33锁定后的取样介质振荡器12与第三混频器13进行基波混频下变频，下变频后得到的中频信号与窄带光电振荡器1经过分频器2分频后的另一路信号通过第三鉴相器14进行鉴相，鉴相得到的误差信号通过第三环路滤波器15进行积分，积分后的误差信号反馈控制YIG振荡器16，环路锁定后，窄带光电振荡器就锁定在了YIG振荡器16上了，第三锁相环33是将第二锁相环22输出的信号通过微波锁相环路与YIG振荡器16进行锁定，把第二锁相环22产生的1100MHz带宽的信号扩展到带宽(10～20)GHz，这样，第三锁相环33输出信号的相位噪声特性，在环路带宽内，复制了第二锁相环22输出信号的相位噪声特性，在环路带宽外，相位噪声由YIG振荡器16的性能来决定。
由于压控振荡器、取样介质振荡器和YIG振荡器的使用频段不同，故在不同频段内低相噪光电振荡器的特性与压控振荡器、取样介质振荡器和YIG振荡器结合了起来，既保持了光电振荡器的相位噪声特性，又利用了压控振荡器、取样介质振荡器和YIG振荡器频带较宽的特性进行了频率扩展。
本发明所述技术方案所述的一种观点振荡器的宽带频率扩展装置，解决目前微波毫米波源在相位噪声校准过程中，参考源难以选择的难题，其具有以下优点：解决了传统频率合成的参考源相位噪声无法满足量传要求；通过多环频率扩展技术，解决了光电振荡器的输出频率窄，无法满足宽带的校准需求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种光电振荡器的宽带频率扩展装置，其特征在于，包括：窄带光电振荡器、分频器、第一锁相环、第二锁相环，其中，
窄带光电振荡器分别与分频器、第一锁相环的输入端连接；
第二锁相环的输入端分别与第一锁相环、分频器的输出端连接；
窄带光电振荡器输出的信号分别通过第一锁相环、第二锁相环变频后输出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一锁相环包括：第一混频器、第一鉴相器、第一环路滤波器，所述第一鉴相器的输入端与第一混频器连接，输出端与第一环路滤波器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一锁相环还包括功率分配器，所述功率分配器的输入端与窄带光电振荡器连接，输出端与第一混频器连接。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一锁相环还包括降低信号频率的直接数字式频率合成器，所述直接数字式频率合成器的输入端与功率分配器连接，输出端与第一鉴相器连接。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一锁相环还包括扩展信号频率范围的压控振荡器，所述压控振荡器的输入端与第一环路滤波器的输出端连接，输出端与第二锁相环连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二锁相环包括：第二混频器、第二鉴相器、第二环路滤波器，所述第二鉴相器的输入端与第二混频器连接，输出端与第二环路滤波器输入端连接。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二锁相环还包括扩展信号频率带宽的取样介质振荡器，所述取样介质振荡器的输入端与第二环路滤波器输出端连接，输出频率范围扩展后的信号。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括由第三混频器、第三鉴相器、第三环路滤波器、YIG振荡器构成的第三锁相环，所述取样介质振荡器与第三混频器的输入端连接，将第二锁相环频率扩展后的信号发送至第三混频器。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分频器的输出端分别与第二鉴相器连接、第三鉴相器连接，分别将窄带光电振荡器输出的信号与对应第二混频器、第三混频器输出的信号进行相位比较。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第三锁相环还包括分频倍频器，所述YIG振荡器输出端与分频倍频器连接，对信号频率进行扩展后输出。
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