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标题

基于高转换效率电光调制器的高增益ROF通信链路设计

范文

姚胜兴+李祖林

【摘要】光载射频信号通信链路基于光纤的低损耗、大带宽以及抗电磁干扰等有点而得到广泛关注。通过优化电光调制器半波电压与偏置电压来提高光载射频信号通信链路的增益，并提出了采用降低半波电压的有效方式。

【关键词】光载射频信号电磁干扰半波电压

光载射频信号（Radio Over Fiber， ROF）通信链路本身具有以下优点：体积小、抗电磁干扰能力强、损耗小、低色散以及带宽大等，因而广泛地被用于民用和军用领域，比如军用的雷达以及电子战领域等，民用的有线电视和无线电信领域等。其基本原理在于：输入端微波信号对光强度进行调制，已调光信号通过光纤传送到接收端，然后通过光电探测器进行平方律检波还原该微波信号[1-4]。

虽然ROF链路基于光纤的低损耗特性，但其电光与光电转化会产生一定的“转换损耗”，因此，优化好转换器件，特别是电光调制器的电光转换效率，是提高链路增益的有效方式。本文通过优化电光调制器半波电压与偏置电压来提高光载射频信号通信链路的增益，并提出了采用降低半波电压的有效方式。

一、理论建模

强度调制-直接解调型微波光链路通常是由一个激光器、一个电光调制器、光纤与一个光电探测器等器件组成，如图1所示。

输入的射频电信号通过调制器后转变成光信号，光信号在经过光纤传输后到达接收单元，接着光信号又通过探测器还原成电信号，其增益表达是为[5]

其中ZL与Zin分别为系统的输出阻抗和输入阻抗（50Ω匹配），ρ为探测器的响应度，α为调制器的损耗系数，Vπ为MZM调制器的半波电压，PO为调制器的输入光功率，bφ为调制器的直流偏置相移。

二、仿真与讨论

设调制器的损耗系数α为0.8，探测器响应度ρ为0.8A/W，系统输入阻抗Zin和输出阻抗ZL均为50Ω，电光调制器的直流偏置相移bφ的取值范围为0～π，半波电压Vπ的取值范围通常为2～8V，下文将分析调制器的半波电压与偏置相移对链路增益的影响。

具体仿真结果如图2所示，半波电压越低对应的链路增益越大；对于同一半波电压，随着偏置相移从0～π变化，链路的增益呈现先增加后降低的趋势，在正交工作点（π/2）取得最大值。为更好地呈现仿真效果，如图3的二维图所示。

3 改进方案

由上文所述，调制器的半波电压的大小是限制链路增益的主要因素。对于电光调制器，半波电压Vπ是其核心性能参数，也是设计和构建调制系统的重要依据。半波电压Vπ的值越小，电光调制器和微波光子链路的性能越优化。如何在器件层面上有效降低半波电压并优化链路性能是研究的重点，最直接的方式可以通过改变晶体折射率neff、改变重叠因子Γ、改变电极长度L来对半波电压进行调整。

四、总结

本文通过优化电光调制器半波电压与偏置电压來提高光载射频信号通信链路的增益，并提出了采用降低半波电压的有效方式，能在工程实践中得到广泛应用。

参考文献

[1]LEVY E， HOROWITZ M， OKUSAGA O， et al. Study of dual-loop optoelectronic oscillators[C]. Frequency Control Symposium， 2009， 505-507.

[2]LANCE A， WENDELL D S， LABAAR F. Phase noise and AM noise measurements in the frequency domain[J]. Infrared and Millimeter Waves， 1984， 11： 239–289.

[3]RUBIOLA E， SALIK E， HUANG S H， et al. Photonic-delay technique for phase-noise measurement of microwave oscillators[J]. J. Opt. Soc. Am. B， 2005， 22（5）： 987-996.

[4] ZHOU W M， BLASCHE G. Injection-locked dual opto-electronic oscillator with ultra-low phase noise and ultra-low spurious level[J]， IEEE Trans. Microw. Theory. Tech. 2005， 53（3）： 79-84.

[5] HONG J， YAO S X， LI Z L， et al. Fiber-length dependence phase noise of injection-locked optoelectronic oscillator[J]. Microwave and Optical Technology Letters. 2013，55（11）：2568-2571.

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