基于光纖傳輸?shù)难訒r(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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我們選用2x2光開關(guān)，并采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同延時(shí)量的切換，此類光開關(guān)的平均插入損耗約為0．8 dB，并且由于采用了差分結(jié)構(gòu)每種延時(shí)通路經(jīng)過光開關(guān)的通路次數(shù)相同，損耗一致性較好，常用的G．652光纖損耗約為0．2dB／km，照以上參數(shù)計(jì)算，整個(gè)光路的損耗由四部分決定：直調(diào)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，光纖通路損耗，光電探測器的電光轉(zhuǎn)換效率，以及輸入輸出阻抗比；可由(2)式表示：
ηTX為直調(diào)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)測試得到的ηTX為0．075。ηRX為光電探測器的光電轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)測試得到的ηRX為0．65。Lop為光纖通路的損耗，包括以下幾部分：光纖自身的傳輸損耗，光開關(guān)的插入損耗和各個(gè)光連接頭的損耗；按最長光纖長度為22 495 m計(jì)算，最大的光纖傳輸損耗為4．5 dB(標(biāo)準(zhǔn)單模光纖的損耗系數(shù)為0．2 dB／km)；每個(gè)光開關(guān)的插入損耗為0．8 dB，共有10個(gè)光開關(guān)，因此光開關(guān)的總插入損耗為8 dB；每個(gè)光連接頭的插入損耗為0．2 dB；光鏈路需經(jīng)過的光連接頭共有20個(gè)，因此光連接頭引入的損耗為4 dB；這樣整個(gè)光鏈路的損耗Lopt為4．5+8+4=16．5 dB。Rin和Rout分別為輸入匹配阻抗和輸出匹配阻抗，均為50Ω。根據(jù)以上分析，按照(2)式所計(jì)算的通過光路的射頻信號(hào)的增益GdB為-42．7 dB。
模擬雷達(dá)的回波信號(hào)的延遲衰減量LdB與模擬距離H的關(guān)系滿足式(3)：
這樣對(duì)于最低模擬距離50 m，延遲衰減量為-51 dB；對(duì)于最高模擬距離16 500 m，延遲衰減量為-126．5 dB；對(duì)雷達(dá)回波的模擬所需的延時(shí)衰減量范圍為-51～-126．5 dB。此系統(tǒng)能夠滿足-51dB的最大衰減量的需求，并且可以通過同軸可調(diào)衰減器使得最終的輸出射頻信號(hào)衰減量可以在-48～-129．5 dB之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。
對(duì)于需求更小損耗的延時(shí)系統(tǒng)我們可以在光電探測器前增加一個(gè)光放大器，光放大器的輸入功率選擇一般為-25～-10 dBm，而光路損耗為16．5 dB，完全可以滿足要求，且有一定富余量。為了降低光放大器的噪聲系數(shù)，可在放大器內(nèi)部增加ASE濾波器，從而將輸出波長鎖定在激光器的波長上。在系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)時(shí)，光放大器的輸出光功率最好能保持在0 dBm以上，以使光接收機(jī)有較好的解調(diào)效果。放大器的輸出既可以接光接收機(jī)，也可以與下一級(jí)設(shè)備級(jí)聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)更小的損耗還可以在光電探測器后串聯(lián)射頻放大器。
對(duì)于長延時(shí)系統(tǒng)的研制，還需要考慮色散的影響，光傳輸?shù)纳壬⑾拗茙捒捎梢韵鹿?4)計(jì)算，其中Bc為色度色散限制帶寬，△λ(nm)為譜線寬度，C(λ)(ps／nm·km)為光纖色度色散系數(shù)，對(duì)于L(km)為光纖長度。
由式(4)可知，為降低影響，要求激光器譜線(FWHM)盡量窄，光纖得色度色散系數(shù)盡量小。目前市面上有的激光器FWHM達(dá)到10MHz(8x10-5nm)。在光纖的選擇上，比較常用的G．652光纖色散系數(shù)約為20ps／nm·km。
據(jù)此可以算出波長為1550 nm的光信號(hào)在G．652光纖上傳輸165 km的色度色散限制帶寬為：
Bc=0．44x106／△λ·C(A)·L
=0．44x106／8x10-5x20x165 (5)
=1．26x106 MHz
因此，只要選擇合適的激光器，則光纖色散不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的性能指標(biāo)造成影響。
在實(shí)際的延時(shí)系統(tǒng)研制過程中，我們還需要考慮由光-電轉(zhuǎn)換，電-光轉(zhuǎn)換以及信號(hào)輸入和輸出衰減器等組件帶來的電信號(hào)延時(shí)，系統(tǒng)存在延遲零點(diǎn)H0(經(jīng)測試該零點(diǎn)小于50 m)。則在此類延時(shí)系統(tǒng)的研制時(shí)，可以通過調(diào)整直調(diào)激光器和1x2光開關(guān)之間的光纖長度將該零點(diǎn)校準(zhǔn)到50 m，其余光纖長度不變。這樣調(diào)整之后，采用零點(diǎn)作為第一個(gè)延遲距離(即50 m)，以后模擬距離均可達(dá)到精確模擬各整數(shù)距離點(diǎn)的技術(shù)要求。在具體的研制時(shí)，還應(yīng)該注意，2x2光開關(guān)差分結(jié)構(gòu)的延時(shí)為兩個(gè)通路的差值，裁剪光纖時(shí)光纖環(huán)的長度L=L0+68．2 m，L0為短路通路的光纖長度。
信號(hào)在光纖中的傳輸模式主要由射線的入射角的差異來決定的，而射線的入射角往往由于光纖發(fā)生彎曲而發(fā)生改變，從而使射線的傳輸模式發(fā)生了變化。射線在光纖出現(xiàn)嚴(yán)重彎曲的時(shí)候，甚至?xí)赋龉饫w造成能量的損失。一般來說光纖彎曲的半徑越小，而發(fā)生的損耗則越大，反之耗損則會(huì)減小。在設(shè)計(jì)光纖環(huán)以及固定光纖接頭時(shí)應(yīng)盡量增大光纖的彎曲半徑(一般不應(yīng)小于3 cm)。
3 系統(tǒng)驗(yàn)證
采用示波器法(選用美國TEK的DP070604示波器)對(duì)此延時(shí)系統(tǒng)的脈沖信號(hào)延時(shí)進(jìn)行了驗(yàn)證，測試數(shù)據(jù)如表1所示。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/153492.htm
選取1 000m點(diǎn)，測試10次，對(duì)系統(tǒng)的重復(fù)性進(jìn)行了測試，數(shù)據(jù)如下：
3 333．35 ns，3 333．34 ns，3 333．35ns，3 333．35 ns，3 333．34 ns，
3 333．35 ns，3 333．34 ns，3333．34 ns，3 333．35 ns，3 333．34 ns
由貝塞爾公式可得瀏量結(jié)果重復(fù)性：
對(duì)應(yīng)的模擬距離的重復(fù)性為5x10-4m。
由表1數(shù)據(jù)可以看出由于工藝技術(shù)原因我們不能每次都得到想要的整數(shù)的模擬距離，但是由重復(fù)性測試數(shù)據(jù)可以看出，基于光纖傳輸的延時(shí)系統(tǒng)具有可靠性高和穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。
4 結(jié)束語
文中利用光纖傳輸延時(shí)技術(shù)，通過合理的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)、通信中應(yīng)用的復(fù)雜調(diào)試信號(hào)的長延時(shí)系統(tǒng)，并且此延時(shí)系統(tǒng)具有高抗干擾性和高可靠性、延時(shí)范圍大、帶寬大，穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，大大降低了雷達(dá)、通信系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)、驗(yàn)證、仿真的成本和時(shí)間。隨著光纖技術(shù)的快速發(fā)展和工藝的逐漸成熟，基于光纖傳輸?shù)难訒r(shí)系統(tǒng)應(yīng)用將越來越廣泛和實(shí)用。
評(píng)論