[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2119719C1 - Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line - Google Patents

Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line Download PDF

Info

Publication number
RU2119719C1
RU2119719C1 RU97119141A RU97119141A RU2119719C1 RU 2119719 C1 RU2119719 C1 RU 2119719C1 RU 97119141 A RU97119141 A RU 97119141A RU 97119141 A RU97119141 A RU 97119141A RU 2119719 C1 RU2119719 C1 RU 2119719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
signal
output
fiber
optical
Prior art date
Application number
RU97119141A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97119141A (en
Inventor
Д.Ф. Зайцев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Стример"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Стример" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Стример"
Priority to RU97119141A priority Critical patent/RU2119719C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2119719C1 publication Critical patent/RU2119719C1/en
Publication of RU97119141A publication Critical patent/RU97119141A/en

Links

Landscapes

  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

FIELD: communication. SUBSTANCE: device has reference signal oscillator and oscillators of signals of f2 and f3 frequencies which are connected to coupler. Output of coupler is connected to input of optical transmitter, which output is connected to input of light guide. Output of light guide is connected to input of line photodetector. Output of line photodetector sends signal, which is filtered by filter, to input of phase shifter. Signals of oscillators are sent to converters through coupler and low-pass filters. Outputs of converters are connected to phase detector, which output is connected to input of phase shifter through scaling amplifier. EFFECT: increased transmission distance, increased signal-to-noise ratio for constant initial wavelength of fiber-optical communication line. 1 dwg

Description

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а более конкретно к устройству для передачи высокочастотного аналогового сигнала со стабильной фазой по ВОЛС в системах фазовой синхронизации удаленных объектов. Такие системы применяются, например, в линейных ускорителях, детекторах гравитации космической навигации, радарах с фазированной антенной решеткой, фазовой интерферометрии [1, 2, 3]. The invention relates to optoelectronic technology, and more particularly to a device for transmitting a high-frequency analog signal with a stable phase via fiber optic link in phase synchronization systems of remote objects. Such systems are used, for example, in linear accelerators, gravity detectors of space navigation, radars with a phased array, phase interferometry [1, 2, 3].

Известно устройство "Волоконно - оптическая линия связи", включающее генератор опорных сигналов, оптический передатчик, разветвитель, световоды, фотоприемник, фазовращатель. [1]
В известном устройстве необходимо применять специальный еще практически не реализованный трехволоконный оптический кабель, параметры которого должны удовлетворять требованию: (Q2 - Q1)2 (D3 - D2)2 - (Q3 - Q2)2 (D2 - D1)2 > 2(Q2 - Q1)(Q3- Q2)(D2 - D1)(D3 - D2, где Q1, Q2, Q3, D1, D2, D3 - соответствующие температурные фазовые чувствительности Q и дисперсии D соответствующих первого, второго и третьего световодов. К недостаткам в указанном устройстве следует отнести необходимость разветвления оптической мощности лазера передатчика на три равнозначных направления, что приводит к снижению энергетического потенциала (т.е. максимальной длины ВОЛС), отношения сигнал/шум, увеличению фазового шума и уменьшению точности фазовой синхронизации. Кроме того, в этом устройстве необходимо применять три идентичных по своим фазовым и усилительным характеристикам фотоприемника, что является на высоких частотах сложной технической задачей.
A known device "Fiber optic communication line", including a reference signal generator, an optical transmitter, splitter, optical fibers, a photodetector, phase shifter. [1]
In the known device, it is necessary to use a special yet practically unrealized three-fiber optical cable, the parameters of which must satisfy the requirement: (Q 2 - Q 1 ) 2 (D 3 - D 2 ) 2 - (Q 3 - Q 2 ) 2 (D 2 - D 1 ) 2 > 2 (Q 2 - Q 1 ) (Q 3 - Q 2 ) (D 2 - D 1 ) (D 3 - D 2 , where Q 1 , Q 2 , Q 3 , D 1 , D 2 , D 3 -. appropriate temperature phase sensitivity dispersion D and Q of the respective first, second and third optical fibers disadvantages in said apparatus is the necessity of branching transmitter laser optical power into three equivalent guide which leads to a decrease in the energy potential (i.e., the maximum length of the fiber optic link), signal-to-noise ratio, an increase in phase noise, and a decrease in the accuracy of phase synchronization.In addition, in this device it is necessary to use three photodetectors that are identical in phase and amplification characteristics, which is a high technical challenge at high frequencies.

Известно устройство "Компенсатор задержки в волоконно - оптическом кабеле", включающее оптический передатчик, оптические приемники, разветвители, световоды [2]. A device is known "Delay compensator in fiber optic cable", including an optical transmitter, optical receivers, splitters, optical fibers [2].

В известном устройстве сигнал высокостабильного опорного генератора (водородного мазера) с нормированным фазовым шумом и высоким отношением сигнал/шум на выходе подменяется сигналом генератора, управляемого напряжением (ГУН) с ненормированными фазовыми шумами и значением сигнал/шум. Еще один недостаток известного устройства заключается в необходимости обратной передачи отраженного от конца оптического кабеля сигнала к оптическому передатчику для последующего сравнения по фазе с входным сигналом. Такое решение резко снижает энергетический потенциал, отношение сигнал/шум, увеличивает фазовый шум и уменьшает точность фазовой синхронизации. Кроме того, в этом устройстве необходимо применять высококачественные оптические изоляторы и ответвители, малейшее ухудшение работы которых может привести с сильным избыточным шумам лазера для оптического передатчика из-за вредного влияния оптической связи, что приведет к нарушению работы всего устройства. In the known device, the signal of a highly stable reference generator (hydrogen maser) with normalized phase noise and a high signal-to-noise ratio at the output is replaced by the signal of a voltage-controlled generator (VCO) with non-normalized phase noise and signal-to-noise value. Another disadvantage of the known device is the need for reverse transmission of the signal reflected from the end of the optical cable to the optical transmitter for subsequent phase comparison with the input signal. This solution dramatically reduces the energy potential, the signal-to-noise ratio, increases phase noise and reduces the accuracy of phase synchronization. In addition, it is necessary to use high-quality optical isolators and couplers in this device, the slightest deterioration of which can lead to strong excess laser noise for the optical transmitter due to the harmful effects of optical communication, which will lead to disruption of the entire device.

Известно устройство "Система фазовой коррекции", включающее оптический передатчик, оптические изоляторы, волоконно - оптический модулятор, оптические разветвители, оптический детектор, фазовый детектор, усилитель, световод и оптический приемник [3]. The known device "Phase correction system", including an optical transmitter, optical isolators, fiber optic modulator, optical splitters, optical detector, phase detector, amplifier, optical fiber and optical receiver [3].

В известном устройстве оптический сигнал, прошедший через всю длину оптической линии, отражается зеркалом для последующего сравнения по фазе с выходным сигналом. Такое решение резко снижает энергетический потенциал, отношение сигнал/шум, увеличивает фазовый шум и уменьшает точность фазовой синхронизации. Кроме того, в известном устройстве необходимо применять высококачественные оптические изоляторы и ответвители, малейшее нарушение работы которых приведет в появлению сильных избыточных шумов лазера оптического передатчика из-за вредного влияния оптической обратной связи, что ведет к нарушению работы всего устройства. Еще один недостаток заключается в использовании в качестве фазовращателя волоконно - оптического модулятора, вносящего в оптический сигнал значительные дополнительные потери, которые еще больше сокращают энергетический потенциал устройства. В известном устройстве из-за особенностей работы волоконно - оптического модулятора ограничен также предел компенсации фазового дрейфа в световоде (оптическом кабеле) величиной порядка ± 45 град. фазы, следовательно, ограничена длина фазостабилизированной оптической линии, частота передаваемого по ней опорного сигнала и (или) диапазон компенсированного колебания температуры и механических нагрузок световода. In the known device, an optical signal that has passed through the entire length of the optical line is reflected by a mirror for subsequent phase comparison with the output signal. This solution dramatically reduces the energy potential, the signal-to-noise ratio, increases phase noise and reduces the accuracy of phase synchronization. In addition, in the known device it is necessary to use high-quality optical isolators and couplers, the slightest disruption of which will result in the appearance of strong excess laser noise from the optical transmitter due to the harmful effects of optical feedback, which leads to disruption of the operation of the entire device. Another drawback is the use of a fiber optic modulator as a phase shifter, which introduces significant additional losses into the optical signal, which further reduce the energy potential of the device. In the known device, due to the peculiarities of the operation of the fiber optic modulator, the limit of compensation for phase drift in the optical fiber (optical cable) is also limited to a value of the order of ± 45 degrees. phase, therefore, the length of the phase-stabilized optical line, the frequency of the reference signal transmitted through it, and (or) the range of compensated temperature fluctuations and mechanical loads of the fiber are limited.

Известно устройство "Устройство для передачи опорного фазостабильного ВЧ-сигнала по одномодовой волоконно - оптической линии", включающее опорный генератор, направленный ответвитель, управляемый фазовращатель, преобразователь частоты, три оптических направленных ответвителя, два фильтра, удвоитель частоты, преобразователь частоты, оптический передатчик, смеситель, фильтр, фазовый детектор, световод (волоконно - оптическая линия), два оптических приемника. Преобразователь частоты, зеркало, гетеродин. В этом устройстве применен метод корректировки фазы опорного сигнала, модулирующего оптический передатчик, с помощью фазовращателя, управляемого сигналом, получающимся в результате сравнения фазы сигнала на входах фазового детектора, который поступает непосредственно с выхода опорного генератора, фазы сигнала прошедшего через фазовращатель, фазы сигнала, прошедшего через оптический передатчик, и фазы сигнала, прошедшего через оптическую линию от начала к концу и обратно (система с обратной связью "по фазе"). A device is known "Device for transmitting a reference phase-stable RF signal through a single-mode fiber-optic line", including a reference generator, a directional coupler, a controlled phase shifter, a frequency converter, three optical directional couplers, two filters, a frequency doubler, a frequency converter, an optical transmitter, a mixer , filter, phase detector, light guide (fiber optic line), two optical receivers. Frequency converter, mirror, local oscillator. This device employs a method for adjusting the phase of the reference signal modulating the optical transmitter using a phase shifter controlled by a signal obtained by comparing the phase of the signal at the inputs of the phase detector, which comes directly from the output of the reference generator, the phase of the signal transmitted through the phase shifter, and the phase of the signal transmitted through the optical transmitter, and the phase of the signal that passed through the optical line from beginning to end and back (phase-feedback system).

В известном устройстве большие потери мощности оптического сигнала существенно снижают энергетический потенциал ВОЛС, уменьшая отношение сигнал/шум на ее выходе и ограничивая максимальную протяженность. Эти дополнительные потери возникают из-за необходимости, при использовании данного способа фазовой стабилизации, в передаче оптического сигнала от входа световода к выходу и обратно и наличия оптических направленных ответвителей. Специально создаваемая сильная оптическая обратная связь от зеркала на приемном конце световода обуславливает высокие требования по направленности к оптическим ответвителям, применяемым в прототипе, и по оптической изоляции к оптическим изоляторам, при ухудшении работы которых резко возрастают шумы на вызове фотоприемника и нарушается работа всей системы фазовой стабилизации. In the known device, large power losses of the optical signal significantly reduce the energy potential of the FOCL, reducing the signal-to-noise ratio at its output and limiting the maximum length. These additional losses occur due to the need, when using this method of phase stabilization, in transmitting an optical signal from the input of the fiber to the output and vice versa and the presence of optical directional couplers. The specially created strong optical feedback from the mirror at the receiving end of the fiber determines the high directivity requirements for the optical couplers used in the prototype and the optical isolation for optical isolators, when their performance deteriorates, the noise on the photodetector call increases sharply and the entire phase stabilization system is disrupted .

Проблема передачи высокочастотного аналогового сигнала по ВОЛС со стабильной фазой для целей фазовой синхронизации известна достаточно давно. Применение волоконных световодов в качестве среды распространения таких сигналов способствует решению задачи их передачи на значительные расстояния, однако проблема фазовой стабильности на выходе при изменении условий окружающей среды и прежде всего температуры остается до настоящего времени не полностью решенной. В настоящее время существует два основных направления развития фазостабильных ВОЛС. Первое - направлено на изменение (уменьшение) фазовой чувствительности самих оптических волокон - "волоконное" направление. Оно может в будущем кардинально решить проблему фазостабильной передачи высокочастотного сигнала по ВОЛС. Однако такие фазостабильные оптические кабели еще очень далеки от промышленного производства и об их даже ориентировочной стоимости (предположительно весьма высокой из-за сложной технологии изготовления и дорогих материалов) говорить еще рано. Второе направление - "аппаратурное" основано на применении стандартных серийно выпускаемых волокон и стандартных конструкций связных оптических кабелей (кстати, постоянно улучшаемых в сторону уменьшения также и фазовой чувствительности) и аппаратурно реализуемых компенсаторах фазового дрейфа на выходе таких ВОЛС. Такой подход дает возможность снизить до приемлемого уровня фазовый дрейф при довольно низких затратах на дополнительный объем аппаратуры и, главное, практически сразу начать освоение промышленного производства. Однако потенциальная возможность быстрого освоения промышленного производства таких систем и их широкого внедрения в разных областях науки и техники сдерживается отсутствием удачной с технической точки зрения реализации такого подхода. The problem of transmitting a high-frequency analog signal over a fiber optic cable with a stable phase for the purposes of phase synchronization has been known for a long time. The use of fiber optical fibers as a medium for the propagation of such signals contributes to the solution of the problem of their transmission over considerable distances, however, the problem of phase stability at the output when environmental conditions and, above all, temperature remains unresolved. Currently, there are two main directions for the development of phase-stable fiber optic links. The first is aimed at changing (decreasing) the phase sensitivity of the optical fibers themselves — the “fiber” direction. In the future, it can radically solve the problem of phase-stable transmission of a high-frequency signal over fiber optic links. However, such phase-stable optical cables are still very far from industrial production and it is still too early to talk about their estimated cost (presumably very high due to complex manufacturing techniques and expensive materials). The second direction is “hardware” based on the use of standard commercially available fibers and standard designs of connected optical cables (by the way, constantly improved in the direction of decreasing phase sensitivity as well) and hardware-implemented phase drift compensators at the output of such FOCLs. This approach makes it possible to reduce phase drift to an acceptable level at fairly low costs for an additional amount of equipment and, most importantly, to begin the development of industrial production almost immediately. However, the potential for the rapid development of the industrial production of such systems and their widespread adoption in various fields of science and technology is constrained by the lack of a technically successful implementation of such an approach.

Единая задача, на решение которой направлено данное изобретение - передать от прецизионного источника к потребителям высокочастотный аналоговый высокостабильный сигнал с минимальным превнесением разного рода нестабильностей, дрейфов (прежде всего фазовых), шумов и искажений спектра при относительно небольших материальных затрат. The only task this invention is directed to is to transmit from a precision source to consumers a high-frequency analog highly stable signal with minimal overcoming of various kinds of instabilities, drifts (primarily phase), noise and distortion of the spectrum with relatively low material costs.

Для этого предлагается устройство, работа которого основана на том факте, что уход фазы сигнала в световоде при изменениях температуры и механических нагрузок прямо пропорционален его частоте (см., например, соотношения (4), (5) в [3]). For this, a device is proposed whose operation is based on the fact that the phase deviation of the signal in the fiber with temperature and mechanical loads is directly proportional to its frequency (see, for example, relations (4), (5) in [3]).

Сущность изобретения заключается в одновременной передаче по одному световоду вместе с опорным еще двух сигналов разной частоты, синхронизированный с ним по дрейфу фазы. Один из них благодаря выбору достаточно низкой частоты имеет заведомо большую по сравнению с реально необходимой для практических применений стабильность фазы на выходе световода. Частота другого сигнала выбирается таким образом, чтобы уход его фазы в любом случае заведомо не превышал пределы рабочего диапазона фазового детектора. The essence of the invention lies in the simultaneous transmission along one fiber along with the reference two more signals of different frequencies, synchronized with it by phase drift. One of them, due to the choice of a sufficiently low frequency, has a obviously greater phase stability at the output of the fiber than is actually necessary for practical applications. The frequency of the other signal is chosen so that the departure of its phase in any case certainly does not exceed the limits of the working range of the phase detector.

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, одновременно выражается в следующем:
а) в существенно большем энергетическом потенциале, то есть в большей дальности передачи высокочастотного сигнала со стабильной фазой по ВОЛС; б) в более высоком отношении сигнал/шум (малом собственном фазовом шуме) на выходе при сохранении первоначальной длины ВОЛС; в) в том, что устройство является прямым транслятором сигнала опорного генератора без подмены его другими генераторами с ненормированными шумовыми и спектральными характеристиками; г) в устройстве не используется для своего функционирования оптическая обратная связь в ВОЛС; д) в устройстве используются для своего функционирования только серийно выпускаемые компоненты и проверенные блоки и узлы, а также схемотехнические решения; е) устройство отличается простотой и технологичностью и сравнительно малой стоимостью при производстве и надежностью в эксплуатации; з) имеет малые габариты и вес наряду с низким энергопотреблением.
A single technical result that can be obtained by carrying out the invention is simultaneously expressed in the following:
a) in a significantly greater energy potential, that is, in a greater transmission range of a high-frequency signal with a stable phase along the fiber optic link; b) in a higher signal-to-noise ratio (low intrinsic phase noise) at the output while maintaining the original fiber length; c) that the device is a direct translator of the signal of the reference generator without replacing it with other generators with unnormalized noise and spectral characteristics; d) the device does not use optical feedback in the fiber optic link for its functioning; e) only commercially available components and tested blocks and units, as well as circuitry solutions are used in the device for its operation; f) the device is simple and adaptable and has a relatively low cost in production and reliability in operation; h) has small dimensions and weight along with low power consumption.

Указанный единый технический результат при осуществлении изобретения по устройству достигается тем, что по сравнению с известным устройством [1], являющимся наиболее близким аналогом к заявляемому, с общими признаками: генератор опорных сигналов, соединенный со входом передатчика, световод, соединенный с фотоприемником, и управляемый фазовращатель, введены генераторы с частотами f2 и f3, объединитель, фильтр верхних частот, разветвитель, первый и второй узкополосный фильтра, первый и второй преобразователи, гетеродин, первый и второй фильтры промежуточной частоты, фазовый детектор и масштабирующий усилитель, причем генераторы с частотами f2 и f3 синхронизированы с генератором опорных сигналов, выходы всех трех генераторов через объединитель подключены к входу передатчика, выход которого через световод подключен к входу фотоприемника, выход которого через фильтр верхних частот подключен к входу управляемого фазовращателя, а через разветвитель - к входам узкополосных фильтров, выходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго преобразователей, к каждому из которых подключен соответствующий выход гетеродина, к выходам преобразователей подключены входы фильтров промежуточной частоты, выходы которых подключены к входам фазового детектора, выход которого через масштабирующий усилитель подключен к управляющему входу фазовращателя, причем частоты f2 и f3 генераторов выбираются из соотношений:

Figure 00000002

где ΔφTf2 , ΔφTf3 , Δφσf2 , Δφσf3 - изменения набега фазы в ВОЛС при колебаниях температуры и механической нагрузки соответственно, Δφo - требуемая точность фазовой синхронизации.The specified single technical result in the implementation of the invention for the device is achieved in that in comparison with the known device [1], which is the closest analogue to the claimed, with common features: a reference signal generator connected to the input of the transmitter, a fiber connected to the photodetector, and controlled phase shifter, introduced generators with frequencies f 2 and f 3 , combiner, high-pass filter, splitter, first and second narrow-band filters, first and second converters, local oscillator, first and second fil There are three intermediate frequencies, a phase detector and a scaling amplifier, and generators with frequencies f 2 and f 3 are synchronized with the reference signal generator, the outputs of all three generators are connected through the combiner to the input of the transmitter, the output of which is connected through the optical fiber to the input of the photodetector, the output of which is through the upper filter frequency is connected to the input of the controlled phase shifter, and through the splitter to the inputs of narrow-band filters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first and second converters, to each CB of which is connected a corresponding output of the local oscillator, the outputs of inverters connected input intermediate frequency filters, whose outputs are connected to inputs of the phase detector, the output of which is connected through a scaling amplifier to the control input of the phase shifter, the frequencies f 2 and f 3 generators are selected from the relations:
Figure 00000002

where Δφ Tf2 , Δφ Tf3 , Δφ σf2 , Δφ σf3 are the phase incursion changes in the fiber-optic link with temperature and mechanical load fluctuations, respectively, Δφ o is the required accuracy of phase synchronization.

Благодаря введению генераторов с частотами f2 и f3 удалось отказаться от специального, практически не реализованного трехволоконного оптического кабеля с уникальными характеристиками каждого световода, т.к. в предлагаемом устройстве разность фаз (фазовая ошибка) сравнивается между сигналами генераторов с частотами f2 и f3 прошедших одновременно через тот же световод, что и сигнал опорного генератора, и выработанный таким образом сигнал ошибки, соответствующим образом промасштабируемый, подается для компенсации фазового ухода (дрейфа) опорного сигнала на фазовращатель, находящийся на выходе фотоприемника. Применение метода сравнения фаз между двумя сравнительно низкочастотными сигналами (по сравнению с частотой опорного генератора) генераторов, а не между фазами сигнала опорного генератора и одного из них, позволяет посредством выбора соответствующих частот этих двух генераторов не выходить за рабочую область работы фазового детектора, обеспечивая тем самым однозначность сигнала ошибки практически без ограничений частоты опорного сигнала.Thanks to the introduction of generators with frequencies f 2 and f 3, it was possible to abandon a special, practically unrealized three-fiber optical cable with unique characteristics of each fiber, because in the proposed device, the phase difference (phase error) is compared between the signals of the generators with frequencies f 2 and f 3 passing simultaneously through the same fiber as the signal of the reference generator, and the error signal generated in this way, appropriately scaled, is fed to compensate for the phase drift ( drift) of the reference signal to the phase shifter located at the output of the photodetector. The application of the method of comparing the phases between two relatively low-frequency signals (compared to the frequency of the reference oscillator) of the generators, and not between the phases of the signal of the reference oscillator and one of them, allows not to go beyond the working area of the phase detector by selecting the appropriate frequencies most unambiguity of the error signal with virtually no limitation of the frequency of the reference signal.

Отсутствие оптического разветвителя на три направления на выходе оптического передатчика и большого количества оптических соединителей в оптическом тракте уменьшает потери энергии оптического сигнала - оба эти фактора существенно повышают энергетический потенциал, увеличивают отношение сигнал/шум на выходе устройства, повышают стабильность и надежность работы всего устройства и снижают его себестоимость. The absence of a three-way optical splitter at the output of the optical transmitter and a large number of optical connectors in the optical path reduces the energy loss of the optical signal — both of these factors significantly increase the energy potential, increase the signal-to-noise ratio at the output of the device, increase the stability and reliability of the entire device, and reduce its cost.

Предлагаемое устройство транслирует напрямую оригинальный сигнал опорного генератора без его подмены сигналом другого генератора и без его нелинейного преобразования - этот фактор благотворно сказывается на отношении сигнал/шум и получении на его выходе предсказуемых спектрально чистых характеристик сигнала, близких к расчетным. The proposed device directly transmits the original signal of the reference generator without replacing it with a signal of another generator and without its non-linear conversion - this factor has a beneficial effect on the signal-to-noise ratio and the receipt of its predicted spectrally pure signal characteristics close to the calculated ones.

Наличие генератора относительно низкочастотных сигналов, синхронизированных по фазовому дрейфу с генератором опорного сигнала, не связаны с дополнительными затратами ,т.к. они являются стандартными выходами всех генераторов - стандартов частоты, являющихся задающими для генераторов опорных сигналов [5]. The presence of a generator with respect to low-frequency signals synchronized by phase drift with a reference signal generator is not associated with additional costs, because they are the standard outputs of all generators - frequency standards that are set for reference signal generators [5].

С целью объединения сигналов в одном канале для последующей их одновременной передачи по одному световоду, что гарантирует только количественное изменение разности фаз между ними при прохождении всего тракта под воздействием окружающей среды (изменений температуры, механических напряжений и т.д. ), т. е. однозначность компенсации фазы опорного сигнала, в устройстве применен объединитель сигналов. Для точного и непрерывного сравнения разности фаз сигналов генераторов с частотами f2 и f32 на выходе волоконно - оптической линии необходимо подавать на вход фазового детектора, вырабатывающего сигнал фазовой ошибки, которым осуществляется управление фазовращателя, компенсирующего уход фазы опорного сигнала на приемном конце, сигналы одной частоты - для этой цели в устройстве применены первый и второй преобразователи частоты. Для прецизионного усиления сигнала фазовой ошибки, который вырабатывается фазовым детектором и должен быть такой величины, чтобы, управляя фазовращателем, обеспечивать точное соответствие между малыми изменениями разности фаз сравнительно низкочастотных сигналов второго и третьего генераторов (т.е. малым выходным напряжением фазового детектора) и большими компенсирующими изменениями фазы управляемого фазовращателя, в устройстве применен масштабирующий усилитель.In order to combine the signals in one channel for their subsequent simultaneous transmission through one fiber, which guarantees only a quantitative change in the phase difference between them when the entire path passes under the influence of the environment (temperature changes, mechanical stresses, etc.), i.e. unambiguous compensation of the phase of the reference signal, a signal combiner is used in the device. For accurate and continuous comparison of the phase difference of the generator signals with frequencies f 2 and f 32 at the output of the fiber-optic line, it is necessary to apply to the input of a phase detector that generates a phase error signal, which controls the phase shifter that compensates for the phase deviation of the reference signal at the receiving end, signals of one frequency - for this purpose, the device uses the first and second frequency converters. For precision amplification of the phase error signal, which is generated by the phase detector and must be of such a magnitude that, by controlling the phase shifter, provide an exact match between small changes in the phase difference of the relatively low-frequency signals of the second and third generators (i.e., the small output voltage of the phase detector) and large compensating phase changes of the controlled phase shifter, a scaling amplifier is used in the device.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления заявленного устройства. Information confirming the possibility of implementing the claimed device.

Предлагаемое устройство содержит генератор опорных сигналов 1, генераторы сигналов 2 и 3, объединитель сигналов 4, оптический передатчик 5, световод 6, оптический приемник 7, фильтр верхних частот 8, разветвитель (1:2) 9, узкополосные фильтры 10 и 11, фазовращатель 12, преобразователь 13, гетеродин 4, преобразователь 15, фильтры промежуточной части 16 и 17, фазовый детектор 18, масштабирующий усилитель 19. The proposed device contains a reference signal generator 1, signal generators 2 and 3, signal combiner 4, optical transmitter 5, optical fiber 6, optical receiver 7, high-pass filter 8, splitter (1: 2) 9, narrow-band filters 10 and 11, phase shifter 12 , converter 13, local oscillator 4, converter 15, filters of the intermediate part 16 and 17, phase detector 18, scaling amplifier 19.

Устройство работает следующим образом: опорный ВЧ-сигнал генератора 1 с частотой f1 вместе с сигналами генераторов 2 и 3, с частотами f2 и f3 соответственно, поступает на объединитель сигналов 4, а с него на вход линейного оптического передатчика 5 и модулирует его. Промодулированный ими оптический сигнал поступает на вход световода 6 и принимается линейным фотоприемником 7. С выхода оптического приемника отфильтрованный фильтром верхних частот 8 опорный ВЧ-сигнал поступает на вход фазовращателя 12. Сигналы генераторов 2 и 3 через разветвитель 9 и узкополосные фильтры 10 и 11 поступают на преобразователи 13 и 15 соответственно, на гетеродинные входы которых поступает сигнал от единого гетеродина 14. С выходов смесителей сигналы на промежуточной частоте через фильтры 16 и 17 поступают для сравнения по фазе на фазовый детектор 18, с выхода которого сигнал, зависящий от разности фаз выходных сигналов на его входах, через масштабирующий усилитель 19 поступает на управляющий вход фазовращателя 12, который компенсирует уход фазы ВЧ-сигнала.The device operates as follows: the reference RF signal of the generator 1 with a frequency f 1 together with the signals of the generators 2 and 3, with the frequencies f 2 and f 3, respectively, is fed to the signal combiner 4, and from it to the input of the linear optical transmitter 5 and modulates it . The optical signal modulated by them is fed to the input of the optical fiber 6 and received by the linear photodetector 7. From the output of the optical receiver, the reference RF signal filtered by the high-pass filter 8 is fed to the input of the phase shifter 12. The signals of the generators 2 and 3 through the splitter 9 and narrow-band filters 10 and 11 are fed to converters 13 and 15, respectively, to the heterodyne inputs of which a signal is received from a single local oscillator 14. From the outputs of the mixers, the signals at an intermediate frequency through the filters 16 and 17 are supplied for phase comparison to a phase detector 18, the output of which is a signal depending on the phase difference of the output signals at its inputs, through a scaling amplifier 19 is fed to the control input of the phase shifter 12, which compensates for the phase shift of the RF signal.

В статическом режиме, т.е. при типовой температуре окружающей световод среды и в отсутствии механических нагрузок на него, изменения разности фаз сигналов с частотами f2 и f3 генераторов практически равны нулю, следовательно, напряжение на выходе фазового детектора также практически равно нулю и управляемый фазовращатель имеет только начальный сдвиг фазы опорного сигнала. Таким образом, опорный сигнал генератора на выходе ВОЛС будет иметь начальный сдвиг фазы φн.
Изменение температуры или механической нагрузки на оптическое волокно (световод) вызывает соответственное изменение набега фазы в нем [3]:

Figure 00000003

Figure 00000004

где φ - фаза сигнала опорного генератора, T - температура среды, f - частота сигнала опорного генератора, L - длина линии, c - скорость света, n - групповой показатель преломления, σ - аксиальные напряжения в оптическом волокне, E - модуль Юнга оптического волокна.In static mode, i.e. at a typical temperature of the medium surrounding the optical fiber and in the absence of mechanical loads on it, changes in the phase difference of the signals with frequencies f 2 and f 3 of the generators are practically zero, therefore, the voltage at the output of the phase detector is also practically zero and the controlled phase shifter has only an initial phase shift of the reference signal. Thus, the reference signal of the generator at the FOCL output will have an initial phase shift φ n.
A change in temperature or mechanical load on an optical fiber (optical fiber) causes a corresponding change in the phase incursion in it [3]:
Figure 00000003

Figure 00000004

where φ is the phase of the signal of the reference generator, T is the temperature of the medium, f is the frequency of the signal of the reference generator, L is the line length, c is the speed of light, n is the group refractive index, σ are the axial stresses in the optical fiber, E is the Young's modulus of the optical fiber .

Изменение набега фазы сигнала прямо пропорционально частоте сигнала, передаваемого по оптической линии и ее длине. Частота f2 рассчитывается по формулам (1) и (2) так, чтобы изменение набега фазы в световоде заданной длины при максимальных колебаниях температуры ΔφTf2 и механической нагрузки Δφσf2 во время ее эксплуатации не превысило 90 градусов фазы (рабочий диапазон фазового детектора), т.е.The change in the phase incursion of the signal is directly proportional to the frequency of the signal transmitted along the optical line and its length. The frequency f 2 is calculated by formulas (1) and (2) so that the change in phase incidence in a fiber of a given length at maximum temperature fluctuations Δφ Tf2 and mechanical load Δφ σf2 during its operation does not exceed 90 degrees of the phase (working range of the phase detector), those.

Figure 00000005

Частота f3 рассчитывается по формулам (1), (2) так, чтобы изменение набега фазы в оптической линии заданной длины при максимальных колебаниях температуры ΔφTf3 и механической нагрузки Δφσf3, во время ее эксплуатации было заведомо меньше требуемой точности фазовой синхронизации Δφo, т.е.
Figure 00000005

The frequency f 3 is calculated according to formulas (1), (2) so that the change in phase incidence in the optical line of a given length at maximum temperature fluctuations Δφ Tf3 and mechanical load Δφ σf3 , during its operation, is obviously less than the required phase synchronization accuracy Δφ o , those.

Figure 00000006

Коэффициент усиления масштабирующего усилителя 19 рассчитывается по формуле
Kм = mf1/f2
где m - коэффициент масштабирования.
Figure 00000006

The gain of the scaling amplifier 19 is calculated by the formula
K m = mf 1 / f 2
where m is the scaling factor.

При выполнении условий (3), (4) и (5) обеспечивается требуемая компенсация фазовращателем 12 изменений набега фазы на частоте опорного генератора f1, обусловленных изменениями температуры ΔT и механического напряжения Δσ в оптическом волокне.When conditions (3), (4), and (5) are satisfied, the required compensation by the phase shifter 12 of the phase incursion changes at the frequency of the reference oscillator f 1 is provided due to changes in temperature ΔT and mechanical stress Δσ in the optical fiber.

Следовательно, при изменении температуры и (или) механической нагрузки ввиду разных частот сигналов второго и третьего генераторов на выходе оптической линии возникает разность фаз между ними. Эта разность детектируется фазовым детектором и на его выходе появляется сигнал фазовой ошибки, который усиливается соответствующим образом масштабирующим усилителем и подается на управляемый фазовращатель, компенсируя тем самым еще больший уход фазы сигнала опорного генератора, прошедшего через оптическую линию. Therefore, when the temperature and / or mechanical load changes, due to the different frequencies of the signals of the second and third generators, a phase difference between them arises at the output of the optical line. This difference is detected by a phase detector and a phase error signal appears at its output, which is amplified by an appropriately scaling amplifier and fed to a controllable phase shifter, thereby compensating for even greater phase deviation of the reference oscillator signal that passed through the optical line.

Библиографические данные
1. Авт. свид. СССР N 1690294 A1, кл. H 04 B 10/00, 1989 г.
Bibliographic data
1. Auth. testimonial. USSR N 1690294 A1, cl. H 04 B 10/00, 1989

2. L. P. Primas, "Cable delay compensator for microwave signal distribution over optical fibers", Microwave Journal, V. 33, N 12, 1990, pp. 81 - 92. 2. L. P. Primas, "Cable delay compensator for microwave signal distribution over optical fibers", Microwave Journal, V. 33, N 12, 1990, pp. 81 - 92.

3. M. Shadaram, J. Medrano, S. A. Pappert, M. H. Berry, D. M. Gookin "Technique for stabilizing the phase of the reference signals in analog fiber - optic lincks", Applied Optics, V. 34, N. 36, 1995, pp. 8283 - 8288. 3. M. Shadaram, J. Medrano, SA Pappert, MH Berry, DM Gookin "Technique for stabilizing the phase of the reference signals in analog fiber - optic lincks", Applied Optics, V. 34, N. 36, 1995, pp. . 8283-8288.

4. E. Peschardt, J. P. H. Sladen "Transmission of a stabilised RF phase reference over a monomode fibre - optic link", Electronics Letters, V. 22, N. 16, 1986, pp. 868 - 869. 4. E. Peschardt, J. P. H. Sladen "Transmission of a stabilized RF phase reference over a monomode fiber - optic link", Electronics Letters, V. 22, N. 16, 1986, pp. 868 - 869.

5. Измерения в радиоэлектронике. Справочник под ред. В.А. Кузнецова, М., Энергоатомиздат, 1987 г., с. 286. 5. Measurements in electronics. Handbook Ed. V.A. Kuznetsova, M., Energoatomizdat, 1987, p. 286.

Claims (1)

Устройство для стабилизации фазы передаваемого по волоконно-оптической линии связи высокочастотного аналогового сигнала, содержащего генератор опорных сигналов, передатчик, световод, фотоприемник и управляемый фазовращатель, отличающееся тем, что в него введены генераторы с частотами f2 и f3, объединитель, фильтр верхних частот, разветвитель, первый и второй узкополосный фильтры, первый и второй преобразователи, гетеродин, первый и второй фильтры промежуточной частоты, фазовый детектор и масштабирующий усилитель, причем генераторы с частотами f2 и f3 синхронизированы с генератором опорных сигналов, а выходы всех трех генераторов объединены объединителем и подключены ко входу передатчика, выход которого через световод подключен к входу фотоприемника, выход фотоприемника через фильтр верхних частот подключен к входу управляемого фазовращателя, а через разветвитель - ко входам узкополосных фильтров, выходы которых подключены к соответствующим входам первого и второго преобразователей, к каждому из которых подключен соответствующий выход гетеродина, к выходам преобразователей подключены входы фильтров промежуточной частоты, выходы которых подключены к входам фазового детектора, выход которого через масштабирующий усилитель подключен к управляющему входу фазовращателя, причем частоты f2 и f3 генераторов выбираются из соотношений
Figure 00000007

Figure 00000008

где
Figure 00000009
изменения набега фазы в световоде при колебаниях температуры и механической нагрузки соответственно;
Δφ0 - требуемая точность фазовой синхронизации.
A device for stabilizing the phase of a high-frequency analog signal transmitted via a fiber-optic communication line containing a reference signal generator, a transmitter, a light guide, a photodetector and a controlled phase shifter, characterized in that generators with frequencies f 2 and f 3 , a combiner, a high-pass filter are introduced , splitter, first and second narrow-band filters, first and second converters, local oscillator, first and second intermediate frequency filters, phase detector and scaling amplifier, and generators with h The frequencies f 2 and f 3 are synchronized with the reference signal generator, and the outputs of all three generators are combined by a combiner and connected to the input of the transmitter, the output of which through the optical fiber is connected to the input of the photodetector, the output of the photodetector through the high-pass filter is connected to the input of the controlled phase shifter, and through the splitter - to the inputs of narrow-band filters, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the first and second converters, each of which is connected to the corresponding output of the local oscillator, to the outputs of the conversion the inputs of the filters of the intermediate frequency are connected, the outputs of which are connected to the inputs of the phase detector, the output of which through the scaling amplifier is connected to the control input of the phase shifter, and the frequencies f 2 and f 3 of the generators are selected from the relations
Figure 00000007

Figure 00000008

Where
Figure 00000009
changes in the phase incursion in the fiber under fluctuations in temperature and mechanical load, respectively;
Δφ 0 - the required accuracy of the phase synchronization.
RU97119141A 1997-11-27 1997-11-27 Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line RU2119719C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119141A RU2119719C1 (en) 1997-11-27 1997-11-27 Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119141A RU2119719C1 (en) 1997-11-27 1997-11-27 Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2119719C1 true RU2119719C1 (en) 1998-09-27
RU97119141A RU97119141A (en) 1999-01-10

Family

ID=20199129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97119141A RU2119719C1 (en) 1997-11-27 1997-11-27 Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2119719C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543070C1 (en) * 2013-09-09 2015-02-27 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Analogue phase-stable fibre-optic link
RU2628121C1 (en) * 2016-10-11 2017-08-15 Компания АМОТЕК ТЕКНОЛОДЖИ ОЮ, рег. N 14113251 Method for constructing wide-code frequency converter of radio signals and device for its implementation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543070C1 (en) * 2013-09-09 2015-02-27 Открытое акционерное общество "Корпорация "Фазотрон-Научно-исследовательский институт радиостроения" Analogue phase-stable fibre-optic link
RU2628121C1 (en) * 2016-10-11 2017-08-15 Компания АМОТЕК ТЕКНОЛОДЖИ ОЮ, рег. N 14113251 Method for constructing wide-code frequency converter of radio signals and device for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6879433B1 (en) Wavelength conversion apparatus
US9689968B2 (en) Wholly optically controlled phased array radar transmitter
US7974541B2 (en) High frequency signal optical transmission system and high frequency signal optical transmission method
JPWO2020026347A1 (en) Optical transmission equipment and optical transmission system
JPH01291141A (en) System of measuring dispersion characteristic of optical fiber
KR19990067398A (en) Frequency stabilization method and device for semiconductor laser
CN109244801B (en) Tunable photoelectric oscillator based on random Brillouin fiber laser and method
US6867904B2 (en) Integrated optical circuit for effecting stable injection locking of laser diode pairs used for microwave signal synthesis
US5390017A (en) Optical network analyzer for measuring the amplitude characteristics and group delay time dispersion characteristics of an optical circuit device
Adams et al. A novel broadband photonic RF phase shifter
CN106027152A (en) Method for generating 120GHz millimeter waves based on octuple frequency of Mach-Zehnder modulator
CN107409000B (en) A kind of coherent receiver, the method and system of coherent source offset estimation and compensation
CN112751621B (en) Optical fiber microwave frequency transmission system based on laser frequency offset locking
CN114050873B (en) Remote microwave frequency measuring device and method based on dispersion compensation technology
Xu et al. True time-delay phased-array antenna feed system based on optical heterodyne techniques
JP5334619B2 (en) Optical path length control device
RU2119719C1 (en) Device for phase stabilization of high- frequency analog signal which is transmitted through fiber-optical communication line
JP2012513617A (en) Laser system with frequency servo
Harrington et al. Optical frequency transfer stability of 1e-15 at 1 second over correlated core pairs in a 40 km 7-core fiber link
JP5404434B2 (en) Phase control device
RU2543070C1 (en) Analogue phase-stable fibre-optic link
Lu et al. Large-Scale Optical Phased Array Based on a Multi-Layer Silicon-Nitride-on-Silicon Photonic Platform
JP2002076507A (en) Frequency stabilized semiconductor laser device
JPS62159928A (en) Frequency response measuring instrument for optical reception system
KR102136554B1 (en) Apparatus for generating a millimeter wave or microwave by using polarization selective resonator