新型多抽頭復(fù)系數(shù)微波光子濾波器
發(fā)布時間:2020-03-20 05:30
【摘要】:微波光子學(xué)是微波學(xué)和光學(xué)兩門學(xué)科相融合的產(chǎn)物,利用光學(xué)系統(tǒng)將微波毫米波信號在光域上進行處理和傳輸,而微波光子濾波器(MPF)是微波光子學(xué)研究領(lǐng)域中的熱點之一。相對于傳統(tǒng)的微波濾波器,MPF不僅具備良好的抗電磁干擾能力,而且還具備損耗低、在設(shè)計時靈活性強、不受電子瓶頸困擾等特性。由于傳統(tǒng)的正系數(shù)MPF的濾波功能僅限于低通濾波,因此該濾波器在實際應(yīng)用范圍中存在很大的限制。為了滿足科研和技術(shù)發(fā)展的需要,設(shè)計具有帶通濾波功能的MPF成為科研人員和學(xué)者們的研究熱點。合理的選擇MPF的抽頭光源能夠有效提升濾波器的性能,通常用作MPF抽頭光源的可以有光譜切割寬帶光源、多個單波長激光器組成的激光器陣列和多波長光纖激光器(MWFL)。當濾波器的抽頭光源選擇為光譜切割寬帶光源時,濾波器系統(tǒng)則會引入噪聲從而影響到濾波器的各種性能;當抽頭光源為獨立激光器陣列時,濾波器系統(tǒng)不僅更加復(fù)雜而且會大幅增加系統(tǒng)成本;而抽頭光源為MWFL時,不僅減少了系統(tǒng)引入的噪聲,還提高了光源的質(zhì)量,有效的降低了系統(tǒng)所需要投入的成本。本文采用基于高摻雜餌纖的MWFL作為MPF的抽頭光源,利用石英光纖中的受激布里淵散射(SBS)效應(yīng)引入一個相移量實現(xiàn)復(fù)系數(shù),進而設(shè)計了一款具有帶通濾波功能的多抽頭復(fù)系數(shù)MPF。通過調(diào)節(jié)SBS泵浦光功率和頻率失諧量從而實現(xiàn)對相移量的大小控制,進而使MPF中心頻率能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)可調(diào)諧。利用激光器輸出的可調(diào)諧多波長激光信號作為抽頭光源,研究了抽頭光源和SBS增益介質(zhì)對MPF響應(yīng)特性的影響。主要內(nèi)容如下:1.首先深入研究了石英光纖中SBS效應(yīng)引入附加相移的機理,進而詳細討論了SBS泵浦光功率、頻率失諧量等因素對相移量的影響。2.仿真分析了SBS增益介質(zhì)長度、抽頭光源的波長間隔以及抽頭數(shù)目對MPF性能的影響,以期對基于SBS效應(yīng)的復(fù)系數(shù)MPF進行整體優(yōu)化設(shè)計。3.搭建了高摻雜摻餌光纖MWFL的實驗平臺,并優(yōu)化了激光器的主要性能參數(shù),通過實驗獲得了波長間隔大小為0.338nm,波長數(shù)目為16個的穩(wěn)定多波長激光信號。4.以實驗中得到的多波長激光信號作為抽頭光源,利用SBS的相移效應(yīng)設(shè)計了一款多抽頭復(fù)系數(shù)MPF,仿真研究了抽頭光源的波長間隔和波長數(shù)目,以及不同型號石英光纖對復(fù)系數(shù)MPF性能參數(shù)的影響。
【圖文】:
邐信號逡逑光纖環(huán)逡逑圖2-3丨IR-MPF結(jié)構(gòu)示意圖逡逑1IR-MPF即濾波器的抽頭數(shù)目無限多,圖2-3是一個典型的HR-MPF結(jié)構(gòu)逡逑示意圖,該結(jié)構(gòu)仍采用單個光源,該光源在濾波器系統(tǒng)中的光纖環(huán)中無限循環(huán),逡逑每轉(zhuǎn)一圈就形成一個濾波器抽頭,該結(jié)構(gòu)在理論上可行構(gòu)成HR-MPF。逡逑2.2.2正系數(shù)、負系數(shù)和復(fù)系數(shù)MPF逡逑根據(jù)抽頭系數(shù)的不同,MPF可以分為正系數(shù)、負系數(shù)和復(fù)系數(shù)MPF。山公逡逑式(2-9)可知,當抽頭系數(shù)0(?)全為正數(shù)時,即可得到正系數(shù)MR:,以四gc頭的逡逑MPF為例,設(shè)定濾波器抽頭系數(shù)為[1,丨N1],從圖2-4可以看出,該濾波器頻率逡逑響應(yīng)對應(yīng)于一個低通濾波器
逑頭的\^?為例,設(shè)定濾波器抽頭系數(shù)為[1,-1,1,-1],根據(jù)公式(2-9)可得四抽頭的逡逑負MPF的傳輸函數(shù)(2-10),其對應(yīng)的頻率響應(yīng)如圖2-5所示。逡逑HifRf)邋=邋\-e-]1^T邋+邋e ̄jA^r邋-邋e ̄jb^T邐(2-10)逡逑負系數(shù)MPF不存在正系數(shù)MPF的僅能實現(xiàn)低通濾波的局限性,但是該濾波逡逑器可調(diào)諧性的實現(xiàn)的方法主要是改變相鄰兩路光信號間的基本延時單元;T。圖逡逑2-5中虛線所示為濾波器中心頻率調(diào)諧前MPF的頻率響應(yīng),此時濾波器的主旁瓣逡逑抑制比(MSSR)為5.65dB,3dB帶寬為2.59GHz,自由頻譜范圍(FSR)為8.41GHz;逡逑圖2-5中實線所示濾波器中心頻率調(diào)諧后MPF的頻率響應(yīng),此時MSSR為逡逑5.65dB,3dB帶寬為2.02GHz,FSR為6.54GHz?通過比較可知,濾波器在中心頻逡逑率調(diào)諧的過程中,濾波器的MSSR并未發(fā)生變化,而FSR和3dB帶寬發(fā)生改變,逡逑導(dǎo)致濾波器頻率響應(yīng)特性產(chǎn)生變化。逡逑1邋:卜;/邋罐■逡逑I-10邋丨丨邐:?逡逑;邋i邐!邐j邋i逡逑-15k邐:邋I邋-邋I邋!'逡逑!逡逑-20邐:邋I邐I逡逑251邐i邐i邐i邋i邐i邐?邐>邐?邐t逡逑0邐2邐4邐6邐8邐10邐12邐14邐16邐18邐20逡逑Frequency/GHz逡逑圖2-5扣1頭系數(shù)為[1,,-1,1,-1]的負系數(shù)1^?頻率響應(yīng)圖逡逑相較于正系數(shù)和負系數(shù)MPF
【學(xué)位授予單位】:安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2019
【分類號】:TN713
【圖文】:
邐信號逡逑光纖環(huán)逡逑圖2-3丨IR-MPF結(jié)構(gòu)示意圖逡逑1IR-MPF即濾波器的抽頭數(shù)目無限多,圖2-3是一個典型的HR-MPF結(jié)構(gòu)逡逑示意圖,該結(jié)構(gòu)仍采用單個光源,該光源在濾波器系統(tǒng)中的光纖環(huán)中無限循環(huán),逡逑每轉(zhuǎn)一圈就形成一個濾波器抽頭,該結(jié)構(gòu)在理論上可行構(gòu)成HR-MPF。逡逑2.2.2正系數(shù)、負系數(shù)和復(fù)系數(shù)MPF逡逑根據(jù)抽頭系數(shù)的不同,MPF可以分為正系數(shù)、負系數(shù)和復(fù)系數(shù)MPF。山公逡逑式(2-9)可知,當抽頭系數(shù)0(?)全為正數(shù)時,即可得到正系數(shù)MR:,以四gc頭的逡逑MPF為例,設(shè)定濾波器抽頭系數(shù)為[1,丨N1],從圖2-4可以看出,該濾波器頻率逡逑響應(yīng)對應(yīng)于一個低通濾波器
逑頭的\^?為例,設(shè)定濾波器抽頭系數(shù)為[1,-1,1,-1],根據(jù)公式(2-9)可得四抽頭的逡逑負MPF的傳輸函數(shù)(2-10),其對應(yīng)的頻率響應(yīng)如圖2-5所示。逡逑HifRf)邋=邋\-e-]1^T邋+邋e ̄jA^r邋-邋e ̄jb^T邐(2-10)逡逑負系數(shù)MPF不存在正系數(shù)MPF的僅能實現(xiàn)低通濾波的局限性,但是該濾波逡逑器可調(diào)諧性的實現(xiàn)的方法主要是改變相鄰兩路光信號間的基本延時單元;T。圖逡逑2-5中虛線所示為濾波器中心頻率調(diào)諧前MPF的頻率響應(yīng),此時濾波器的主旁瓣逡逑抑制比(MSSR)為5.65dB,3dB帶寬為2.59GHz,自由頻譜范圍(FSR)為8.41GHz;逡逑圖2-5中實線所示濾波器中心頻率調(diào)諧后MPF的頻率響應(yīng),此時MSSR為逡逑5.65dB,3dB帶寬為2.02GHz,FSR為6.54GHz?通過比較可知,濾波器在中心頻逡逑率調(diào)諧的過程中,濾波器的MSSR并未發(fā)生變化,而FSR和3dB帶寬發(fā)生改變,逡逑導(dǎo)致濾波器頻率響應(yīng)特性產(chǎn)生變化。逡逑1邋:卜;/邋罐■逡逑I-10邋丨丨邐:?逡逑;邋i邐!邐j邋i逡逑-15k邐:邋I邋-邋I邋!'逡逑!逡逑-20邐:邋I邐I逡逑251邐i邐i邐i邋i邐i邐?邐>邐?邐t逡逑0邐2邐4邐6邐8邐10邐12邐14邐16邐18邐20逡逑Frequency/GHz逡逑圖2-5扣1頭系數(shù)為[1,,-1,1,-1]的負系數(shù)1^?頻率響應(yīng)圖逡逑相較于正系數(shù)和負系數(shù)MPF
【學(xué)位授予單位】:安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2019
【分類號】:TN713
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