專利名稱：短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線傳輸傳輸系統(tǒng)，特別是一種短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
短波通信是歷史最為久遠(yuǎn)的無(wú)線電通信手段，它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、建立快捷、通信距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)性和抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，隨著自適應(yīng)、跳頻等抗干擾技術(shù)的應(yīng)用，短波通信在戰(zhàn)備訓(xùn)練、軍事演習(xí)、封邊控邊、反恐維穩(wěn)、搶險(xiǎn)救災(zāi)等重大軍事活動(dòng)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，是軍隊(duì)?wèi)?zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)指揮的主要通信手段之一，有時(shí)甚至是唯一的通信手段，被視為軍事通信的“殺手锏”。
眾所周知，短波通信天線是短波通信系統(tǒng)的重要組成部分。近年來(lái)，短波通信技術(shù)發(fā)展迅速，短波電臺(tái)的性能不斷提高，短波通信的組織方式日趨網(wǎng)絡(luò)化，由此對(duì)短波天線提出了寬頻帶、全方向、高增益的新要求。但是，天線網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)姆绞桨l(fā)展相對(duì)滯后，目前我軍在用短波天線至收發(fā)信機(jī)的傳輸依然是傳統(tǒng)的平行饋線、電纜等方式，無(wú)法形成遠(yuǎn)距離、網(wǎng)絡(luò)化傳輸方式。
光傳輸網(wǎng)絡(luò)代替電傳輸網(wǎng)絡(luò)是信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)。光纖對(duì)于電纜具有成本低、信號(hào)衰減小、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此各類遠(yuǎn)程傳輸網(wǎng)絡(luò)如廣電的有線電視網(wǎng)、電信的通信網(wǎng)等已全采用光纖傳輸?shù)姆绞健?br> 在軍事上，用光纖作為短波天線至收發(fā)信機(jī)的傳輸媒介，可以避免電磁脈沖炸彈對(duì)通信設(shè)備干擾和破壞。電磁脈沖炸彈的脈沖能量主要通過(guò)天線、電纜的金屬感應(yīng)燒毀供電系統(tǒng)、通信機(jī)輸入端的保險(xiǎn)絲、放電管等保護(hù)裝置，使供電和通信系統(tǒng)工作中斷。為防止電磁脈沖的干擾和破壞，可以根據(jù)不同情況，采用屏蔽、隔離、濾波等防護(hù)措施，盡量降低感應(yīng)到電子裝備系統(tǒng)中的電磁脈沖分量。也可采取多種措施對(duì)電磁脈沖炸彈進(jìn)行綜合防護(hù)，例如，對(duì)于一些核心的電子設(shè)備，可以采用抗電磁干擾能力強(qiáng)的電子元器件；通信線路盡量采用光纖取代傳統(tǒng)的電纜等等。這些防護(hù)措施可以大大降低電磁脈沖炸彈的殺傷破壞力。因此開(kāi)發(fā)和研制無(wú)線電短波非金屬(光纖)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)將對(duì)提高部隊(duì)短波固定臺(tái)站通信質(zhì)量和效能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)組織的靈活性、抗毀性等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
與本實(shí)用新型相關(guān)的技術(shù)是CN1127056A公開(kāi)的“蜂窩系統(tǒng)和傳輸蜂窩電話給小區(qū)的方法”，其中，在多個(gè)基站單元和相應(yīng)天線單元之間利用光纖進(jìn)行通信，微小區(qū)通訊輸出供給一個(gè)幀發(fā)生器/復(fù)接器，幀發(fā)生器/復(fù)接器的輸出供給一個(gè)數(shù)字調(diào)制激光器，激光器的輸出通過(guò)光纖傳送給遠(yuǎn)端天線單元。遠(yuǎn)端天線單元分接微小區(qū)通訊信號(hào)，然后提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出供給一個(gè)功率放大器，功率放大器連接到主天線。來(lái)自移動(dòng)單元的R F信號(hào)被主天線和分集天線接收。接收信號(hào)經(jīng)濾波，數(shù)字化，復(fù)用后通過(guò)光纖回傳給基站，最強(qiáng)的信號(hào)被基站選用。
上述的“蜂窩系統(tǒng)和傳輸蜂窩電話給小區(qū)的方法”專利技術(shù)不適于部隊(duì)的多副短波天線至收發(fā)信機(jī)的傳輸，因?yàn)樯鲜鰧＠夹g(shù)解決的是基站至天線陣的信號(hào)傳輸問(wèn)題，其頻率范圍窄，并且不考慮對(duì)所有信號(hào)的有效傳輸(基站僅僅選用最強(qiáng)信號(hào))，因此不能在部隊(duì)的多副短波天線至收發(fā)信機(jī)的傳輸中保證不失真地傳輸短波接收天線在2-30MHZ頻段內(nèi)接收到的多路RF信號(hào)。
在部隊(duì)的多副短波天線至收發(fā)信機(jī)的傳輸中，必需解決以下技術(shù)問(wèn)題1)不失真地傳送頻率范圍為2-30MHz、動(dòng)態(tài)范圍大于100dB的多路信號(hào)；2)由于系統(tǒng)使用的環(huán)境特殊，故要求設(shè)備適應(yīng)性要強(qiáng)，即要求激光器器件的溫度適應(yīng)范圍在-50℃到+70℃；發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的上述目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于包括
發(fā)射設(shè)備，具有其輸入端連接多副天線的多路模擬信號(hào)復(fù)用電路以及光發(fā)射機(jī)，所述多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端連接光發(fā)射機(jī)，所述光發(fā)射機(jī)包括一個(gè)激光調(diào)制器，連接多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端并把輸出的射頻信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)，一個(gè)位于激光調(diào)制器表面以檢測(cè)其溫度的溫度檢測(cè)器，一個(gè)根據(jù)溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度控制制冷器對(duì)激光調(diào)制器制冷的自動(dòng)溫度控制電路；一個(gè)設(shè)置在激光調(diào)制器之前的全頻段直接預(yù)失真電路；接收設(shè)備，具有連接光纖線路的光接收機(jī)，和連接光接收機(jī)輸出端的多路模擬信號(hào)信號(hào)解復(fù)用電路；一條設(shè)置在所述光發(fā)射機(jī)輸出端與光接收機(jī)輸入端之間的光纖線路。
其中，所述多路模擬信號(hào)復(fù)用電路是頻分多路復(fù)用電路。
其中，所述光發(fā)射機(jī)還包括連接激光調(diào)制器輸出端檢測(cè)其輸出功率的光功率檢測(cè)器；以及根據(jù)光功率檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果控制激光調(diào)制器偏流的光功率自動(dòng)控制電路。
其中，所述全頻段直接預(yù)失真電路包括級(jí)聯(lián)的二階失真發(fā)生器和三階失真發(fā)生器。
其中，所述多路模擬信號(hào)信號(hào)解復(fù)用電路是頻分解復(fù)用電路。
其中，所述光接收機(jī)包括設(shè)置在關(guān)接收機(jī)末端的可變衰減器。
本實(shí)用新型具有以下技術(shù)效果1)通過(guò)自動(dòng)溫度控制電路對(duì)激光調(diào)制器溫度的控制，使本實(shí)用新型的短波天線至收發(fā)信機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)可以在-50℃到+70℃環(huán)境溫度下有效工作；2)通過(guò)在激光器之前設(shè)置全頻段直接預(yù)失真電路，產(chǎn)生出二階失真和偶數(shù)階失真產(chǎn)物，和三階失真和奇數(shù)階失真產(chǎn)物，然后在直接對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制，可以抵消掉很大一部分激光器的失真，從而可以不失真地傳送動(dòng)態(tài)范圍大于100dB、頻率范圍為2-30MHz的多路信號(hào)。
以下結(jié)合附圖以具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的短波天線至收發(fā)信機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的示意圖；圖2是圖1中發(fā)射設(shè)備的多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的原理框圖；圖3是圖1中發(fā)射設(shè)備的光發(fā)射機(jī)的原理框圖；圖4是具有預(yù)失真校正的光發(fā)射機(jī)的原理框圖；圖5是預(yù)失真校正采用全頻段預(yù)失真電路的原理框圖；圖6是圖1中的接收設(shè)備的光接收機(jī)的原理框圖；圖7是本實(shí)用新型的具有電平調(diào)整的光接收機(jī)的原理框圖；圖8是圖1中接收設(shè)備的多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路的原理框圖；圖9是本實(shí)用新型的另一種無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施方式
首先參見(jiàn)圖1所示的本實(shí)用新型的短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的示意圖。本實(shí)用新型的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)包括分別接收多個(gè)短波無(wú)線電信號(hào)的多副天線1；發(fā)射設(shè)備2，具有連接多副天線的多路模擬信號(hào)復(fù)用電路(參見(jiàn)圖2)和光發(fā)射機(jī)(參見(jiàn)圖3至圖5)，所述多路模擬信號(hào)復(fù)用電路分別接收所述多副天線1接收的射頻信號(hào)并將其多路復(fù)用為合路信號(hào)送至光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)將接收的合路信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)送至光纖線路3中，所述光發(fā)射機(jī)包括一個(gè)激光調(diào)制器，連接多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端以把所述合路信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)(參見(jiàn)圖3)，一個(gè)位于激光調(diào)制器表面以檢測(cè)其溫度的溫度檢測(cè)器(參見(jiàn)圖3)，一個(gè)根據(jù)溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度控制制冷器對(duì)激光調(diào)制器制冷的自動(dòng)溫度控制電路(參見(jiàn)圖3)；一個(gè)設(shè)置在激光調(diào)制器之前的全頻段直接預(yù)失真電路(參見(jiàn)圖5)；接收設(shè)備5，具有連接光纖線路的光接收機(jī)(參見(jiàn)圖6和圖7)，和多路模擬信號(hào)信號(hào)解復(fù)用電路(參見(jiàn)圖8)，所述光接收機(jī)將光發(fā)射機(jī)經(jīng)由光纖線路發(fā)送的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成合路信號(hào)，所述多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路將合路信號(hào)解復(fù)用為分路信號(hào)；多個(gè)與所述天線1對(duì)應(yīng)的收信機(jī)5，用于分別接收所述的分路信號(hào)，其中每個(gè)分路信號(hào)對(duì)應(yīng)于相應(yīng)天線接收的短波射頻信號(hào)；一條設(shè)置在所述光發(fā)射機(jī)與光接收機(jī)之間的光纖線路3。
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型分為發(fā)送設(shè)備2和接收設(shè)備3兩部分，通過(guò)一根(單芯)光纖將多副短波接收天線在2-30MHZ頻段內(nèi)接收到的多路RF信號(hào)不失真，長(zhǎng)距離傳輸至目的地。根據(jù)實(shí)際工作情況，目前該系統(tǒng)按同時(shí)傳遞5副接收天線信號(hào)設(shè)計(jì)。由于五路信號(hào)(輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍大于100dB)的頻率范圍均為2-30MHz，無(wú)法直接混合傳輸，故采用頻分復(fù)用方式將五路信號(hào)同時(shí)傳輸。
本實(shí)用新型使用圖2所示的多路模擬信號(hào)復(fù)用電路實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用。多路模擬信號(hào)復(fù)用電路包括多條頻道，其每條頻道的輸入端連接一幅短波接收天線，每條頻道包括短波射頻信號(hào)帶通濾波器(2～30MHZ)，用于濾除2～30MHZ短波信號(hào)之外的干擾信號(hào)；混頻器，將2～30MHZ短波信號(hào)調(diào)制到預(yù)定頻段；調(diào)制濾波器，用于濾除所述預(yù)定頻段之外的信號(hào)。
多路模擬信號(hào)復(fù)用電路還包括射頻混合器，用于將各條頻道輸出的不同的預(yù)定頻段的信號(hào)復(fù)用成合路射頻信號(hào)。
此外，多路模擬信號(hào)復(fù)用電路還包括導(dǎo)頻源，用于自動(dòng)調(diào)整整個(gè)傳輸系統(tǒng)的增益，也就是自動(dòng)調(diào)整射頻信號(hào)在每條頻道傳輸中的增益。
多路模擬信號(hào)復(fù)用電路處于系統(tǒng)的前端，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)、動(dòng)態(tài)范圍、頻率精度、通道隔離度有非常大的影響。為此可以采用以下方式解決這些問(wèn)題。
①采用低噪聲集成單片放大器(圖中未示出)，設(shè)計(jì)信號(hào)輸入端的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，使前級(jí)放大具有最佳的噪聲系數(shù)，確保系統(tǒng)噪聲指標(biāo)達(dá)標(biāo)。
②合理安排各級(jí)電路的電路增益。
系統(tǒng)的靈敏度和非線性指標(biāo)是相互矛盾的，提高電路增益可提高系統(tǒng)的靈敏度，但系統(tǒng)的非線性失真又會(huì)增大。由于系統(tǒng)末端收信機(jī)具有很高的靈敏度，因此，增益安排的稍低但卻合理。
③采用大動(dòng)態(tài)、高線性有源混頻器，有效抑制各類失真。
④采用高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器作為本振電路，確保輸出信號(hào)的頻率精度達(dá)到2Hz。
⑤在五個(gè)頻道中，分別采用五個(gè)模塊電源為本通道供電。
⑥用金屬盒封裝五個(gè)獨(dú)立的信號(hào)處理通道，使各信道間具有高隔離度。
參見(jiàn)圖3所示的發(fā)射設(shè)備的光發(fā)射機(jī)的原理框圖。光發(fā)射機(jī)主要包括一個(gè)激光調(diào)制器，用于將所述合路信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)。
由于在激光發(fā)射機(jī)中，激光器調(diào)制器的性能好壞決定了光機(jī)的性能好壞，而且由于光纖傳輸系統(tǒng)要傳輸2～30MHZ寬帶射頻信號(hào)，在這個(gè)頻段內(nèi)，空中所接收到的信號(hào)幅度差別很大(高達(dá)幾十個(gè)dB)，因此對(duì)激光器的線性要求特別高，為此本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)措施首先選用本底噪聲要極低、動(dòng)態(tài)范圍要大(優(yōu)于65dB)的激光器器件；其次，設(shè)置了一個(gè)檢測(cè)激光調(diào)制器溫度的溫度檢測(cè)器和一個(gè)自動(dòng)溫度控制電路，使自動(dòng)溫度控制電路根據(jù)溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度控制制冷器對(duì)激光調(diào)制器的制冷量，從而保證激光調(diào)制器可以在-50℃到+70℃溫度范圍內(nèi)正常工作；第三，在激光調(diào)制器之前設(shè)置了一個(gè)預(yù)失真校正裝置(參見(jiàn)圖4)，通過(guò)產(chǎn)生出多階失真以及奇偶階失真產(chǎn)物來(lái)抵消激光器的失真。從而不失真地傳送動(dòng)態(tài)范圍大于100dB、頻率范圍為2-30MHz的多路信號(hào)。
實(shí)現(xiàn)預(yù)失真校正可以有多種方式，其中一種方式是光前饋補(bǔ)償，該光前饋補(bǔ)償方式利用光探測(cè)器把激光器發(fā)送的帶失真的信號(hào)(S+m)檢測(cè)出來(lái)與未經(jīng)激光器發(fā)送的信號(hào)S(未失真)相減得到失真的誤差信號(hào)m，再把這個(gè)代表激光器失真特性的誤差信號(hào)反向調(diào)制到另一特性相同的激光器，得到一個(gè)代表失真特性的光束并與主路信號(hào)光束相加，從主路光束中抵消掉失真部分，以達(dá)到提高主路光束線性的目的。光前饋補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)是成本高。
另一種方式是傳統(tǒng)的電信號(hào)預(yù)失真補(bǔ)償，在該預(yù)失真補(bǔ)償方式中，射頻信號(hào)RF主要部份進(jìn)入主通道，小部分經(jīng)分支器進(jìn)入副通道，副通道的信號(hào)經(jīng)分配器分成兩路，一路產(chǎn)生二階失真及偶數(shù)階失真產(chǎn)物，另一路產(chǎn)生三階失真及奇數(shù)階失真產(chǎn)物。每一副通道產(chǎn)生的非線性失真應(yīng)與激光器固有的非線性失真幅度相同，而相位相反，通過(guò)失真產(chǎn)物的幅度和時(shí)延的調(diào)整來(lái)達(dá)到最佳的補(bǔ)償效果，兩路失真信號(hào)疊加到主路，和經(jīng)過(guò)時(shí)延的主路信號(hào)相加再對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制，以補(bǔ)償激光器固有的非線性失真。
本實(shí)用新型的預(yù)失真校正裝置是設(shè)置在激光調(diào)制器之前的全頻段直接預(yù)失真電路(圖5)。該全頻段直接預(yù)失真電路由級(jí)聯(lián)的二階失真發(fā)生器和三階失真發(fā)生器構(gòu)成。主路信號(hào)直接進(jìn)入二階失真發(fā)生器，產(chǎn)生出二階失真和偶數(shù)階失真產(chǎn)物，再進(jìn)入三階失真發(fā)生器，產(chǎn)生出三階失真和奇數(shù)階失真產(chǎn)物，然后直接對(duì)激光器進(jìn)行調(diào)制，這里產(chǎn)生的偶數(shù)階產(chǎn)物和奇數(shù)階產(chǎn)物要與激光器固有產(chǎn)生的偶數(shù)階和奇數(shù)階產(chǎn)物幅度相同、相位相反，抵消掉很大一部分激光器的失真，使光發(fā)射機(jī)達(dá)到一個(gè)很高的指標(biāo)。
本實(shí)用新型的全頻段直接預(yù)失真補(bǔ)償本質(zhì)上也是電信號(hào)預(yù)失真補(bǔ)償，但是與傳統(tǒng)的電信號(hào)預(yù)失真補(bǔ)償相比，不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行特別的時(shí)延，也不需要進(jìn)行相位調(diào)整，不會(huì)產(chǎn)生溫度漂移的問(wèn)題，同時(shí)還有一個(gè)最大的好處就是這種電路產(chǎn)生的非線性失真產(chǎn)物通過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)整，能夠補(bǔ)償多種型號(hào)多個(gè)廠家的激光器，給組織生產(chǎn)帶來(lái)了很大的方便，可以把設(shè)備的生產(chǎn)成本降到最低。
由于本實(shí)用新型采用了全頻段直接預(yù)失真補(bǔ)償，使激光器能夠達(dá)到很好的線性指標(biāo)，即CSO(組合二次)、CTB(組合三次)和C/N(載噪比)指標(biāo)，避免因自身非線性產(chǎn)物的產(chǎn)生而影響系統(tǒng)工作穩(wěn)定等。
整個(gè)系統(tǒng)工作采用高出高進(jìn)的模式，即光發(fā)射機(jī)大功率輸出，光接收機(jī)高光功率(4-8dBm)輸入，以達(dá)到最大限度的減少光鏈路對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)的影響。
下面結(jié)合圖3進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
光發(fā)射機(jī)的核心是DFB激光組件，此外還有電源、激光器偏置電路、功率控制電路，光檢測(cè)電路，用于光功率檢測(cè)與自動(dòng)功率控制的光檢測(cè)器。光發(fā)射機(jī)通過(guò)自動(dòng)溫度控制(ATC)、自動(dòng)光功率控制(APC)電路穩(wěn)定輸出光功率；信號(hào)輸入后采用寬帶放大，然后通光調(diào)制技術(shù)將頻分復(fù)用后的五路信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。
光功率自動(dòng)控制電路
由于半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度的變化很敏感，要獲得穩(wěn)定的光輸出，就要有自動(dòng)控制電路。溫度的變化和器件的老化給激光器帶來(lái)的不穩(wěn)定主要在下面幾個(gè)方面①激光器的閥值電流隨溫度變化呈現(xiàn)為指數(shù)規(guī)律變化，并隨器件的老化而增加，從而使輸出的光功率發(fā)生很大的變化。
②隨溫度的升高和器件的老化，激光器的電光轉(zhuǎn)換效率降低，也導(dǎo)致輸出光功率發(fā)生變化。
③隨著溫度的升高，激光器的發(fā)射波長(zhǎng)的峰值位置移向長(zhǎng)波。
控制電路的作用就是消除溫度變化和器件老化對(duì)輸出光功率的影響，穩(wěn)定輸出的光功率。由于激光器的閥值電流和光電轉(zhuǎn)換效率都會(huì)隨溫度和器件的老化而發(fā)生變化，因此，要精確控制激光器的輸出光功率，應(yīng)從兩個(gè)方面考慮①控制激光器的偏置電流，使其自動(dòng)跟蹤閥值的變化，使激光器總是偏置在最佳的工作狀態(tài)；②控制激光器的調(diào)制電流的幅度，使其自動(dòng)跟隨光電轉(zhuǎn)換效率的變化而變化。
在通常情況下激光器的光電轉(zhuǎn)換效率隨溫度的變化不是很敏感。在降低成本的情況下，簡(jiǎn)化控制電路，采用直接檢測(cè)激光器的平均輸出光功率來(lái)控制偏值電流，從而維持輸出光功率的穩(wěn)定。
自動(dòng)溫度控制(ATC)電路自動(dòng)溫度控制電路由小型制冷器、熱敏元件及控制部分(圖中未示出)組成。熱敏元件監(jiān)測(cè)激光器的結(jié)溫，與設(shè)定的基準(zhǔn)溫度相比較，放大后驅(qū)動(dòng)致冷器的控制電路，改變制冷量，從而保證激光器工作在恒定的溫度下。
為了提高制冷效率和控制精度，激光器的溫度控制常采用內(nèi)制冷方式。也就是將制冷器和熱敏電阻封裝在激光器管殼內(nèi)，熱敏電阻直接探測(cè)結(jié)區(qū)溫度，制冷器直接和激光器的PN結(jié)接觸。這種方式可以控制激光器結(jié)溫在±0.5℃的范圍內(nèi)，從而使激光器有較恒定的輸出光功率和發(fā)射波長(zhǎng)。但是，溫度控制方式不能控制由于激光器老化而產(chǎn)生的影響。溫度控制電路的控制精度不僅取決于外圍電路的設(shè)計(jì)，而且受到激光器的封裝技術(shù)的影響。熱敏電阻能不能反映結(jié)區(qū)的溫度、制冷器與PN結(jié)的接觸是否良好等都直接影響到溫度控制電路的控制精度。
為使激光器穩(wěn)定工作，ATC是必須的，一般把LD芯片的溫度控制在25℃，激光器的光發(fā)射功率和非線性失真依賴于偏置電流。由于半導(dǎo)體激光器對(duì)溫度變化很敏感，因此必須通過(guò)自動(dòng)功率控制單元穩(wěn)定激光器的輸出，自動(dòng)功率控制單元是通過(guò)控制激光器的偏置電流使其自動(dòng)跟蹤閥值的變化，使激光器總是偏置在最佳的工作狀態(tài)；同時(shí)控制激光器的調(diào)制電流的幅度，使其自動(dòng)跟隨光電轉(zhuǎn)換效率而變化。
圖4示意性地示出了本實(shí)用新型的設(shè)置預(yù)失真校正電路的光發(fā)射機(jī)的原理框圖。在實(shí)際實(shí)施時(shí)，還可以在光發(fā)射機(jī)中設(shè)置執(zhí)行微機(jī)控制以及狀態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程通信的部件。
圖6示出了本實(shí)用新型的接收設(shè)備1的光接收機(jī)基本結(jié)構(gòu)。光接收機(jī)的核心是PIN管，此外還有電源、功率控制電路，光檢測(cè)電路、RF信號(hào)的放大處理電路等。光接收機(jī)通過(guò)PIN管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；光接收機(jī)有接收光功率指示功能；放大電路的增益應(yīng)適當(dāng)，保證接收到的電信號(hào)的失真盡可能小，也需要有一定的幅度便于后級(jí)的多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路對(duì)信號(hào)的處理；可變衰減器用于調(diào)整輸出電平。
圖7是本實(shí)用新型的光接收機(jī)的概念圖，從圖中可以看出光接收機(jī)大體上游光電管、低噪放大器和阻抗匹配器組成。此外還可以設(shè)有溫度補(bǔ)償電路，以自動(dòng)補(bǔ)償由溫度變化導(dǎo)致的輸出電平變化。
圖8示出了多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路的原理框圖，該多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路與發(fā)射設(shè)備2的多路模擬復(fù)用電路相對(duì)應(yīng)，執(zhí)行的是與其相反的處理，因此省略對(duì)其結(jié)構(gòu)和工作原理的具體說(shuō)明。
該多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路內(nèi)含高隔離度分配電路，采用大動(dòng)態(tài)、高線性有源混頻器，有效抑制各類失真。本振電路選用鐘振，保證輸出信號(hào)具有很高的頻率穩(wěn)定度。
多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路處于系統(tǒng)的末端，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的頻率精度、通道隔離度亦有較大的影響。因此采用以下方法解決這些問(wèn)題。
①采用大動(dòng)態(tài)、高線性有源混頻器，有效抑制各類失真。
②采用高穩(wěn)定恒溫晶體振蕩器作為本振電路，確保輸出信號(hào)的頻率精度達(dá)到2Hz。
③在五個(gè)信號(hào)處理頻道中，分別采用五個(gè)模塊電源為本通道供電。
④用金屬盒封裝五個(gè)獨(dú)立的信號(hào)處理頻道，使各頻道間具有高隔離度。
圖9示出了本實(shí)用新型的另一種無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)的示意圖。
由于系統(tǒng)的特殊使用要求和使用條件的原因，對(duì)信號(hào)的靈敏度要求很高(小于1μV)，按正常的考慮，就只有采用使用超低噪聲系數(shù)的小信號(hào)放大器先對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大后再進(jìn)行處理。從原理上看是可行的，但在系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)卻發(fā)現(xiàn)有較大的問(wèn)題。
首先，是噪聲系數(shù)問(wèn)題(光纖鏈路噪聲這里不做敘述)，噪聲系數(shù)是指信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器后載噪比變壞的程度，即噪聲系數(shù)＝輸入信號(hào)載噪比/輸出信號(hào)載噪比。如果一個(gè)沒(méi)有噪聲的載波信號(hào)經(jīng)放大器放大，這時(shí)的載噪比(C/N)＝輸入信號(hào)電平-噪聲系數(shù)-噪聲本底，其中，噪聲本底是在相應(yīng)的噪聲帶寬下的理想熱噪聲功率，單位是dBmV或dBμV，輸入信號(hào)電平單位也應(yīng)一致，單位dBmV與單位dBμV之間的換算關(guān)系是0dBmV＝60dBμV。影響載噪比的因素很多，其大小不一樣。本系統(tǒng)總噪聲系數(shù)的組成Nf*為噪聲系數(shù)，系統(tǒng)總噪聲系數(shù)(此總噪聲系數(shù)只是系統(tǒng)設(shè)備中的有源器件的噪聲系數(shù))是由寬帶超低噪聲放大器的Nf1等(Nf2，Nf3，Nf4，Nf5，Nf6)6部分組成。
模擬信號(hào)每經(jīng)過(guò)一個(gè)放大器噪聲都要累加，若有N個(gè)相同放大器級(jí)聯(lián)，則總的載噪比(C/N)0為(C/N)0＝(C/N)I-lgN。目前采用常規(guī)方式(不用制冷)制成的超低噪聲系數(shù)放大器，噪聲系數(shù)可以做到1.5dB左右，但其成本很高，制作難度也大。
其次，是動(dòng)態(tài)范圍問(wèn)題，超低噪聲系數(shù)放大器的使用，不僅會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一定的噪聲，還不可避免的會(huì)降低信號(hào)的輸入動(dòng)態(tài)范圍，這是由超低噪聲系數(shù)放大器的特性所決定的。超低噪聲系數(shù)放大器在保正噪聲指標(biāo)的前提下，其工作的電流都很小，以利于抑制器件的熱噪聲。但由于工作的電流很小，也同時(shí)就使輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)受到了限制，一般情況下，超低噪聲系數(shù)放大器的最大輸入電平不會(huì)超過(guò)70dB，過(guò)高的信號(hào)將使放大器過(guò)載甚至燒毀。
第三，是抵抗外部強(qiáng)電磁干擾沖擊(電磁炸彈等)問(wèn)題，超低噪聲系數(shù)放大器的使用受輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)限制，過(guò)高的信號(hào)將使放大器過(guò)載甚至燒毀。因此，在受到外部強(qiáng)電磁干擾沖擊時(shí)其可靠性尤為令人擔(dān)心。
鑒于這些問(wèn)題的出現(xiàn)，為了達(dá)到系統(tǒng)的使用和高可靠性的需要。本實(shí)用新型提出了一個(gè)圖9所示的全新的系統(tǒng)方案。
在圖9所示的光纖遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)(僅顯示了光路部分)中，光發(fā)射機(jī)包括寬帶射頻信源濾波器和激光調(diào)制器；光接收機(jī)包括光電轉(zhuǎn)換器和寬帶射頻信源輸出變換器，由此可以得知在系統(tǒng)光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)的RF射頻通道上，省去了二個(gè)超低噪聲系數(shù)放大器，理論上將使系統(tǒng)的噪聲指標(biāo)改善至少3dB(超低噪聲系數(shù)放大器Nf按1.5dB考慮)。輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍也由于沒(méi)有超低噪聲系數(shù)放大器的影響，大大提高，僅受激光器件的動(dòng)態(tài)影響。未使用超低噪聲系數(shù)放大器，也就使受外部強(qiáng)電磁干擾沖擊的影響得到了大大的降低，大大的提高了系統(tǒng)抵御外部強(qiáng)電磁干擾沖擊的能力，可靠性大大的得到了改善。但是由于省去了超低噪聲系數(shù)放大器，系統(tǒng)的增益要受到一定的影響，也就帶來(lái)了激光器的調(diào)制靈敏度能否達(dá)到要求的問(wèn)題。本實(shí)用新型通過(guò)以下兩個(gè)技術(shù)措施解決該問(wèn)題。
1)選擇滿足以下要求的激光器件首先，激光器工作頻帶要寬、本底噪聲極低，動(dòng)態(tài)范圍大(優(yōu)于65dB)；其次，激光器環(huán)境特殊適應(yīng)性強(qiáng)，也就是激光器器件的溫度適應(yīng)范圍要寬(-50℃到+70℃)；再次，激光器必須有很高的調(diào)制靈敏度和很好的線性指標(biāo)，即CSO(組合二次)、CTB(組合三次)和C/N(載噪比)指標(biāo)，避免自身的非線性產(chǎn)物的產(chǎn)生而影響系統(tǒng)工作穩(wěn)定等。
2)光發(fā)射機(jī)輸出高功率的光信號(hào)，光接收機(jī)接收高光功率的光信號(hào)。由于在光發(fā)射機(jī)中未采用RF放大器，因此系統(tǒng)的傳輸增益(接收機(jī)光功率-2dB輸入時(shí))要降低10-15dB左右，為了不使系統(tǒng)的傳輸增益過(guò)低，又不增加放大器降低系統(tǒng)噪聲系數(shù)動(dòng)態(tài)和可靠性的前提下，本實(shí)用新型采用了改變光接收機(jī)接收光功率的方式來(lái)補(bǔ)償由于不采用放大器帶來(lái)的傳輸增益的降低，即高出高進(jìn)的模式，光發(fā)射機(jī)高功率輸出，接收機(jī)輸入光功率大于+2dB，彌補(bǔ)上系統(tǒng)降低的6dB增益。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)采用此方案，系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過(guò)實(shí)際使用完全滿足使用的需要。
本實(shí)用新型的無(wú)線電短波非金屬(光纖)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)較好地解決了長(zhǎng)期困擾部隊(duì)，短波收信天線接收的信號(hào)不易遠(yuǎn)距離傳、信號(hào)質(zhì)量差等問(wèn)題，特別是改變傳統(tǒng)短波通信的組網(wǎng)模式，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)組織的靈活性和抗毀性方面的能力。
需要說(shuō)明的是，盡管以上說(shuō)明是以短波天線1經(jīng)由發(fā)射設(shè)備2、光線線路3、接收設(shè)備4至收信機(jī)5的一個(gè)傳輸方向描述本實(shí)用新型的，但是本實(shí)用新型不限于這樣的單向傳輸。本實(shí)用新型也可以以相反的傳輸方向傳輸射頻信號(hào)，也就是在圖1的發(fā)射設(shè)備2中設(shè)置與接收設(shè)備4結(jié)構(gòu)相同的接收裝置，并且在圖1的接收設(shè)備4中設(shè)置與發(fā)射設(shè)備2結(jié)構(gòu)相同的發(fā)射裝置，從而實(shí)現(xiàn)收發(fā)信機(jī)與天線陣列1的雙向射頻信號(hào)傳輸。
權(quán)利要求1.一種短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于包括發(fā)射設(shè)備，具有其輸入端連接多副天線的多路模擬信號(hào)復(fù)用電路和光發(fā)射機(jī)，所述多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端連接光發(fā)射機(jī)，所述光發(fā)射機(jī)包括一個(gè)激光調(diào)制器，連接多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端以把所輸出的射頻信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)，一個(gè)位于激光調(diào)制器表面以檢測(cè)其溫度的溫度檢測(cè)器，一個(gè)根據(jù)溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度，控制制冷器對(duì)激光調(diào)制器制冷的自動(dòng)溫度控制電路；一個(gè)設(shè)置在激光調(diào)制器之前的全頻段直接預(yù)失真電路；接收設(shè)備，具有連接光纖線路的光接收機(jī)，和連接光接收機(jī)輸出端的多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路；一條設(shè)置在所述光發(fā)射機(jī)輸出端與光接收機(jī)輸入端之間的光纖線路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述多路模擬信號(hào)復(fù)用電路是頻分多路復(fù)用電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述光發(fā)射機(jī)還包括連接激光調(diào)制器輸出端檢測(cè)其輸出功率的光功率檢測(cè)器；以及根據(jù)光功率檢測(cè)器的檢測(cè)結(jié)果控制激光調(diào)制器偏流的光功率自動(dòng)控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述全頻段直接預(yù)失真電路包括級(jí)聯(lián)的二階失真發(fā)生器和三階失真發(fā)生器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述多路模擬信號(hào)信號(hào)解復(fù)用電路是頻分解復(fù)用電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述光接收機(jī)包括設(shè)置在關(guān)接收機(jī)末端的可變衰減器。
專利摘要本實(shí)用新型是一種使用在短波收信天線至接收機(jī)的無(wú)線電短波非金屬遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備和連接在發(fā)射設(shè)備與接收設(shè)備之間的光纖。發(fā)射設(shè)備具有輸入端連接多副天線的多路模擬信號(hào)復(fù)用電路以及光發(fā)射機(jī)，所述多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端連接光發(fā)射機(jī)。光發(fā)射機(jī)包括連接多路模擬信號(hào)復(fù)用電路的輸出端以把所輸出的射頻信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)的激光調(diào)制器；位于激光調(diào)制器表面以檢測(cè)其溫度的溫度檢測(cè)器；根據(jù)溫度檢測(cè)器檢測(cè)的溫度，控制制冷器對(duì)激光調(diào)制器制冷的自動(dòng)溫度控制電路；設(shè)置在激光調(diào)制器之前的全頻段直接預(yù)失真電路；接收設(shè)備，具有連接光纖線路的光接收機(jī)，和連接光接收機(jī)輸出端的多路模擬信號(hào)解復(fù)用電路。
文檔編號(hào)H04B10/12GK2764070SQ20052011227
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月4日
發(fā)明者張寧, 韓曉明, 鄧才泉, 王坦, 王立軍, 朱軍, 符紅, 鄭軍 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)管理中心, 成都奇訊科技有限責(zé)任公司