基于電光調(diào)制的超寬帶無線接收系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、超寬帶（UWB）通信憑借超寬的頻譜帶寬（3.1GHz~10.6GHz）和高速率的數(shù)據(jù)傳輸，已廣泛應(yīng)用于短距離的無線通信系統(tǒng)中。為了增加信號的傳輸距離和覆蓋面積，光纖以其獨(dú)特的優(yōu)勢成為解決長距離超寬帶通信的方案。光纖作為一種高效的傳輸介質(zhì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)GHz量級信號的寬帶傳輸，而且具有低損耗、抗干擾等優(yōu)勢。基于光纖傳輸?shù)某瑢拵ㄐ牛║WB over Fiber）結(jié)合了光纖通信與超寬帶通信的優(yōu)勢，在未來的高速寬帶無線通信系統(tǒng)中具有重大的應(yīng)用

2、價(jià)值。
　　本文研究了基于Mach-Zehnder（M-Z）電光調(diào)制器外調(diào)制的UWB無線接收系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了跨度7GHz的超寬帶無線信號的接收，將接收到的UWB信號利用M-Z電光調(diào)制器轉(zhuǎn)換成光信號，最后實(shí)現(xiàn)UWB無線信號的光纖傳輸。本文研究分為兩大部分：高速電光調(diào)制器理論研究和UWB接收系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)。高速電光調(diào)制器的理論研究主要從光波導(dǎo)和電極結(jié)構(gòu)兩個方面對高速電光調(diào)制器進(jìn)行分析研究。光波導(dǎo)的研究方面，采用等效折射率法（EIM

3、）和有限差分束傳輸法（FD-BPM）進(jìn)行仿真與優(yōu)化，研究了兩種非對稱M-Z結(jié)構(gòu)的電光調(diào)制器，利用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)了M-Z電光調(diào)制器π/2的初始相位偏置。電極結(jié)構(gòu)的研究方面，以單層結(jié)構(gòu)Wheeler變換為基本模型，研究了多層介質(zhì)的Wheeler擴(kuò)展變換，得到了電極特征參數(shù)與電極結(jié)構(gòu)參數(shù)的表達(dá)式，該方法與有限元法的計(jì)算精度相當(dāng)，但提高了計(jì)算速度。本文首次提出了補(bǔ)償層型微帶線（MSL）電極模型、補(bǔ)償層型共面波導(dǎo)（CPW）電極模型和屏蔽層型CPW電

4、極模型。通過對電極和光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的分析，使得調(diào)制器可達(dá)到阻抗和速率的同時匹配，理論實(shí)現(xiàn)高速和寬帶寬的調(diào)制。
　　UWB無線接收系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)進(jìn)行研究，一是UWB天線系統(tǒng)，二是UWB接收系統(tǒng)。第一子系統(tǒng)從天線的基礎(chǔ)理論進(jìn)行分析研究，對矩形貼片天線的電流分布仿真，將貼片形狀進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)并制作出了UWB天線，實(shí)測帶寬可達(dá)到3GHz~14GHz，符合UWB天線的定義標(biāo)準(zhǔn)（3.1GHz~10.6GHz）。第二子系統(tǒng)采用超外差式結(jié)構(gòu)，對U

5、WB天線接收到的UWB信號進(jìn)行濾波、放大和混頻處理，重點(diǎn)優(yōu)化了低噪聲放大器和低通濾波器。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，實(shí)際制作的UWB接收系統(tǒng)的接收頻段達(dá)到了UWB頻段要求，實(shí)現(xiàn)了靈敏度為-80dBm的信號接收。
　　本文最后搭建了UWBoF通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。UWB信號經(jīng)過制作的UWB接收系統(tǒng)后，將其輸出的中頻信號加載到電光調(diào)制器的調(diào)制電極上，同時將光信號接入電光調(diào)制器的光源端口，使加載了UWB信號的光波通過光纖傳輸，實(shí)現(xiàn)了UWB信號的光調(diào)制。測試結(jié)