射頻微波信號在光纖中傳輸及處理技術探討

張磊

摘 要

隨著信息技術的迅猛發展，微波信號面臨的問題越來越突出，由于微波傳輸在長距離傳輸過程中存在大量損耗，寬帶近乎無窮，結合微波射頻工程和光電子傳輸與處理技術，促進射頻微波信號的廣泛應用。本文基于微波射頻信號的光學發生、傳輸處理技術以及應用而展開，探討射頻微波信號在光纖中傳輸及處理技術。

【關鍵詞】射頻微波信號 光纖 傳輸 處理技術

隨著微波射頻信號與光電子傳輸處理工程緊密結合，微波光子學得以迅速發展。微波光子學不僅解決了傳統電子在光學上的損耗，而且在性能上具有更大的優勢。該學科通過結合射頻微波信號和光纖接入技術，引入射頻信號光纖傳輸技術，結合實際應用直接推動通信技術逐漸向高速、低成本的方向發展。

1 微波信號光學的發展促進微波射頻信號的光學發生

微波信號光學是指光子學器件在微波信號頻段的研究、應用，簡言之，就是研究微波和光波相關信息的學科。最早的研究主要在調節關源、傳輸介質以及光學可控、可探測等核心技術。近年來伴隨著微波信號光學在電子工程領域、光通信領域、軍事領域等領域的廣泛應用，使得微波光子學逐步出現高頻化、集成化、低成本的趨勢。由于光纖傳輸射頻微波信號具有寬帶大、損耗小的特點，在處理信號的過程中可以為射頻信號提供更長得時間，使得射頻微波信號在光纖中更好的提供處理信號的采樣率，增強抗電磁干擾性能。尤其是在射頻微波信號的變頻處理、數據轉換、濾波處理等方面產生的ROF傳輸微波信號使得信號的傳輸和處理技術日益成熟、系統更加完善。

2 射頻微波信號的光學處理

2.1 光纖傳輸系統—ROF系統

光纖無限ROF系統為未來移動互聯與無限介入網絡提供優質的交互式寬帶多媒體服務，該系統由三部分組成，包括復雜射頻微波信號處理中心站、實現光電轉換及接受發射無線基點和傳輸射頻微波信號的光纖網絡。該系統工作原理類似現在軟件工程的“云”，在ROF系統中，射頻微波信號從中心站傳輸到各個基點，在各個基點借助光纖網絡進行無線的發射與接受。基點發射與接受的過程中無需任何頻率轉換，信號的處理集中在中心站且被多個基點共享這種中心站和基點之間的相互聯系，相互共享，實現了不同速率數據之間的傳輸，優化網絡資源使用頻率，實現資源的動態管理，降低網絡的維護、安裝成本，促進網絡的升級。因此，這種技術在未來有望在寬帶接入、移動通信、車載通信等方面廣泛應用。

2.2 射頻信號光纖傳輸技術的優勢

射頻信號光纖傳輸技術是光纖無限系統最直接的系統鏈路結，其中IF-over-Fibre系統結構的信號傳輸不易受光纖色散效應，雙邊帶調制技術也符合系統應用要雙邊帶調制技術也符合系統應用要求。射頻微波信號光纖傳輸技術是將射頻微波與光纖通信的優勢結合起來的技術。射頻微波信號可以進行遠距離傳輸，實現天線與中心數據分離，降低損耗，增強通信、偵查系統抗毀性、隱蔽性；寬帶能夠保證各類通信和電子信號的不失真地進行遠程傳輸；在90dB的信號范圍內，該技術能夠同時兼顧系統的靈敏度，不會因為光纖的遠程傳輸過程中損失任何信息；最重要的是保證光纖傳輸的安全，保證信號不泄露，不容易受到周圍電磁環境的干擾，穩定可靠。除此之外，在發達國家可以利用MMF網絡和目前已經成熟的微波器件技術實施射頻信號光纖傳輸技術。

3 射頻微波信號在光纖傳輸過程中的應用

在信號傳輸方面，利用射頻信號在光纖中傳輸處理技術克服傳統相控陣天線只能向特定方向輻射波數的弊端，將相控陣天線雷達尺寸縮到更小，重量更輕，損失更小。采取不同長度光纖分布的方式引起不同通道的轉移，將地面數據控制中心建設在遠離天線建設的區域，天線場地可以安裝在城市郊區增強信號，將數據處理設備、解調器等設備安裝在城市內方便生活。與此同時，鑒于射頻信號光纖傳輸技術具有解決電磁干擾、大寬帶、安全數據連接、對微波信號頻率快速、遠大范圍測量等問題的優勢，在國防、軍事領域得到普遍的推廣。在3G/4G覆蓋的區域，靈活應用地鐵、商場、車站、展覽中心、機場等室內建筑建立中心數據控制點和分布式光纖系統，提高覆蓋率，增強信號質量。在生物醫學領域，射頻微波信號廣泛應用于光學活性組織的檢查、光學分子成像等醫學中。例如，在醫學成像中可以利用水聽器對100MNz的超聲波掃描進行校準。在無線網接入方面，簡化天線單元達到WLAN的整個覆蓋是關鍵，而在歐美等發達國家已經利用商業化射頻微波信號在光纖中傳輸處理技術應用于整個WLAN系統，使得室內無線接入網的覆蓋面積大大增加。

4 總結

作為一種新興的通信技術，射頻微波信號在光纖中的傳輸處理技術得到越來越多領域的關注。鑒于射頻微波光纖技術的低損耗、大寬帶、安全保密等特性，在各頻段信息傳輸、移動通信、軍事電子戰、電子對抗以及3G/4G覆蓋的眾多領域，將有廣闊的應用前景。

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作者單位

中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北省石家莊市 050081