论文部分内容阅读
近年来由于科技的不断发展,原子钟的频率稳定度得到了极大的提升。现有的氢钟已经能够达到10-16量级的天稳定度。在诸多的时间频率应用领域中,不仅需要高稳定度的频率基准,还需要高精度的频率传递技术。现有基于传统的卫星传递技术只能达到10-15量级的天稳定度,无法满足下一代频率基准传递的需求。与传统的卫星链路相比,光纤链路具有低损耗、低色散、抗干扰能力强等优点,因此利用光纤链路来进行高精度的频率传递引起了广泛的研究。由于光纤链路受到温度变化以及机械扰动的影响,通过实际的光纤链路传递基准频率信号会引入额外的相位噪声,从而影响接收端信号的频率稳定度,因此需要实时的相位补偿技术来补偿链路的抖动。为了拓展光纤频率传递的应用范围,如满足分布式雷达、阵列天线等应用场景,我们需要点到多点的频率传递方案。现有的多点传递方案中包括主动式和被动式两种方案。其中主动式方案通过信号的往返延迟完成相位噪声的探测,再通过实时鉴相并利用算法驱动制动器来动态补偿每个节点的链路噪声,具有较高的复杂性。近来基于混频结构的被动式补偿技术得到了广泛的研究,该技术通过无源混频的方式在每个用户节点消除链路的相位噪声,无需复杂的控制算法,且具有快速的补偿速度以及无限的动态范围,可大大降低系统的复杂度,然而现有基于该方案的系统中存在着后向散射以及随用户节点增多需要增加波长而引入不对称性等问题。为了实现高性能低成本的方案,我们需要解决后向散射、对称性以及系统复杂度等问题,现有的方案基本没能同时兼顾这几个方面。基于此,本文提出了一种基于被动补偿技术的分布式光纤频率传递方案。本方案利用波分复用有效避免了后向散射噪声对频率传递短期稳定性的影响;同时,所有用户共用相同的波长,有效降低了波长不对称性随节点增加对频率传递长期稳定性的影响,以及使用多个波长信道的成本。本文的主要工作包括:(1)介绍分析了光纤频率传递链路中存在的噪声以及其对频率稳定度的影响。介绍分析了现有的分布式频率传递方案的优缺点。(2)分析设计了基于被动相位噪声补偿技术的分布式频率传递系统。(3)介绍了系统的测试原理以及制作了相应的电路模块,并在此基础上完成了在45km光纤链路上的分布式频率传递。本文在主链路上挂载了两个用户节点,并在5km用户节点处频率稳定度可以达到4.2×10-14/s及3.7×10-17/20000s,在40km用户节点处频率稳定度可以达到4.4×10-14/s及6.2×10-17/20000s。