基于光纖傳輸的延時(shí)系統設計
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我們選用2x2光開(kāi)關(guān)，并采用差分結構設計實(shí)現不同延時(shí)量的切換，此類(lèi)光開(kāi)關(guān)的平均插入損耗約為0．8 dB，并且由于采用了差分結構每種延時(shí)通路經(jīng)過(guò)光開(kāi)關(guān)的通路次數相同，損耗一致性較好，常用的G．652光纖損耗約為0．2dB／km，照以上參數計算，整個(gè)光路的損耗由四部分決定：直調激光器的電光轉換效率，光纖通路損耗，光電探測器的電光轉換效率，以及輸入輸出阻抗比；可由(2)式表示：
ηTX為直調激光器的電光轉換效率，根據測試得到的ηTX為0．075。ηRX為光電探測器的光電轉換效率，根據測試得到的ηRX為0．65。Lop為光纖通路的損耗，包括以下幾部分：光纖自身的傳輸損耗，光開(kāi)關(guān)的插入損耗和各個(gè)光連接頭的損耗；按最長(cháng)光纖長(cháng)度為22 495 m計算，最大的光纖傳輸損耗為4．5 dB(標準單模光纖的損耗系數為0．2 dB／km)；每個(gè)光開(kāi)關(guān)的插入損耗為0．8 dB，共有10個(gè)光開(kāi)關(guān)，因此光開(kāi)關(guān)的總插入損耗為8 dB；每個(gè)光連接頭的插入損耗為0．2 dB；光鏈路需經(jīng)過(guò)的光連接頭共有20個(gè)，因此光連接頭引入的損耗為4 dB；這樣整個(gè)光鏈路的損耗Lopt為4．5+8+4=16．5 dB。Rin和Rout分別為輸入匹配阻抗和輸出匹配阻抗，均為50Ω。根據以上分析，按照(2)式所計算的通過(guò)光路的射頻信號的增益GdB為-42．7 dB。
模擬雷達的回波信號的延遲衰減量LdB與模擬距離H的關(guān)系滿(mǎn)足式(3)：
這樣對于最低模擬距離50 m，延遲衰減量為-51 dB；對于最高模擬距離16 500 m，延遲衰減量為-126．5 dB；對雷達回波的模擬所需的延時(shí)衰減量范圍為-51～-126．5 dB。此系統能夠滿(mǎn)足-51dB的最大衰減量的需求，并且可以通過(guò)同軸可調衰減器使得最終的輸出射頻信號衰減量可以在-48～-129．5 dB之間進(jìn)行調節。
對于需求更小損耗的延時(shí)系統我們可以在光電探測器前增加一個(gè)光放大器，光放大器的輸入功率選擇一般為-25～-10 dBm，而光路損耗為16．5 dB，完全可以滿(mǎn)足要求，且有一定富余量。為了降低光放大器的噪聲系數，可在放大器內部增加ASE濾波器，從而將輸出波長(cháng)鎖定在激光器的波長(cháng)上。在系統傳輸的是模擬信號時(shí)，光放大器的輸出光功率最好能保持在0 dBm以上，以使光接收機有較好的解調效果。放大器的輸出既可以接光接收機，也可以與下一級設備級聯(lián)。為了實(shí)現更小的損耗還可以在光電探測器后串聯(lián)射頻放大器。
對于長(cháng)延時(shí)系統的研制，還需要考慮色散的影響，光傳輸的色度色散限制帶寬可由以下公式(4)計算，其中Bc為色度色散限制帶寬，△λ(nm)為譜線(xiàn)寬度，C(λ)(ps／nm·km)為光纖色度色散系數，對于L(km)為光纖長(cháng)度。
由式(4)可知，為降低影響，要求激光器譜線(xiàn)(FWHM)盡量窄，光纖得色度色散系數盡量小。目前市面上有的激光器FWHM達到10MHz(8x10-5nm)。在光纖的選擇上，比較常用的G．652光纖色散系數約為20ps／nm·km。
據此可以算出波長(cháng)為1550 nm的光信號在G．652光纖上傳輸165 km的色度色散限制帶寬為：
Bc=0．44x106／△λ·C(A)·L
=0．44x106／8x10-5x20x165 (5)
=1．26x106 MHz
因此，只要選擇合適的激光器，則光纖色散不會(huì )對系統的性能指標造成影響。
在實(shí)際的延時(shí)系統研制過(guò)程中，我們還需要考慮由光-電轉換，電-光轉換以及信號輸入和輸出衰減器等組件帶來(lái)的電信號延時(shí)，系統存在延遲零點(diǎn)H0(經(jīng)測試該零點(diǎn)小于50 m)。則在此類(lèi)延時(shí)系統的研制時(shí)，可以通過(guò)調整直調激光器和1x2光開(kāi)關(guān)之間的光纖長(cháng)度將該零點(diǎn)校準到50 m，其余光纖長(cháng)度不變。這樣調整之后，采用零點(diǎn)作為第一個(gè)延遲距離(即50 m)，以后模擬距離均可達到精確模擬各整數距離點(diǎn)的技術(shù)要求。在具體的研制時(shí)，還應該注意，2x2光開(kāi)關(guān)差分結構的延時(shí)為兩個(gè)通路的差值，裁剪光纖時(shí)光纖環(huán)的長(cháng)度L=L0+68．2 m，L0為短路通路的光纖長(cháng)度。
信號在光纖中的傳輸模式主要由射線(xiàn)的入射角的差異來(lái)決定的，而射線(xiàn)的入射角往往由于光纖發(fā)生彎曲而發(fā)生改變，從而使射線(xiàn)的傳輸模式發(fā)生了變化。射線(xiàn)在光纖出現嚴重彎曲的時(shí)候，甚至會(huì )透出光纖造成能量的損失。一般來(lái)說(shuō)光纖彎曲的半徑越小，而發(fā)生的損耗則越大，反之耗損則會(huì )減小。在設計光纖環(huán)以及固定光纖接頭時(shí)應盡量增大光纖的彎曲半徑(一般不應小于3 cm)。
3 系統驗證
采用示波器法(選用美國TEK的DP070604示波器)對此延時(shí)系統的脈沖信號延時(shí)進(jìn)行了驗證，測試數據如表1所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/153492.htm
選取1 000m點(diǎn)，測試10次，對系統的重復性進(jìn)行了測試，數據如下：
3 333．35 ns，3 333．34 ns，3 333．35ns，3 333．35 ns，3 333．34 ns，
3 333．35 ns，3 333．34 ns，3333．34 ns，3 333．35 ns，3 333．34 ns
由貝塞爾公式可得瀏量結果重復性：
對應的模擬距離的重復性為5x10-4m。
由表1數據可以看出由于工藝技術(shù)原因我們不能每次都得到想要的整數的模擬距離，但是由重復性測試數據可以看出，基于光纖傳輸的延時(shí)系統具有可靠性高和穩定性高的特點(diǎn)。
4 結束語(yǔ)
文中利用光纖傳輸延時(shí)技術(shù)，通過(guò)合理的設計實(shí)現了雷達、通信中應用的復雜調試信號的長(cháng)延時(shí)系統，并且此延時(shí)系統具有高抗干擾性和高可靠性、延時(shí)范圍大、帶寬大，穩定性高的特點(diǎn)，大大降低了雷達、通信系統相關(guān)試驗、驗證、仿真的成本和時(shí)間。隨著(zhù)光纖技術(shù)的快速發(fā)展和工藝的逐漸成熟，基于光纖傳輸的延時(shí)系統應用將越來(lái)越廣泛和實(shí)用。
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