一种倍频因子及输出相位连续可调的微波光子移相系统

提出一种倍频因子连续可调,且相位连续变化的微波光子移相系统.系统主要由两个集成双偏振双平行马赫增德尔调制器组成,在不使用光滤波器的情况下,调节双平行马赫曾德尔调制器及相位调制器的射频驱动和直流偏置电压,生成二倍频,三倍频,…,六倍频微波信号,同时实现输出微波信号相位0～360°连续可调.仿真结果表明,当射频信号频率为10GHz时,可分别产生频率为20、30、40、50、60GHz的微波信号.调节相位调制器的直流偏置电压与半波电压比值从-1到1变化时,对应微波信号的相位从-180°到180°变化.此外,分析了调制器消光比对输出微波信号光载波抑制比和电杂散抑制比的影响,以及90°电桥相位平衡对微波信号相位漂移和幅度波动的影响.     

频率可调的双路相位编码微波信号系统

提出一种在单输入情况下同时产生两路任意相位编码微波信号的方法,不仅可以保证编码信号180°的相移,还可实现编码信号的频率大范围调谐.建立由一个双平行马赫曾德调制器和一个保偏布拉格光栅组成的系统,激光输入双平行马赫曾德调制器调制后,通过保偏布拉格光栅与偏振分束器的共同作用产生两路偏振正交的±2阶边带.其中一对边带经过相位调制器调制后与另一对耦合,最后输出两个光电探测器拍频得到高频率、低噪声的相位编码微波信号.仿真结果表明,通过调节驱动信号的频率,可得到5～100 GHz的一系列四倍频相位编码微波信号.还原的相位信息与脉冲压缩比均和理论值吻合,证明了所提方法具有良好的脉冲压缩性能.     

星间微波光子链路调制方式的优化

针对外调制星间微波光子链路输出信噪比优化问题,建立了基于双电极马赫 曾德尔调制器的强度调制直接探测星间微波光子链路模型,通过优化调制器调制方式来提高链路性能。用数值模拟方法得到了单边带、双边带和推挽式3种调制方式下链路输出信噪比,利用曲面投影法求得了最优调制方式时一定信噪比要求下发射端所需最小光放大器增益和对应的调制器直流偏置相位。结果表明:相同输入射频信号功率和发射光功率情况下,双边带调制输出信噪比比单边带调制高3 dB,低直流偏置相位推挽调制可以进一步优化输出信噪比。输入射频信号功率为-20 dBm,输出信噪比为17.3 dB时,所需最小光放大器增益为43.9 dB,对应的直流偏置相位为0.87。     

基于微波光子的可重构变频移相信号产生

提出一种基于偏振复用-双平行马赫-曾德尔调制器(PDM-DPMZM)的微波光子变频移相信号生成方案。通过改变调制器的直流偏置电压可以实现二倍频移相信号生成或者上/下变频移相信号生成,生成信号的相位仅通过控制检偏器偏振方向与调制器一个主轴之间的角度α就能实现-180°～180°的连续调谐。在光频梳的支持下,本方案可扩展为多通道独立相位调谐的系统。仿真结果表明,频率为5 GHz的射频信号在三种功能下可以分别转换为二倍频信号10 GHz、下变频信号1 GHz和上变频信号13 GHz,它们的相位可实现-180°～180°的全范围连续调谐,且不同相位下生成信号的功率响应相对平坦。     

一种双模压缩微波制备的相位锁定方案

相位锁定是双模压缩微波制备的关键问题之一.针对基于超导180°混合环的制备方案相位稳定度不高且信息处理复杂等问题,提出一种相位锁定方案.对约瑟夫森参量放大器的信号输入进行相位调制,输出的单模压缩微波与另一未调制的同频单模压缩微波在超导180°混合环内干涉,实现双模压缩微波的制备与路径分离.将未调制的单模压缩微波与一路双模压缩微波混频,解调出相位调制信号可得到两路单模压缩微波的相对相位及误差,将相位误差反馈于约瑟夫森参量放大器的抽运实现相对相位的锁定,获得稳定的双模压缩输出.本研究对高性能纠缠微波源的设计提供了理论参考.     

一种倍频光电振荡器的实现方法

提出了一种利用电光调制器的非线性效应实现光电振荡器倍频输出的方法,通过在光电振荡环路中引入微波分频器,使得利用低频率的电光调制器有可能产生高频率的微波倍频信号输出,从而降低了振荡频率对调制器工作频率的要求。理论和实验研究表明,在微波信号输入功率较低时,调制器将引入较大的附加噪声,会严重恶化光电振荡器输出的倍频微波信号的相位噪声。通过在振荡反馈环路中增加一个微波放大器,减小附加噪声,能够极大地改善倍频信号的相位噪声。当环路光纤为1km时,产生的9GHz倍频信号相位噪声在10kHz频率偏移时达到-104dBc/Hz,比典型光电振荡环路恶化了6dB,同时,保持了较高的输出功率。实验结果与理论分析基本一致,证明了该倍频输出光电振荡器的可行性。     

数字光纤陀螺的第二反馈回路实验研究

针对光纤陀螺受外界环境,主要是温度影响,提出了一种控制相位调制器长期漂移的方法。用数字光纤陀螺的第二个反馈回路来控制相位调制通道的增益,尤其是2π复位来控制相位调制器相应的长期漂移。在-40°C～60°C,将标度因子的稳定性控制在0.000 4以内。在陀螺解调电路中采用FPGA进行数字信号处理,实现了两级反馈环路。     

高功率微波振荡器的相位控制

基于相对论返波管振荡器,提出了一种小信号牵引相位控制的方法,通过外加小信号对振荡器起振过程的引导,实现对输出微波的相位控制。相比于传统的方法,该方法可以利用ns量级的脉冲在较宽的带宽和较低的注入功率下实现对高功率微波振荡器的相位控制。在X波段相对论返波管振荡器相位控制实验中,利用百kW级的小信号,实现了对GW级高功率微波的输出相位控制,相位抖动小于±15°。     

常温直线加速器RF系统的建模

为了研究针对RF系统的新的控制方法,用Matlab软件为常温直线加速器的RF系统建立了一个数学模型。模型包括了速调管、SLED和行波加速管等一些典型的微波器件。RF系统模型被用于研究系统在不同输入信号下的输出情况,并用于确定SLED的相位翻转时间和RF系统的工作点。一种新的控制算法,自适应前馈控制算法,也在RF系统模型上得到了验证,并取得了良好的结果。这些都证明所建立的RF系统模型是有效的。     

用于长脉冲多束团直线加速器的SLED系统

根据长脉冲多束团直线加速器对输入微波波形的要求,系统研究了带有SLED的微波系统,由SLED基本理论推导了输出RAMP波形和平顶波形脉冲时SLED所需的输入波形,给出SLED的参数优化方法.用冷测实验对所发展的理论进行了验证,第一次用SLED产生了RAMP波形和平顶波形的RF脉冲.     

基于AD9854重离子治癌加速器高频控制器设计

介绍了兰州重离子治癌加速器治疗装置的高频控制系统原理、软件设计、硬件配置和布局。提出并实现了对重离子治癌加速器高频控制系统的高频腔体的精确控制。在硬件上,重离子治癌加速器高频控制系统硬件平台由监视控制板和数据分析板两部分构成,采用双FPGA+DSP+DDS+PXI 结构,此结构具有强大的数据处理能力,其核心器件是FPGA和DDS。通过设计编写FPGA VHDL代码实现对DDS芯片的配置,产生的IQ两路信号,分别发送到高频腔、幅度调制器以及偏流电源上,完成幅相同调和频率调制。通过该设计,实现与DAC和ADC操作配合进行高速高效的数据传输,产生高品质束流。     

调整PFN提高BFEL微波相位稳定度

 为实现北京自由电子激光(BFEL)的受激辐射和饱和振荡,加速器的微波功率相位稳定度要小于1°。对微波相位的变化与速调管高压调制器人工线之间的关系做了仔细的实验研究。对高压调制器的48节人工线做了全面的优化调整。调整结果令人满意,在6 μs高压调制器最大脉宽里,速调管输出功率的微波相位纹波由调整前的2.6° 降到了± 1.5° ;在BFEL加速器实际使用的4 μs宽里,相位纹波仅为± 1°。     

FPGA-based amplitude and phase detection in DLLRF

The new generation particle accelerator requires a highly stable radio frequency（RF） system. The stability of the RF system is realized by the Low Level RF（LLRF） subsystem which controls the amplitude and phase of the RF signal. The detection of the RF signal＇s amplitude and phase is fundamental to LLRF controls. High-speed ADC（Analog to Digital Converter） ,DAC（Digital to Analog Converter） and FPGA（Field Programmable Gate Array） play very important roles in digital LLRF control systems. This paper describes the implementation of real-time amplitude and phase detection based of the FPGA with an analysis of the main factors that affect the detection accuracy such as jitter,algorithm＇s defects and non-linearity of devices,which is helpful for future work on high precision detection and control.     

FPGA-based amplitude and phase detection in DLLRF

The new generation particle accelerator requires a highly stable radio frequency (RF) system. The stability of the RF system is realized by the Low Level RF (LLRF) subsystem which controls the amplitude and phase of the RF signal. The detection of the RF signal's amplitude and phase is fundamental to LLRF controls. High-speed ADC (Analog to Digital Converter), DAC (Digital to Analog Converter) and FPGA (Field Programmable Gate Array) play very important roles in digital LLRF control systems. This paper describes the implementation of real-time amplitude and phase detection based of the FPGA with an analysis of the main factors that affect the detection accuracy such as jitter, algorithm's defects and non-linearity of devices, which is helpful for future work on high precision detection and control.     

Robust optical signal-to-noise ratio monitoring scheme using a phase-modulator-embedded fiber loop mirror

We propose and experimentally demonstrate a novel in-band optical signal-to-noise ratio (OSNR) monitoring technique using a phase-modulator-embedded fiber loop mirror. This technique measures the in-band OSNR accurately by observing the output power of a fiber loop mirror filter, where the transmittance is adjusted by an embedded phase modulator driven by a low-frequency periodic signal. The measurement errors are less than 0.5 dB for an OSNR between 0 and 40 dB in a 10 Gbit/s non-return-to-zero system. This technique was also shown experimentally to have high robustness against various system impairments and high feasibility to be deployed in practical implementation.     

回旋行波管的全固态Marx高压脉冲调制器设计

为回旋行波管设计了全固态近方波Marx高压脉冲调制器,设计参数:输出电压70kV,输出电流15A,工作频率0~2kHz可调,脉宽200μs可调,功率容量可以达到百kW级。设计利用串联IGBT作为控制开关,利用FPGA通过光纤传输的方式对IGBT进行逻辑控制、电路保护和监测,补偿单元利用FPGA控制IGBT自动补偿的方式对顶部压降进行补偿,使得输出电压平顶度达到±1%。对电路各个部分进行仿真及测试。结果验证此设计方案的可行性,可以提高回旋管电源的稳定性和工作频率,减小调制器体积及维护成本,并为高压测试提供了实验基础。     

上海光源数字化低电平控制系统的硬件设计与实现

 设计了上海光源高频低电平控制系统,它是以数字化技术为基础,采用上下变频和IQ调制解调技术,实现幅度、频率和相位的反馈控制。上海光源储存环的束流设计流强为300 mA,为了抑制由此带来的Robinson不稳定性和纵向零模束流振荡,加入了高频直接反馈和零模束流反馈环路。从上下变频技术、IQ调制解调技术、时钟分配及锁相技术等方面对上海光源数字化低电平系统的硬件设计及其实现进行了阐述,给出了该系统试验、高功率下运行的测试结果,实现了设计要求的幅度控制精度±1%、频率控制精度 ±10 Hz和相位控制精度± 1°的技术指标。     

一种提高基于循环频移器的多载波光源光信噪比的方案

频率锁定多载波光源是实现太比特系统传输的关键器件之一, 目前已成为光纤通信领域的研究热点.基于循环频移技术产生的频率锁定 多载波光源因具有驱动电压低、串扰小、平坦度高的优点而受到重视, 但是其输出质量容易受到调制器固有的高阶谐波串扰的影响,特别是三阶谐波串扰. 为了减小三阶串扰的影响,本文提出了在I/Q调制器两支路上再加载另一频率为3f_m的射频信号的方案, 用其产生的一阶信号来抑制三阶串扰.通过理论分析与数值仿真,得到了载波数为24、 载波间最大功率差小于0.1 dB的多载波光源输出.与未采用三阶串扰抑制方案的结果比较, 光源输出有效光信噪比提高了2 dB. 结果表明,采用本文的改进方案,可以有效地提高多载波光源的输出平坦度和有效光信噪比.     

基于双平行马赫-曾德尔调制器的大动态范围微波光子下变频方法

为了提高微波光子下变频链路的性能,提出了基于集成双平行马赫-曾德尔调制器的微波光子下变频方法.通过理论推导和数值仿真分析了系统的增益和无杂散动态范围,实验搭建了基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频链路,控制直流偏置电压使双平行马赫-曾德尔调制器工作在高载波抑制的双边带调制模式,并对链路进行了性能测试.实验结果表明:该下变频链路的增益为7.43 d B,无杂散动态范围达到了110.85 d B/Hz2/3,工作频段可覆盖5—18 GHz的宽频范围.基于双平行马赫-曾德尔调制器的下变频方法可优化设计输出频谱,系统结构简单、易于实现,为微波光子下变频链路提供了有效的解决方案.