射頻光傳輸鏈路發(fā)射機關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、射頻光傳輸即ROF（Radio Over Fiber）技術(shù)是一種利用射頻或中頻信號調(diào)制光波并通過光波進行傳輸?shù)男畔鬏敿夹g(shù)。由于利用光纖傳輸射頻信號具有信道穩(wěn)定、損耗低、帶寬大、不受電磁干擾、無輻射、重量輕、易于安裝維護等優(yōu)點，因此ROF技術(shù)在移動通信、艦船通信、射電天文、醫(yī)學(xué)影像等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并且對于這些應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了重要的影響。
　　 半導(dǎo)體激光器是ROF鏈路光發(fā)射部分的核心元件，它的性能對于鏈路的增益、噪聲

2、與動態(tài)范圍有重要的影響。本文首先介紹了ROF鏈路的性能指標(biāo)和影響這些性能指標(biāo)的因素以及在設(shè)計過程中需要考慮的因素，接著對于半導(dǎo)體激光器的建模與測試以及線性化進行了研究。主要的工作包括：
　　 （1）在ADS（Advanced Designed Systems）中利用SDD（Symbolic Defined Device）器件實現(xiàn)了垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting

3、 Laser）的溫度模型。通過在速率方程中引入一個受溫度控制的偏置電流來模擬VCSEL中的各種影響溫度效應(yīng)的機制，并對于其直流、交流以及瞬態(tài)特性隨溫度的變化進行了仿真。仿真結(jié)果顯示此模型可以有效的模擬VCSEL的閾值電流隨環(huán)境溫度變化與輸出功率滾降、調(diào)制響應(yīng)以及在脈沖關(guān)斷時的二次脈沖現(xiàn)象。根據(jù)非線性系統(tǒng)Volterra級數(shù)分析理論建立了半導(dǎo)體激光器的非線性模型。半導(dǎo)體激光器由本征激光器與寄生網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)而成。本征激光器的非線性傳遞函數(shù)利用諧

4、波輸入法從速率方程得到，而寄生網(wǎng)絡(luò)的非線性傳遞函數(shù)由影響其非線性的主要因素決定。在此基礎(chǔ)上利用非線性系統(tǒng)的級聯(lián)關(guān)系得到半導(dǎo)體激光器的非線性傳遞函數(shù)，并利用模型計算了半導(dǎo)體激光器的二次諧波、三次諧波和三階交調(diào)失真，計算結(jié)果顯示在寬頻范圍內(nèi)模型計算結(jié)果與仿真結(jié)果接近，且寄生網(wǎng)絡(luò)對于激光器非線性的影響隨頻率升高而逐漸加大。比較Volterra模型與直接仿真之間的誤差隨輸入信號功率的變化趨勢可看出Volterra模型更加適用于分析弱非線性系統(tǒng)。

5、本文所建立的模型有助于半導(dǎo)體激光器的器件表征與射頻光傳輸系統(tǒng)的設(shè)計。
　　 （2）提出了一種新的通過測量外特性來表征半導(dǎo)體激光器的方法。通過測量不同長度的傳輸線的散射參數(shù)可以表征測試夾具，進而可以從ROF鏈路的直接測試結(jié)果中扣除測試夾具的影響。通過測量零偏與正偏條件下激光器的反射系數(shù)可以確定封裝與寄生網(wǎng)絡(luò)；通過測量閾值以上不同偏置電流對應(yīng)的鏈路的S21曲線的交點頻率可以提取有源區(qū)的頻率響應(yīng)，利用小信號電路模型對于頻率響應(yīng)進行擬合

6、可以得到合理的小信號模型元件數(shù)值，再利用小信號模型元件與大信號模型參數(shù)之間的關(guān)系可以得到速率方程的參數(shù)。對于測量與模型仿真得到的反射系數(shù)的幅值、相位與歸一化調(diào)制響應(yīng)幅值進行了比較，結(jié)果顯示這種方法可以在缺乏關(guān)于半導(dǎo)體激光器的材料與結(jié)構(gòu)信息的條件下通過測量激光器的外特性建立在仿真中合理可用的模型。
　　 （3）利用中芯國際（SMIC）的0.18-μm CMOS工藝實現(xiàn)了一種模擬預(yù)失真電路。該電路由兩個源極耦合差分跨導(dǎo)放大器組成，通