基于光纖傳輸?shù)难訒r系統(tǒng)設(shè)計
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我們選用2x2光開關(guān)，并采用差分結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)不同延時量的切換，此類光開關(guān)的平均插入損耗約為0．8 dB，并且由于采用了差分結(jié)構(gòu)每種延時通路經(jīng)過光開關(guān)的通路次數(shù)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(shù)計算，整個光路的損耗由四部分決定：直調(diào)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，光纖通路損耗，光電探測器的電光轉(zhuǎn)換效率，以及輸入輸出阻抗比；可由(2)式表示：
ηTX為直調(diào)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)測試得到的ηTX為0．075。ηRX為光電探測器的光電轉(zhuǎn)換效率，根據(jù)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，光開關(guān)的插入損耗和各個光連接頭的損耗；按最長光纖長度為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(shù)為0．2 dB／km)；每個光開關(guān)的插入損耗為0．8 dB，共有10個光開關(guān)，因此光開關(guān)的總插入損耗為8 dB；每個光連接頭的插入損耗為0．2 dB；光鏈路需經(jīng)過的光連接頭共有20個，因此光連接頭引入的損耗為4 dB；這樣整個光鏈路的損耗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(jù)以上分析，按照(2)式所計算的通過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衰減量范圍為-51～-126．5 dB。此系統(tǒng)能夠滿足-51dB的最大衰減量的需求，并且可以通過同軸可調(diào)衰減器使得最終的輸出射頻信號衰減量可以在-48～-129．5 dB之間進行調(diào)節(jié)。
對于需求更小損耗的延時系統(tǒng)我們可以在光電探測器前增加一個光放大器，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，完全可以滿足要求，且有一定富余量。為了降低光放大器的噪聲系數(shù)，可在放大器內(nèi)部增加ASE濾波器，從而將輸出波長鎖定在激光器的波長上。在系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號時，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(diào)效果。放大器的輸出既可以接光接收機，也可以與下一級設(shè)備級聯(lián)。為了實現(xiàn)更小的損耗還可以在光電探測器后串聯(lián)射頻放大器。
對于長延時系統(tǒng)的研制，還需要考慮色散的影響，光傳輸?shù)纳壬⑾拗茙捒捎梢韵鹿?4)計算，其中Bc為色度色散限制帶寬，△λ(nm)為譜線寬度，C(λ)(ps／nm·km)為光纖色度色散系數(shù)，對于L(km)為光纖長度。
由式(4)可知，為降低影響，要求激光器譜線(FWHM)盡量窄，光纖得色度色散系數(shù)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(shù)約為20ps／nm·km。
據(jù)此可以算出波長為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，則光纖色散不會對系統(tǒng)的性能指標造成影響。
在實際的延時系統(tǒng)研制過程中，我們還需要考慮由光-電轉(zhuǎn)換，電-光轉(zhuǎn)換以及信號輸入和輸出衰減器等組件帶來的電信號延時，系統(tǒng)存在延遲零點H0(經(jīng)測試該零點小于50 m)。則在此類延時系統(tǒng)的研制時，可以通過調(diào)整直調(diào)激光器和1x2光開關(guān)之間的光纖長度將該零點校準到50 m，其余光纖長度不變。這樣調(diào)整之后，采用零點作為第一個延遲距離(即50 m)，以后模擬距離均可達到精確模擬各整數(shù)距離點的技術(shù)要求。在具體的研制時，還應(yīng)該注意，2x2光開關(guān)差分結(jié)構(gòu)的延時為兩個通路的差值，裁剪光纖時光纖環(huán)的長度L=L0+68．2 m，L0為短路通路的光纖長度。
信號在光纖中的傳輸模式主要由射線的入射角的差異來決定的，而射線的入射角往往由于光纖發(fā)生彎曲而發(fā)生改變，從而使射線的傳輸模式發(fā)生了變化。射線在光纖出現(xiàn)嚴重彎曲的時候，甚至?xí)赋龉饫w造成能量的損失。一般來說光纖彎曲的半徑越小，而發(fā)生的損耗則越大，反之耗損則會減小。在設(shè)計光纖環(huán)以及固定光纖接頭時應(yīng)盡量增大光纖的彎曲半徑(一般不應(yīng)小于3 cm)。
3 系統(tǒng)驗證
采用示波器法(選用美國TEK的DP070604示波器)對此延時系統(tǒng)的脈沖信號延時進行了驗證，測試數(shù)據(jù)如表1所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/153492.htm
選取1 000m點，測試10次，對系統(tǒng)的重復(fù)性進行了測試，數(shù)據(jù)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(jié)果重復(fù)性：
對應(yīng)的模擬距離的重復(fù)性為5x10-4m。
由表1數(shù)據(jù)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(shù)的模擬距離，但是由重復(fù)性測試數(shù)據(jù)可以看出，基于光纖傳輸的延時系統(tǒng)具有可靠性高和穩(wěn)定性高的特點。
4 結(jié)束語
文中利用光纖傳輸延時技術(shù)，通過合理的設(shè)計實現(xiàn)了雷達、通信中應(yīng)用的復(fù)雜調(diào)試信號的長延時系統(tǒng)，并且此延時系統(tǒng)具有高抗干擾性和高可靠性、延時范圍大、帶寬大，穩(wěn)定性高的特點，大大降低了雷達、通信系統(tǒng)相關(guān)試驗、驗證、仿真的成本和時間。隨著光纖技術(shù)的快速發(fā)展和工藝的逐漸成熟，基于光纖傳輸?shù)难訒r系統(tǒng)應(yīng)用將越來越廣泛和實用。
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