基于電光調制的超寬帶無線接收系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、超寬帶（UWB）通信憑借超寬的頻譜帶寬（3.1GHz~10.6GHz）和高速率的數(shù)據(jù)傳輸，已廣泛應用于短距離的無線通信系統(tǒng)中。為了增加信號的傳輸距離和覆蓋面積，光纖以其獨特的優(yōu)勢成為解決長距離超寬帶通信的方案。光纖作為一種高效的傳輸介質，不僅可以實現(xiàn)GHz量級信號的寬帶傳輸，而且具有低損耗、抗干擾等優(yōu)勢?；诠饫w傳輸?shù)某瑢拵ㄐ牛║WB over Fiber）結合了光纖通信與超寬帶通信的優(yōu)勢，在未來的高速寬帶無線通信系統(tǒng)中具有重大的應用

2、價值。
　　本文研究了基于Mach-Zehnder（M-Z）電光調制器外調制的UWB無線接收系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了跨度7GHz的超寬帶無線信號的接收，將接收到的UWB信號利用M-Z電光調制器轉換成光信號，最后實現(xiàn)UWB無線信號的光纖傳輸。本文研究分為兩大部分：高速電光調制器理論研究和UWB接收系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)。高速電光調制器的理論研究主要從光波導和電極結構兩個方面對高速電光調制器進行分析研究。光波導的研究方面，采用等效折射率法（EIM

3、）和有限差分束傳輸法（FD-BPM）進行仿真與優(yōu)化，研究了兩種非對稱M-Z結構的電光調制器，利用光學方法實現(xiàn)了M-Z電光調制器π/2的初始相位偏置。電極結構的研究方面，以單層結構Wheeler變換為基本模型，研究了多層介質的Wheeler擴展變換，得到了電極特征參數(shù)與電極結構參數(shù)的表達式，該方法與有限元法的計算精度相當，但提高了計算速度。本文首次提出了補償層型微帶線（MSL）電極模型、補償層型共面波導（CPW）電極模型和屏蔽層型CPW電

4、極模型。通過對電極和光波導結構的分析，使得調制器可達到阻抗和速率的同時匹配，理論實現(xiàn)高速和寬帶寬的調制。
　　UWB無線接收系統(tǒng)分為兩個子系統(tǒng)進行研究，一是UWB天線系統(tǒng)，二是UWB接收系統(tǒng)。第一子系統(tǒng)從天線的基礎理論進行分析研究，對矩形貼片天線的電流分布仿真，將貼片形狀進行改進，設計并制作出了UWB天線，實測帶寬可達到3GHz~14GHz，符合UWB天線的定義標準（3.1GHz~10.6GHz）。第二子系統(tǒng)采用超外差式結構，對U

5、WB天線接收到的UWB信號進行濾波、放大和混頻處理，重點優(yōu)化了低噪聲放大器和低通濾波器。根據(jù)實測結果，實際制作的UWB接收系統(tǒng)的接收頻段達到了UWB頻段要求，實現(xiàn)了靈敏度為-80dBm的信號接收。
　　本文最后搭建了UWBoF通信實驗系統(tǒng)。UWB信號經(jīng)過制作的UWB接收系統(tǒng)后，將其輸出的中頻信號加載到電光調制器的調制電極上，同時將光信號接入電光調制器的光源端口，使加載了UWB信號的光波通過光纖傳輸，實現(xiàn)了UWB信號的光調制。測試結