基于信号流图的微波光子滤波器设计
微波滤波器的设计及实例.
滤波器(Filter )(一)滤波器之种类以信号被滤掉的频率范围来区分,可分为「低通」(Lowpass)、「高通」(Highpass)、「带通」(Bandpass)及「带阻」(Bandstop)四种。
若以滤波器原型之频率响应来分,则常见有「巴特沃斯型」(Butter-worth)、「切比雪夫I型」(Tchebeshev Type-I)、「切比雪夫II型」(Tchebyshev Type-II)及「椭圆型」(Elliptic)等几类。
若以使用组件型态来分,则可分为「主动型」(Active)及「被动型」(Passive)两类。
其中「被动型」又可分为「L-C型」(L-C Lumped)及「传输线型」(Transmission line)。
而「传输线型」以其结构不同又可分为「平行耦合型」(Parallel Coupled)、「交叉指型」(Interdigital)、「梳型」(Combline)及「发针型」(Hairpin-line)等不同型态。
这里以较为常使用的「巴特沃斯型」(Butterworth)、「柴比雪夫I 型」(Tchebeshev Type-I)为例,说明其设计方法。
(二)「低通滤波器」设计方法(A) 「巴特沃斯型」(Butterworth Lowpass Filter )步骤一:决定规格。
电路特性阻抗(Impedance ): Zo (ohm) 通带截止频率(Cutoff Frequency ): fc (Hz) 阻带起始频率(Stopband Frequency ): fx (Hz)通带衰减量(Maximum Attenuation at cutoff frequency ): Ap (dB) 阻带衰减量(Minimum Attenuation at stopband frequency ):Ax(dB)步骤二:计算组件级数(Order of elements ,N )。
⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--⋅≥c x Ap Ax f f N log 110110log 5.010/10/ , N 取最接近的整数。
微波滤波器设计实例
微波滤波器设计实例微波滤波器是一种用于滤除不想要的信号和频带,并保留所需信号和频带的电路或设备。
在微波通信、雷达系统、无线电频率干扰以及其他微波应用中,滤波器扮演着至关重要的角色。
本文将通过设计一个简单的微波低通滤波器来介绍微波滤波器设计的一般过程。
首先,我们需要确定设计要求和规格。
对于一个低通滤波器来说,首要任务是能够将所需信号频带内的信号通过,而将其他频带的信号滤除。
通常,我们需要指定滤波器的截止频率、带宽和衰减等参数。
在本例中,我们设定截止频率为2GHz,带宽为500MHz,衰减为20dB。
接下来,我们可以根据设计要求选择合适的滤波器拓扑结构。
常见的微波滤波器拓扑包括LC电路、谐振腔、微带滤波器、耦合线滤波器等。
在本例中,我们选择微带滤波器结构。
然后,我们可以使用滤波器设计软件进行滤波器设计。
滤波器设计软件可以帮助我们进行电路参数计算、滤波器响应仿真和优化等。
输入设计要求后,软件将生成滤波器的电路图和参数。
接下来,我们可以开始进行滤波器的电路实现。
首先,我们需要选择合适的材料和尺寸来制作微带线。
微带线是滤波器中的关键部分,决定了滤波器的性能。
根据设计要求和所选材料,可以使用标准的微带线设计公式来计算线宽和长度。
然后,我们根据滤波器电路图,将微带线和其他元件进行布置。
在布局过程中,需要保证微带线的尺寸和布线方式满足设计要求,并尽量减少布线长度和损耗。
完成布局后,我们可以进行滤波器的制作和组装。
选择合适的PCB材料,并通过PCB制程将滤波器电路图印制在PCB上。
然后,将必要的元件(如电感器、电容器等)焊接到PCB上,并加以调试和测试。
最后,我们可以使用网络分析仪等仪器对滤波器进行测试和性能评估。
通过测量滤波器的插入损耗、衰减和频率响应等参数,我们可以确认滤波器是否达到设计要求。
通过以上的设计流程,我们可以设计和制作出一个满足要求的微波低通滤波器。
当然,这只是一个简单的例子,实际的微波滤波器设计可能更加复杂和精细。
基于受激布里渊散射的集成微波光子滤波器的研究
基于受激布里渊散射的集成微波光子滤波器的研究现代科学技术的高速发展给人们带来了更加美好的生活,尤其是步入信息时代以后,网络通信以及移动通信给人们之间的交流带来了极大的便利。
对于传统的通信系统,通常是基于电子电路的通信系统,我们称之为电学系统,随着现代通信技术的高速进步以及互联网的发展,信息量呈现爆炸性增长,于是对于通信系统也有了更高的要求。
传统的电学系统由于其特有的电学瓶颈,事实上无法满足现代大容量、高速度、高精确度的信息传输要求,于是微波光子学(Microwave photonics:MWP)应运而生,其是用光学方法来处理电学信号的一门综合学科。
受激布里渊散射(SBS)作为一种非线性光学效应,由于其可以在特定的频率处产生增益峰,因此被广泛应用于光学滤波系统中去,随着现代全光通信的兴起,集成微波系统受到越来越多的重视,研制出能够替代光纤的光学波导就成为了一种趋势,而集成微波光子滤波器作为集成光学器件的一种也受到了越来越多的重视。
本文介绍了微波光子学的发展以及SBS的基本理论,并对基于SBS的集成微波光子滤波器进行了详细的分析与设计。
首先从材料非线性、集成度以及制作工艺上对各种常见的集成波导材料进行分析,这些分析都是建立在SBS的基础之上的,主要看各种材料对SBS增益的加成大小,综合分析最终确定了以硫化砷作为波导的芯层材料,然后结合光场限制、声场限制以及声光耦合效率分析提出了半悬空的波导结构,芯层横截面边长为0.9μm,长度为3.9cm,支撑材料为二氧化硅,支撑物与芯层接触宽度为0.2μm,在此情况下SBS增益为54 dB,3dB线宽为8.2MHz。
然后分析了布拉格光栅的慢光延迟作用对光场能量的增强效果,通过严格计算布拉格光栅的周期以及调制深度使被增强的光波频率恰好落在硫化砷的SBS 增益峰处,此时的光栅周期为344.67nm,调制深度为10<sup>-4</sup>,由此使得SBS进一步增强,同时由于SBS增益与线宽的反比关系使得SBS线宽进一步降低,最终增益达到了58.5dB,3dB线宽为7.8MHz,波导的截面边长为0.9μm,长度为3.9cm,泵浦光功率为248mW,无论从SBS滤波性能、波导集成度还是能量利用率上都有较大的提升。
2024版ADS设计实验教程微波滤波器的设计制作与调试
•引言•微波滤波器基本原理•ADS 软件在微波滤波器设计中的应用•微波滤波器制作工艺流程•调试技巧与常见问题解决方案•实验案例分析与讨论•总结与展望目录01引言微波滤波器概述微波滤波器是一种用于控制微波频率响应的二端口网络,广泛应用于无线通信、雷达、卫星通信等领域。
微波滤波器的主要功能是允许特定频率范围内的信号通过,同时抑制其他频率范围的信号,从而实现信号的选频和滤波。
微波滤波器的性能指标包括插入损耗、带宽、带内波动、带外抑制等,这些指标直接影响着通信系统的性能。
设计制作与调试重要性设计是微波滤波器制作的首要环节,良好的设计能够确保滤波器的性能指标满足系统要求。
制作是将设计转化为实物的过程,制作精度和质量直接影响着滤波器的最终性能。
调试是对制作完成的滤波器进行性能调整和优化,使其达到最佳工作状态的过程。
本教程旨在介绍微波滤波器的设计、制作与调试过程,帮助读者掌握相关知识和技能。
教程内容包括微波滤波器的基本原理、设计方法、制作流程和调试技巧等。
通过本教程的学习,读者将能够独立完成微波滤波器的设计、制作与调试,为实际工程应用打下基础。
教程目的和内容02微波滤波器基本原理低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器微波滤波器分类工作原理及性能指标工作原理性能指标常见类型微波滤波器特点集总参数滤波器分布参数滤波器陶瓷滤波器晶体滤波器03ADS软件在微波滤波器设计中的应用ADS软件简介及功能模块ADS(Advanced Design System)是一款领先的电子设计自动化软件,广泛应用于微波、射频和高速数字电路的设计、仿真与优化。
ADS软件包含多个功能模块,如原理图设计、版图设计、电磁仿真、系统级仿真等,可满足不同设计阶段的需求。
ADS软件支持多种微波滤波器类型的设计,如低通、高通、带通、带阻等,具有强大的设计能力和灵活性。
微波滤波器设计流程确定滤波器类型和性能指标根据实际需求选择合适的滤波器类型,并确定滤波器的性能指标,如中心频率、带宽、插入损耗、带外抑制等。
基于神经网络的微波滤波器设计综述
基于神经网络的微波滤波器设计是一种新颖而有趣的研究方向,在微波工程和人工智能领域有着广泛的应用和前景。
下面是对基于神经网络的微波滤波器设计的综述:一、传统微波滤波器设计存在的挑战1. 传统微波滤波器设计需要复杂的电路调试和优化,耗时耗力。
2. 微波滤波器的非线性、耦合等问题难以用传统方法精确建模和设计。
二、基于神经网络的微波滤波器设计优势1. 非线性建模能力:神经网络具有强大的非线性函数逼近能力,能够更准确地描述微波滤波器的非线性行为。
2. 自适应性能:神经网络可以根据输入输出数据进行自适应学习,能够针对不同的设计要求进行调整。
3. 快速优化:基于神经网络的微波滤波器设计可以通过优化神经网络的参数来快速获得设计方案。
三、基于神经网络的微波滤波器设计方法1. 神经网络模型选择:常见的用于微波滤波器设计的神经网络包括多层感知机(MLP)、卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)等。
2. 数据集准备:收集包括频率响应、损耗、带宽等微波滤波器参数的数据集。
3. 模型训练:使用数据集对神经网络模型进行训练,并进行参数优化。
4. 模型验证:验证训练好的神经网络模型在未知数据上的表现,评估其设计效果。
四、挑战与展望1. 数据获取:需要大量的微波滤波器设计数据来支撑神经网络的训练,数据获取可能是一个挑战。
2. 工程应用:将基于神经网络的微波滤波器设计方法应用到实际工程中,需要综合考虑实际工艺制造、成本和稳定性等因素。
基于神经网络的微波滤波器设计是一个前沿而富有挑战性的研究方向,它为微波工程领域带来了新的思路和方法,有望在微波器件设计领域发挥重要作用。
随着人工智能技术的不断发展,相信基于神经网络的微波滤波器设计方法将会得到更广泛的应用和深入的研究。
MPF微波光子学滤波器详解
高Q滤波器实现
由Q值的定义可以看出,实现高Q即是要同时得到大的FSR和窄的3dB 带宽。目前高Q的方案主要分为FIR、IIR以及级联结构的高Q实现。
对于单个FIR滤波器来说,FSR=1/T,而对于非相干的滤波器,T不可 能无限制的减小,即FSR的大小是受到限制的。
光源工作在非相干状态下的MPF在PD上响应时只能是光强度的叠加,由于光强只 能为正值,对应于各个抽头的权重,只能取正值。
为了能够得到完全意义上的带通滤波器响应,需要在滤波器中引入负抽头。
为了实现负抽头,目前提出的方法有采用差分探测,混合光电方法,利用光电 调制器的方向调制特性,或者采用光学器件中的自相位调制,受激布里渊散射,受 激拉曼散射等非线性效应。
(2) 可调谐性: 可调谐性是指MPF中心波长的位置可以通过改变光器件控制参数等方
式而改变。实际上就是实现采样周期T的可调,现有方案中主要使用光纤延 时线、高色散光纤和光纤布拉格光栅来解决,而在后两种方案中,可调光源 的使用十分必要。
(3)负抽头的滤波器实现 要得到工作稳定的MPF,目前大多数的MPF研究都集中在非相干MPF。但是
3.主旁瓣抑制比(MSR) 表示了滤波器主瓣对边带的抑制程度,其大小决定了对边带的抑制
程度,也反映了滤波器对边带噪声抑制性能的好坏。
4. 3dB 带宽(W3dB) 滤波器的 3dB 带宽是滤波器响应功率值下降3dB时的频谱宽度,
其反应了滤波器所能通过的信号频率范围。
5. 抽头数和抽头系数
MPF的抽头数也就是滤波器的采样点数,这是由滤波器的载波信号源 和滤波器的结构决定的,抽头数的多少会影响到滤波器的主旁瓣抑制比 (MSR)。滤波器的抽头系数分为正系数,负系数和复系数,系数的符号直接 影响滤波器的通带特性,正系数的一般只能实现基带附近的低通滤波,而 具有负系数或复系数的滤波器能够实现带通滤波或陷波滤波。
微波滤波器设计
微波滤波器设计引言滤波器是一种二端口网络。
它具有选择频率的特性,即可以让某些频率顺利通过,而对其它频率则加以阻拦,目前由于在雷达、微波、通讯等部门,多频率工作越来越普遍,对分隔频率的要求也相应提高;所以需用大量的滤波器。
再则,微波固体器件的应用对滤波器的发展也有推动作用,像参数放大器、微波固体倍频器、微波固体混频器等一类器件都是多频率工作的,都需用相应的滤波器。
更何况,随着集成电路的迅速发展,近几年来,电子电路的构成完全改变了,电子设备日趋小型化。
原来为处理模拟信号所不可缺少的LC型滤波器,在低频部分,将逐渐为有源滤波器和陶瓷滤波器所替代。
在高频部分也出现了许多新型的滤波器,例如:螺旋振子滤波器、微带滤波器、交指型滤波器等等。
虽然它们的设计方法各有自己的特殊之点,但是这些设计方法仍是以低频“综合法滤波器设计”为基础,再从中演变而成,我们要讲的波导滤波器就是一例。
通过这部分内容的学习,希望大家对复变函数在滤波器综合中的应用有所了解。
同时也向大家说明:即使初看起来一件简单事情或一个简单的器件,当你深入地去研究它时,就会有许多意想不到的问题出现,解决这些问题并把它用数学形式来表示,这就是我们的任务。
谁对事物研究得越深,谁能提出的问题就越多,或者也可以说谁能解决的问题就越多,微波滤波器的实例就能很好的说明这个情况。
我们把整个问题不断地“化整为零”,然后逐个地加以解决,最后再把它们合在一起,也就解决了大问题。
这讲义还没有对各个问题都进行详细分析,由此可知提出问题的重要性。
希望大家都来试试。
第一部分滤波器设计1-1 滤波器的基本概念图 1图1 的虚线方框里面是一个由电抗元件L 和C 组成的两端口。
它的输入端1-1'与电源相接,其电动势为Eg,内阻为R1。
二端口网络的输出端2,2' 与负载R2相接,当电源的频率为零(直流) 或较低时,感抗jωL很小,负载R2两端的电压降E2比较大(当然这也就是说负载R2可以得到比较大的功率)。
微波滤波器的设计制作与调试
新技术的应用
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术优化微波滤波器的设计,提高设计 效率和性能。
数字孪生技术
利用数字孪生技术模拟和预测微波滤波器的性能,降低实验成本和 时间。
智能传感器技术
将智能传感器技术应用于微波滤波器,实现自适应调节和实时监控 。
THANKS
感谢观看
微波滤波器的发展趋势
01
02
03
04
微型化
随着微电子技术的发展,微波 滤波器的体积不断减小,性能
不断提高。
集成化
将多个微波滤波器集成在一个 芯片上,实现多功能和高性能
。
可重构化
通过软件编程实现微波滤波器 的可重构,提高系统的灵活性
和适应性。
智能化
采用人工智能技术对微波滤波 器进行优化设计和自动调试, 提高生产效率和产品质量。
设计实例
设计一个中心频率为10GHz,带宽为1GHz的低通滤波器,要求在通带内插入损 耗小于1dB,阻带抑制大于40dB。
利用Ansoft HFSS软件进行电磁仿真和优化,最终得到满足技术指标的微波滤波 器电路结构。
03
CATALOGUE
微波滤波器的制作
制作材料
高品质微波介质材料
如陶瓷、玻璃等,具有较低 的介质损耗和较高的Q值。
问题2
测试结果与设计值存在较大偏差。解 决方案:重新检查元件值和电路设计 ,确保参数正确。
05
CATALOGUE
微波滤波器设计制作的未来发展
新材料的应用
新型介质材料
采用轻质、高导电、高介电常数的介质材料,降低滤波器的体积 和重量,提高性能。
复合材料
利用复合材料的特性,结合不同材料的优点,提高滤波器的综合性 能。
《微波滤波器的设计》课件
提高信号传输安全性:防止信号被非法窃取或干扰,提高信号传输 安全性
微波滤波器的分类
按照频率范围分类:低频滤波器、中频滤波器、高频滤波器 按照结构分类:腔体滤波器、波导滤波器、微带滤波器、介质滤波器 按照功能分类:低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器 按照应用分类:通信滤波器、雷达滤波器、电子对抗滤波器、医疗滤波器
传输线参数:包 括阻抗、相位常 数、衰减常数等
传输线匹配:实 现信号的无反射 传输,提高传输 效率
滤波器技术参数
插入损耗:滤波器对信号的 衰减程度
带宽:滤波器允许通过的频 率范围
频率范围:滤波器能够工作 的频率范围
阻抗匹配:滤波器与信号源 和负载的阻抗匹配程度
滤波器类型:低通、高通、 带通、带阻等
滤波器结构:LC滤波器、 陶瓷滤波器、声波滤波器等
滤波器设计流程
确定滤波器类型:低通、高通、带通、带阻等 确定滤波器参数:中心频率、带宽、阻带衰减等 设计滤波器结构:如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆函数等 仿真验证:使用仿真软件进行滤波器性能验证 制作实物:根据设计结果制作实物滤波器 测试性能:对实物滤波器进行性能测试,确保满足设计要求
添加标题
添加标题
优点:简单易行,适用于各种微 波滤波器
应用:广泛应用于微波滤波器的 设计和优化中
传输线法
传输线法是一种常用的微波滤波器设计方法 传输线法通过分析传输线上的电压、电流和阻抗,来设计滤波器 传输线法可以设计出各种类型的滤波器,如低通、高通、带通等 传输线法设计滤波器的优点是简单、直观,易于理解和实现
微波滤波器的应用场景
通信系统:用于接收和发射信 号,提高信号质量
一种微波光子滤波器的设计
光 栅 滤 波器 、 标准具( F — P ) 滤 波 器 和硅 基微 环 滤
波器。 光 纤光 栅滤 波器 主要是 在光纤 芯层 上刻 蚀周
子系统 具 有 低 损耗 、 宽 带 宽、 抗 电磁 干扰 等 优 点_ 】 j 。结 合微 波 光 子 技 术 可 以有 效 提 升 接 收 机
的性 能 。微 波光子 滤 波器作 为微 波光 子 系统 中的 关键器件之一 , 能够提升系统动态 、 降低 系 统 噪
De s i g n o f M i c r o wa v e Pho t o n i c Fi l t e r
L I AN P i n g ,W U L i - f e n g,DI NG J i a n - f e n g
( S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y o n E l e c t r o n i c I n f o r m a t i o n C o n t r o l L a b o r a t o r y , C h e n g d u 6 1 0 0 3 6 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n t h e mi c r o wa v e p h o t o n i c s y s t e m ,t h e mi c r o wa v e p h o t o n i e i f l t e r i s u s e d t o r e d u c e t h e s y s t e m n o i s e c o e ic f i e n t a n d i mp r o v e t h e d y n a mi c r a n g e,b u t t h e t r a d i t i o n a l mi c r o wa v e p h o t o n i c i f l t e r i s g r e a t l y a f f e c t e d b y t h e e n v i r o n me n t .A k i n d o f h i g h p e r f o r ma n c e mi c r o wa v e p h o t o n i e f i l - t e r wi t h c e r t a i n e n v i r o n me n t a l a d a p t a b i l i t y i s r e a l i z e d .T h e mi c r o wa v e p h o t o n i c i f l t e r wi t h t h e s i l —
2024版MPF微波光子学滤波器详解PPT课件
01微波光子学滤波器概述Chapter微波光子学基本概念微波光子学定义01微波光子学应用领域02微波光子学技术031 2 3滤波器定义滤波器在微波系统中的作用滤波器性能指标滤波器在微波系统中的作用MPF技术原理及特点MPF 技术原理MPF技术特点MPF实现方式02 MPFChapter常见MPF结构类型光纤光栅型MPF利用光纤光栅的周期性折射率调制实现滤波功能,具有插入损耗低、带宽可调等优点。
环形谐振腔型MPF通过环形谐振腔的选频作用实现微波信号滤波,具有高Q值、窄带宽等特点。
Mach-Zehnder干涉仪型MPF基于Mach-Zehnder干涉原理,通过调节干涉臂长度实现滤波功能,具有灵活性高、可调谐范围大等优势。
工作原理及性能参数工作原理性能参数优缺点分析优点缺点03 MPFChapter设计方法论述基于传输线理论的设计方法时域有限差分法(FDTD)耦合模理论光电器件性能限制光电器件的带宽、损耗、噪声等性能会直接影响MPF的性能。
解决方案包括采用高性能的光电器件、优化器件结构和工艺等。
温度稳定性问题MPF的性能会随温度的变化而发生变化,影响滤波器的稳定性。
解决方案包括采用温度补偿技术、选择温度稳定性好的材料等。
偏振相关问题MPF对输入光的偏振状态敏感,不同偏振态下滤波器的性能会有所不同。
解决方案包括采用偏振不敏感的光电器件、设计偏振控制器等。
关键技术挑战及解决方案窄带MPF设计案例介绍了一个窄带MPF的设计过程,包括滤波器结构的选择、参数的优化、仿真结果的验证等。
该案例展示了如何根据实际需求设计出满足性能指标的MPF。
介绍了一个宽带MPF在无线通信系统中的应用,包括滤波器的性能指标、应用场景、实际效果等。
该案例展示了MPF在实际应用中的优势和潜力。
介绍了一个具有多种功能的MPF的设计和实现过程,包括多通带滤波、可调谐滤波等功能的实现方法和效果展示。
该案例展示了MPF设计的灵活性和多样性。
宽带MPF应用案例多功能MPF设计案例典型案例分析04 MPFChapter通信系统架构简介发射端包括信源编码、信道编码、调制等模块,用于将信息转换为适合传输的信号。
基于光纤环结构的微波光子滤波器
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1%s:N㈣o.sDOI:10.3785/j.issn.1008—973X.2009.06.035基于光纤环结构的微波光子滤波器肖云,赵文义,朱(浙江大学光及电磁波研究中心,坤,付宏燕浙江杭州310058)摘要:针对微波光子滤波器中光纤环的不同参数和结构,详细分析了不对称耦合比对光纤环构成的滤波器抑制比性能带来的提高,并理论推导和实践了光纤环滤渡器的级联.研究发现,基于不对称耦合光纤环结构的微波光子滤波器比基于对称耦合光纤环结构的微波光子滤波器拥有更高的抑制比;从原理上分析了无限脉冲响应(IIR)滤波器级联特性不稳定的原因,并在实验中证明了基于低相干光源的级联滤波器频响稳定性有很大提高;对于基于光纤环结构的微波光子滤波器,无论是单环结构还是级联结构,使用宽带光源作为载波会得到更好的滤波效果,系统的频响也更稳定.关键词:微波光子滤波器;非对称耦合光纤环;级联微波滤波器中图分类号:TN92文献标识码:A文章编号:1008—973X(2009)06一1168一04MicrowavephotonicfiltersbasedonfiberringstructuresXIAOYun,ZHA0Wen—yi,ZHUKun,FUHong—yan(CentreforOpticalandElectromagneticResearch,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)Abstract:Deducedandtestedunderdifferentstructuresandparametersoffiberrings,microwavephotonicfiltersbasedonfiberringstructureswerefoundouttohavebetterperformancewithasymmetriccouplingratioandwhencascaded.Experimentalresultsshowthatmicrowavephotonicfiltersbasedonfiberringstructurewithasymmetriccouplingratiopresenthigherextinctionratiothanthosewithsymmetricones.TheunstablefactorsofcascadedIIRfilterswerealsoanalyzed.Theresultsshowthatmicrowavephotonicfiltersbasedontwocascadedfiberringstructuresusinglowcoherenceopticalsourcearemorestablethanthoseusingcoherentopticalsource.Moreover,nomatterthemicrowavephotonicfiltersareconstructedwithsinglefiberringorcascadedfiberrings,theusingofbroadbandopticalsourcegivesthesystembetterfilteringperformanceandmorestablefrequencyresponse.Keywords:microwavephotonicfilter;asymmetriccoupledfiberring;cascadedfiberringstructures光纤无线传输(radio—over-fiber,RoF)技术是将光纤作为传输媒介,把射频信号加载在光波上传输到远端基站,并通过光电转换恢复出所需要的射频信号继而通过天线发射的一种技术.该技术利用了光纤通信的低损耗、防电磁干扰等特性,结合了光纤通信与无线通信的优势,具有很好的应用前景.微波光子滤波器的设计思想来源于光纤无线传输(radio-over-fiber,RoF)系统本身,RoF系统的初衷是解决微波信号传输的问题,而微波光子滤波器是直接在光域实现微波信号的处理.近年来,对微波光子滤波器的研究非常热门,这些研究包括新型滤波器结构和滤波器性能的改善等[1‘3].Capmany【41从理论上研究了非相干离散时间微波光子滤波器的级联特性,得出了两个无限冲激响应(infiniteimpulseresponse,IIR)滤波器级联不稳定的结论.本文主要针对光纤环微波光子滤波器进行了理论和实验研收稿日期:2008—11—22.浙江大学学报(工学版)网址:WWW.journals.zju.edu.cn/eng基金项目:国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2008AA012221).作者简介:肖云(1982--),女。
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I 1-f x I x x +x y f y y y f f f1 2 1( 1 2 1 2) 2 2 1 4 1 2 1 , H1 . = = 4 = I 1-f I 1-f f y y f y y 1 1 2 1 2 1 1 2 1 2
1
1 ) -2 ( 由增益关系 , x x x L =z . -j β p y y f 1 =k 1, 1 = 1-k 1, 2 =k 2, 2 = 1-k 2, 1 =f 2 =e 2
第 3 期 王 旭等 : 基于信号流图的微波光子滤波器设计
4 3
1 - I 1-f x R1 + ( 1-2 R1) R2 z +x y y1 y f y2 o u t 1( 2) 1 1 , = = 1 - I 1-f 1-R1R2 z y1 y i n 2 ( 其 中x x x B G 1和 F B G 2间 =z, ) 是射频微波信号在 F p y y f =e j 1 = 1-R 1, 1 =R 1, 2 =R 2, 2 = 1-R 2, 的 光纤L 的相位延迟 . 当2 滤波器的滤波特性最好 . 图6中给出了 R1R2 = R2 -R1 时滤波器的陷波深度最大 , , , 当光纤光栅间距 L =3 时 不同 对应的微波光子滤波器的频谱特性 0c m R2 = 1 R1 .
M i c r o w a v e O t i c a l F i l t e r D e s i n B a s e d o n S i n a l F l o w G r a h p g g p
, WANG X u, L I ANG X i a o d o n L I U Y i n - g g
H=
2 结 论
本文对光强调制信号在 I I R 光纤 , 干涉器 中 的 传 输 过 程 运 用 信 号 流 图 法进行 了 较 系 统 理 论 分 析 , 由梅森公 式得到了微波信 号 在 光 纤 干 涉 器 中 的 传递函 数 , 论文中得到的结果与其他 方法所 得 到 的 结 果 一 致 , 验证了信号 将数 流图在 光 子 滤 波 器 中 的 可 行 性 . 字滤波器中信号 流 图 的 方 法 引 入 到 光 快速 、 直观的表示出微波信号和计算系统的传递函数 , 为以后处理复杂 结 构 提 供 了 一 种 有 效 的 设 子滤波器 , 计方法 .
1 - -2 ) ( 1-k 2 k 1-k z k k z 1+( 1 -1 2) 1 2 , H1 4 = 1 1. - - ( ( 1- ( 1-k 1-k z 1- ( 1-k 1-k z 1) 2) 1) 2) 当 L =1 图 5 所示 . 0c m 时分别仿真出了在不同的耦合率条件下 , I 2 处的输出强度与调制频率的关系 ,
摘 要: 采用数字信号处理中的信号流程图 ( 方法 分 析 了 微 波 光 子 滤 波 器 的 信 号 传 输 过 程 , 给出了微波 S F G)
) 光子滤波器的信号流图结构 , 利用梅森 ( 公式得到了微波信号在单 、 双耦合器 光 纤 谐 振 环 、 光纤光栅( 微 M a s o n F B G) 波光子滤波器的微波传 递 函 数 和 频 谱 特 性 . 信号流图为此类I I R 结构的微波光子滤波器提供了一种有效的设计 方法 .
关键词 : 微波光子滤波器 ;N 2 5 3 文献标志码 : A
微波光子滤波器是将宽带射频信号直接调制到光载波上 , 在光纤系统中实 现 滤 波 的 一 种 有 效 的 射 频 信 号处理方法 , 具有带宽大 、 快速可调谐 、 可重构 、 低损耗 、 无电磁干扰和结构简单的优点 . 在日益复杂的电磁环 随着移动无线接入等高质量 、 远距离 、 宽带宽 、 高速度的信息通信技术的 不 断 发 展 , 通过微波光子滤波 境下 , 器技术对微波信号进行处理可获得优越的性能 , 在现代通信中获得了广泛的应用和重视 , 并将成为高频滤波
收稿日期 : 2 0 1 2- 0 1- 2 0 ) 基金项目 : 河南省教育厅科学技术研究重点项目 ( 1 2 A 5 1 0 0 1 5 , 作者简介 : 王 旭( 男, 河南新乡人 , 河南师范大学副教授 , 主要从事光纤技术方面的研究 . 1 9 6 5-)
4 2
河南师范大学学报 ( 自然科学版 ) 0 1 2年 2
1 信号流图分析微波光子滤波器
1. 1 单耦合器光纤谐振环 单耦合器 光 纤 谐 振 环 是 I I R 微波光子 其结构和信号流图如图 滤波器常用的器件 , 图中有向 线 段 表 示 了 信 号 的 传 输 方 1 所示 . , 、 向 x y 分别是耦合器 直 通 臂 和 交 叉 臂 的 增 益. 耦合器端口4和端口1之间的关系式为 : 所以增益y 就是 1-k. 同理可得耦合器 1 端口到 3 端口的增益为 x, 反馈光纤的增益 I 1-k) I x =k, 4 = ( 1, ( LF 为 : LF = e x L)= z. p j β [ 4] 其中 k 为耦合器的耦合系数 , 根 据 信 号 流 图, 由梅 L 为反馈光纤的长度 , β 为光纤中基模的传输 常 数 . 森公式 , 可求出单耦合器光纤谐振环系统的传递函数 :
o l. 4 0 N o. 3 V a 2 0 1 2 M y.
( ) 1 0 0 0-2 3 6 7 2 0 1 2 0 3-0 0 4 1-0 3 文章编号 :
基于信号流图的微波光子滤波器设计
王 旭, 梁晓东 , 刘 莹
( ) 河南师范大学 物理与信息工程学院 , 河南 新乡 4 5 3 0 0 7
: A b s t r a c t T h i s a r t i c l e u s e s t h e S F G t h e o r i n d i i t a l s i n a l r o c e s s i n t o s t u d t h e s i n a l t r a n s m i t t i n r o c e d u r e o f t h e y g g p g y g g p
1
化简得 : H1 2 =
1. 3 光纤光栅构成的微波光子滤波器 级 联两个 F 间距为 L, B G 的I I R 微波光子滤波器的结构和信号流图如图5. F B G 的反射率分别为 R1 , R2 , 微波射频信号经过经环形器进入光栅阵列 , 一部分光经过 F 另一部分透射 B G 1 反射输出到环形器检测输出 , 过F 由F 再经过光纤 L 的延迟被 F 部分透射 , 对同一 B G 1 经过光纤 L 的延迟 , B C 2 部分反射 , B G 1 部分反射 , 波长进行反复的反射和折射 , 每一次反射或透射的输出的时间间隔都相同 . 流图中 x B G 1 的透射率 , 1 表示 F 可由梅森公式得系统的传递函数 : B G 1, F B G 2 的反射率 . y y 1, 2 分别是 F
( , , ) C o l l e e o f P h s i c s a n d I n f o r m a t i o n E n i n e e r i n H e n a n N o r m a l U n i v e r s i t X i n x i a n 4 5 3 0 0 7, C h i n a g y g g y g
2 1 2 1 - - ( ( ] ( ] ·[ ·[ I 1-k) 1- ( 1-k) e x L) x L) ( 1-k) 1- ( 1-k) z z 4 -j +k ·e -j +k · p p β β = = 1 - ( I 1- ( 1-k) e x L) 1- ( 1-k) z -j p 1 β
1] 的主流技术 [ . 2] , 目前对光子滤波器特性的理论分析研究的主要方法主要包括 传 输 矩 阵 法 和 数 字 滤 波 器 法 [ 信号流图 3] 绘制容易 , 物理图像清晰 , 数学运算简单 [ 本文对 I . I R 微波光子滤波器的光强调制信号在光纤干涉器中的
运用信号流图结构 , 并根据梅森公式直接得到了系统的传递函数 . 验证 了 信 号 流 图 在 微 波 光 子 干 传输过程 , 涉器中的可行性 , 并举例 进 行 了 系 统 、 详 细 的 推 导, 得 到 了 微 波 信 号 在 单 耦 合 器 谐 振 环、 双 耦 合 器 谐 振 环、 F B G 的频谱特性 .
n π f, 其中β = 2 在 L =1 仿真出了在不同耦合率时光强调制信号的输出频谱特性 . 0c m 时, c
1. 2 双耦合器光纤谐振环 双耦合器 光 纤 谐 振 环 的 结 构 及 信 号流程图结构如图 3 所示 . 在这里我们 光纤环 取两 耦 合 器 间 光 纤 长 度 相 同 , 的环长 为 L, 假 设 信 号 由I 即 1 输 入, ( , 由梅森 I .流图中 z= e x L) p j 3 =0 β , 公式可分 别 得 出 输 出 光 强 I 2 I 4 与输 入光强的传递函数 :
第4 0卷 第3期 2 0 1 2年5月
自然科学版 ) 河南师范大学学报 ( J o u r n a l o H e n a n N o r m a l U n i v e r s i t N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n) f y(
参 考 文 献
[ ] , [ ] , ( ) : 1 a m a n J M o r a J . H i h Q m i c r o w a v e f i l t e r u s i n a t u n e d m o d u l a t o r J . O t L e t t 2 0 0 5, 3 0 1 7 2 2 9 9 2 3 0 1. h o t o n i c s C - p y g g p p [ ] ] ( ) : 韩海燕 , 聂奎营 , 等. 光纤干涉器中的微波频率响应 [ 河南师范大学学报 : 自然科学版 , 2 J . 2 0 1 0 2 6 3 6 6. 王 旭, - [ ] , [ ] 3 o r a J O r t e a B, C o m a n J . A c c u r a t e c o n t r o l o f a c t i v e r e c i r c u l a t i n s t r u c t u r e s f o r m i c r o w a v e s i n a l f i l t e r J . I E E E J o u r n a l o f h o t o n i c s M g p y g g p , ( ) : L i h t w a v e T e c h n o l o 2 0 0 8 1 2 2 8. - g g y [ ] 信号流程图理论及其在光学环谐振腔特性分析中应用的研究 [ 武汉 : 华中科技大学 , 4 D] . 2 0 0 9. 李卫彬 . [ ] [ ] 5 a m o s F r a n c i s c o . F r e u e n c t r a n s f e r f u n c t i o n o f d i s e r s i v e a n d n o n l i n e a r s i n l e o d e o t i c a l f i b e r s i n m i c r o w a v e o t i c a l s s t e m s J . I E E E R -m q y p g p p y , ( ) : P h o t o n i c s T e c h n o l o L e t t e r s 2 0 0 0 2 2 1 0 1 2. - g y